伪码测距系统中多普勒频移的影响及其解决方法研究

论文摘要

本文研究的课题是伪码测距系统中多普勒频移的影响及其跟踪与补偿方法。作为一种得到了广泛应用测控方式,伪码测距以其简单可靠、抗干扰能力强,在测控领域占据了重要的地位。在伪码测距系统中,由于测距站和测距目标之间存在较大的相对运动,故会引起较大的多普勒频移,对测距信号造成严重的影响。对于卫星通信系统而言,系统最大多普勒频移为±100kHz,属于大多普勒频移问题。在实际运用中,伪码测距系统多采取扩频通信的方式,多普勒频移对PN码的捕获性能有很大的影响,甚至造成不能正确解扩,所以在解调和解扩之前必须对其进行补偿。本文首先阐明了课题研究的背景和意义,介绍了伪码测距的方法、多普勒频移的概念以及目前国内外的研究现状。接着对两种典型的伪随机序列即m序列和Gold序列进行了详细的分析,包括它们的产生方式,平衡性、自相关性和互相关性,并给出了仿真结果。同时介绍了伪码测距原理,伪码测距最大无模糊距离以及四种典型的伪码测距方案的工作原理。其次详细分析了多普勒频移对伪码测距系统的影响,包括多普勒频移对伪码捕获性能的影响,以及对载波解扩和解调性能的影响。然后介绍了最大似然估计的基本原理,研究了基于最大似然估计准则的三种典型的频偏估计算法即L&R算法,Fitz算法和M&M算法,并且以QPSK信号为例,对这三种算法进行了仿真分析。最后研究了传统的基于DMF和AFC环路的多普勒频移补偿方法,指出了其不足,然后介绍了本文采用的一种新的有效方法——利用FFT的方式结合同相-正交环即COSTAS环估计出多普勒频移,然后利用该估计值对载波、码速率等进行补偿,并通过仿真,验证了理论分析的正确性和可行性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 伪码测距方法简介
• 1.3 多普勒频移
• 1.4 国内外研究概况
• 1.5 本文结构安排
• 2 伪码测距
• 2.1 伪随机序列的产生与性能仿真
• 2.1.1 m 序列
• 2.1.2 Gold 序列
• 2.2 伪码测距原理
• 2.3 伪码测距最大无模糊距离
• 2.4 伪码测距的几种方案
• 2.4.1 启动－停止法
• 2.4.2 相参扩频测距
• 2.4.3 非相参扩频测距
• 2.4.4 比相法
• 2.5 小结
• 3 多普勒频移对伪码测距系统的影响
• 3.1 概述
• 3.2 多普勒频移对伪码的影响
• 3.3 多普勒频移对载波的影响
• 3.3.1 多普勒频移对解扩性能影响
• 3.3.2 多普勒频移对解调性能影响
• 3.4 小结
• 4 多普勒频偏估计算法
• 4.1 载波参数估计
• 4.2 载波同步的最大似然估计
• 4.2.1 最大似然载波相位估计
• 4.2.2 最大似然频率估计和初始相位估计
• 4.3 三种算法仿真分析
• 4.3.1 数据辅助估计法仿真
• 4.3.2 非数据辅助估计法仿真
• 4.4 小结
• 5 多普勒频移的补偿方案
• 5.1 基于DMF 和AFC 环路的多普勒频移的补偿方案
• 5.1.1 多普勒频移的补偿电路的选择
• 5.1.2 多普勒频移的捕获和补偿方案
• 5.2 复数下变频的基本原理
• 5.3 多普勒频移的跟踪
• 5.3.1 AFC 环路及其基本结构
• 5.3.2 基于AFC 环路的多普勒频移的跟踪
• 5.4 基于FFT 算法的多普勒频移的补偿方案
• 5.4.1 FFT 算法的重要性质
• 5.4.2 补偿方案原理框图及仿真分析
• 5.5 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文
• B 作者在攻读学位期间参与的科研成果