GNSS无线频率兼容及高功放非线性效应影响的研究

论文摘要

随着已建成的全球导航卫星系统的现代化和新系统的开发与部署，将有越来越多的信号共享L频段，来自于系统内部信号和不同系统的信号频谱之间相互重叠，导航信号之间的干扰变得严峻，于是无线频率兼容问题成为大家关注的焦点。另外，星上高功放非线性效应对导航系统性能的影响也是不容忽视的问题，星上有效载荷设计和地上接收机基本参数的选择，需要依据非线性效应的影响，在效率和失真之间进行折中。本文就这两个问题进行研究，主要研究内容和贡献如下：1．分析GNSS信号之间的干扰。建立SNIR分析模型和码跟踪误差分析模型，推导出受系统内干扰和系统间干扰影响时信号的SNIR的解析式和码跟踪误差标准差的解析式，并利用码跟踪误差标准差和从SNIR导出的等效载噪比来表征所接收GNSS信号的质量。在推导过程中定义了干扰系数和码跟踪干扰系数，这两个系数屏蔽了功率对干扰的贡献，只考虑了信号中心频率和信号波形对干扰的贡献，因此在信号设计初期，这两个系数可用于初步评估干扰信号对目标信号的影响，系数越小影响就越小。2．提出采用码跟踪误差增量作为GNSS无线频率兼容的评估参数之一。目前一些文献提出采用载噪比衰减值作为GNSS无线频率兼容的评估参数，这个参数反映了干扰对信号载噪比的影响，却不能反映干扰对码跟踪的影响，为了衡量单由系统内干扰或系统间干扰造成的码跟踪误差，我们提出码跟踪误差增量。3．基于前面的理论分析，详细给出系统内无线频率兼容和系统间无线频率兼容的评估方法和步骤。4．在评估GNSS无线频率兼容性和分析接收端的相关处理时，需要计算预积分时间内GNSS基带信号的功率谱。针对目前国际上还没关注到预积分时间的长短对基带导航信号谱结构的影响，文中推导了两种情况下预积分时间内GNSS基带信号的功率谱，情况一是伪码周期小于等于预积分时间；情况二是伪码周期大于预积分时间。得到的功率谱解析式可用于分析预积分时间内信号的Gabor带宽、码跟踪精度和伪码对信号功率谱的影响，以帮助分析经过相关接收之后，实际信号的性能。5．针对很多文献在计算干扰系数时含糊不清地使用长码的概念，以及没有明确长码的使用条件的问题，我们先确定长码的概念，所谓长码是指那些在计算干扰系数或码跟踪干扰系数时可以用码片的功率谱代替信号的功率谱的导航信号。然后分析干扰系数的估计误差对信号载噪比衰减值造成多大程度的影响，基于这个分析结果，提出以干扰系数估计误差不大于0.2dB为长码的界定指标，得出界定长码的两个准则。准则一：导航信号参数只要满足伪码周期大于等于数据位宽度Tb，当频差大于1／Tb时，导航信号界定为长码。准则二：当计算长码和短码之间的干扰系数时，短码的功率谱可以用码片功率谱代替。6．分析L1频段上GPS系统内部信号之间的干扰，给出C／A码、P（Y）码、M码和L1C的数据通道和导航通道信号的载噪比衰减值和码跟踪误差增量；分析Galileo系统内部信号之间的干扰，给出PRS信号和OS的数据通道和导航通道信号的载噪比衰减值和码跟踪误差增量；分析GPS和Galileo信号之间的干扰，给出各个信号受系统间干扰引起的载噪比衰减值和码跟踪误差增量。仿真结果表明，GPS的系统内干扰普遍比Galileo的系统内干扰严重，GPS对Galileo的干扰比Galileo对GPS的干扰要大。7．为了分析高功放的非线性效应对导航系统性能的影响，本文先建立导航信号受非线性效应影响的分析模型，提出采用相关损耗、鉴别器曲线过零点的偏移量和功率损耗作为评估参数，然后通过对实际伪码序列赋形、调制和滤波，分析矩形／升余弦赋形+BPSK／BOC调制信号，来定量说明不同赋形和调制方式受到带宽限制和非线性效应的联合影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 论文结构及主要研究内容
• 2 子载波调制方式简介
• 2.1 引言
• 2.2 BOC子载波调制方式
• 2.3 MBOC子载波调制方式
• 3 GNSS信号间干扰的分析
• 3.1 引言
• 3.2 GPS接收机工作原理简介
• 3.3 GNSS信号间干扰对SNIR的影响
• 3.4 GNSS信号间干扰对码跟踪误差的影响
• 3.5 本章小结
• 4 GNSS无线频率兼容的评估理论
• 4.1 引言
• 4.2 评估参数
• 4.3 GNSS无线频率兼容的理论评估方法
• 4.4 本章小结
• 5 GNSS信号中长码的界定
• 5.1 引言
• 5.2 预积分时间内GNSS基带信号的功率谱
• 5.3 长码的界定
• 5.4 本章小结
• 6 L1频段上GPS和Galileo的无线频率兼容分析
• 6.1 引言
• 6.2 分析L1频段上GPS信号受到的系统内干扰
• 6.3 分析L1频段上Galileo信号受到的系统内干扰
• 6.4 分析GPS和Galileo之间的系统间干扰
• 6.5 本章小结
• 7 高功放的非线性效应对导航性能的影响
• 7.1 引言
• 7.2 导航信号受非线性效应影响的分析模型
• 7.3 评估非线性效应对导航性能影响的参数
• 7.4 分析不同信号波形受到非线性效应的影响
• 7.5 本章小结
• 8 总结和展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的论文
• 附录2 缩略词