BOC调制扩频信号同步技术研究

论文摘要

二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)调制是在新一代卫星导航系统中采用的信号调制方式,在GPS现代化和欧盟Galileo系统中都得到了应用。BOC调制特殊的频谱和相关特性,使得BOC调制具有良好的抗噪声和抗多径干扰的性能。Galileo系统是欧盟组织研发的完全面向民用的卫星导航系统,具有广阔的发展和应用前景,并且现在已经进入实施阶段,对Galileo系统信号的研究有着非常重要的意义。论文以Galileo系统L1F频段的BOC(1,1)调制信号为研究对象,对BOC调制的扩频信号同步技术进行了深入的研究和探讨。论文介绍了Galileo卫星导航系统的空间部分、地面控制部分、用户设备部分和系统的特点,着重研究了BOC调制的原理、信号频谱特性和信号产生。论文对导航信号的同步(包括捕获和跟踪两个环节),进行了详尽的研究。分析了导航信号捕获原理和常用的捕获方法,提出了BOC(1,1)信号的捕获方案,并对方案的效果进行了验证。在信号跟踪部分中,分析了数字非相干双△DLL算法,和几种码延迟跟踪环鉴别器,提出了BOC(1,1)信号码跟踪方案和PLL设计方案,并对方案性能进行了验证。系统测量误差和跟踪阈值部分中,本文研究了热噪声和动态引入误差对信号同步性能的影响,提出了载波辅助的跟踪方案。本文中提出的BOC(1,1)信号码跟踪的准确方法为自相关边峰消除技术(ASPeCT)。ASPeCT原理是设计了一种确定性的复合相关函数,来消除信号自相关函数的多峰性。研究了基于ASPeCT的两种鉴别器算法,对这两种鉴别器输出的误差特性进行了全面的仿真。设计了基于ASPeCT的信号捕获方案,对方案的性能进行了仿真。通过仿真比较可以确定,ASPeCT技术明显改善了BOC(1,1)信号同步的准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 GPS系统
• 1.2.2 GLONASS系统
• 1.2.3 中国双星定位系统
• 1.2.4 卫星导航定位原理
• 1.2.5 BOC调制信号应用
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 Galileo系统组成与信号结构
• 2.1 Galileo系统
• 2.1.1 空间部分
• 2.1.2 地面控制部分
• 2.1.3 用户设备部分
• 2.1.4 Galileo系统的特点
• 2.2 Galileo系统的频率和信号结构
• 2.2.1 Galileo系统对频率和信号结构的要求
• 2.2.2 卫星信号频率和信号的基本情况
• 2.3 信号的调制体制
• 2.3.1 BOC调制原理
• 2.3.2 BOC信号的频谱和复合相关特性
• 2.3.3 BOC信号的产生
• 2.4 本章小结
• 第3章 BOC调制扩频信号捕获策略
• 3.1 导航信号捕获的原理
• 3.1.1 多普勒频移的产生
• 3.1.2 搜索空间
• 3.1.3 捕获过程中的数据长度
• 3.2 导航信号的捕获方法
• 3.2.1 时域相关的串行捕获方法
• 3.2.2 频域载波并行捕获方法
• 3.2.3 频域码相位并行捕获方法
• 3.3 BOC导航信号的捕获方案设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 BOC调制扩频信号跟踪策略
• 4.1 导航信号的伪码跟踪
• 4.1.1 数字非相干双△DLL跟踪算法
• 4.1.2 码延迟跟踪环鉴别器分析
• 4.1.3 BOC（1，1）信号码跟踪常用方法
• 4.2 导航信号的载波跟踪
• 4.2.1 锁相环（PLL）
• 4.2.2 相位鉴别器
• 4.2.3 科斯塔斯环
• 4.2.4 BOC（1，1）信号PLL设计
• 4.3 系统测量误差和跟踪阈值
• 4.3.1 热噪声的影响
• 4.3.2 动态引入误差
• 4.3.3 跟踪阈值
• 4.4 本章小结
• 第5章 自相关边峰消除技术
• 5.1 自相关边峰消除（ASPeCT）
• 5.1.1 ASPeCT原理
• 5.1.2 基于ASPeCT的鉴别器分析
• 5.2 ASPeCT误差特性研究
• 5.2.1 热噪声
• 5.2.2 ASPeCT对跟踪精度的影响
• 5.2.3 ASPeCT跟踪误差
• 5.3 ASPeCT捕获方案
• 5.3.1 ASPeCT捕获方案设计
• 5.3.2 ASPeCT捕获性能仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢