基于临近空间平台的海面目标GNSS-R信号接收算法研究

发布时间：2020-11-18 20:17

　　 随着空间信号环境的日益丰富,以及当今时代精确制导等高精尖武器的大量装备,使得常规雷达的生存环境的恶化。经过无源雷达的诞生和发展,使得人们对于依靠外辐射源雷达的研究热情迅速提升。根据外辐射源的全天候以及安全性等方面考虑,本文选取GNSS(Global Navigation Satellite System)信号作为雷达的外辐射源。假定接收机位于距地面30Km到60Km的临近空间浮空器平台上。接收机无须主动发射信号只需接收目标反射的GNSS信号,使得设计成本大幅降低。同时也为战时的预警侦查提供了一种可靠途径。针对大型海面目标的探测在未来具有很大的军事应用价值,同时对舰船的探测和编目也具有很高的应用价值。因此本文基于对大型海面目标雷达特性的研究,完成了对于基于GNSS-R(GNSS reflectometry)信号的外辐射源雷达探测距离的研究。首先文中分析了通用的GNSS信号的生成方式和其调制谱特性,为文章的研究主体奠定了研究基础。进而对GNSS信号的相关函数以及反射信号的信号特征做了研究和阐述。对于外辐射源雷达的雷达方程研究可以得出海面目标的RCS(Radar Cross Section)与目标最远探测距离的关系。针对GNSS信号经过目标反射后信号强度微弱的特点,本文研究了相关的弱信号接收策略,通过相干非相干累积等累积算法、高增益天线或者天线组网接收的方式使得接收载噪比得到改善。同时针对接收机若干接收通道对于不同的扩频码以及载波频率的情况进行分集接收,提高接收灵敏度。针对不同调制体制下的导航信号进行捕获仿真,最终得出不同条件下信号的最低捕获载噪比。通过仿真实验并对结果进行分析得出各种累积算法下信号的捕获概率情况,对天线组网模式下对于信号捕获性能的提高进行定量分析。分析了具有导频信号的新一代GNSS信号捕获所具有的突出优势;通过信号不同信噪比下的捕获情况得出,在保证对给定海面目标检测概率不低于90%时的最远探测距离。最后总结了整篇文章的工作重点,并且进一步提出了目前研究中的不足和后续应该改进的地方。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：E925
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
        1.1.1 外辐射源雷达概述
        1.1.2 外辐射源雷达的优势
    1.2 国内外研究历史与现状
        1.2.1 GNSS-R技术的研究现状
        1.2.2 组网接收方式现状
    1.3 本文的主要工作及目标
    1.4 本论文的结构安排
第二章 GNSS导航信号及双基地雷达方程
    2.1 常规GPS系统的导航信号
    2.2 其他卫星导航系统的导航信号
        2.2.1 BOC调制原理
            2.2.1.1 BOC调制信号的相关特性
        2.2.2 AltBOC信号的调制原理
            2.2.2.1 非恒包络AltBOC信号
            2.2.2.2 恒包络AltBOC信号
    2.3 双基地雷达特性
        2.3.1 双基地雷达方程
        2.3.2 海面目标雷达截面积
        2.3.3 最远探测距离
        2.3.4 信噪比等值线
    2.4 本章小结
第三章 GNSS-R信号设计
    3.1 反射信号理论概述
        3.1.1 GNSS-R几何关系
        3.1.2 GNSS-R反射系数
    3.2 反射信号特性简介
    3.3 反射信号相关函数
        3.3.1 反射信号相关函数
        3.3.2 反射信号相关值的计算方法
            3.3.2.1 反射信号二维相关函数的离散形式
            3.3.2.2 二维相关值的计算方式
    3.4 反射信号接收机通用模型
    3.5 本章小结
第四章 GNSS-R信号的捕获策略
    4.1 信号搜索策略
        4.1.1 线性搜索捕获法
        4.1.2 频率并行搜索捕获法
        4.1.3 码相位并行搜索捕获法
    4.2 信号捕获的基本累积方法
        4.2.1 相干累积
        4.2.2 非相干累积
        4.2.3 差分相干积分
    4.3 弱信号捕获策略
        4.3.1 捕获输入的信噪比
        4.3.2 弱信号捕获策略设计
            4.3.2.1 高增益天线接收
            4.3.2.2 多结点组网接收方式
        4.3.3 采用频率分集、扩频码分集等方式分集接收
            4.3.3.1 扩频码分集
            4.3.3.2 载波频率分集
    4.4 弱信号累积算法的检测概率
        4.4.1 相干累积概率
        4.4.2 半比特-非相干统计概率
        4.4.3 全比特-非相干统计概率
        4.4.4 非相干累积下半比特与全比特方式的比较分析
    4.5 本章小结
第五章 GNSS-R信号捕获结果及分析
    5.1 GPS反射信号捕获
        5.1.1 非相干累积时的仿真实验
        5.1.2 采用差分累积时的仿真实验
        5.1.3 仿真实验
    5.2 新体制GNSS反射信号捕获
        5.2.1 BOC信号的捕获
            5.2.1.1 仿真实验
        5.2.2 AltBOC信号的捕获
            5.2.2.1 单边带捕获
            5.2.2.2 双边带联合非相干捕获
            5.2.2.3 双边带联合相干捕获
    5.3 不同信噪比情况下信号捕获结果
        5.3.1 不同信噪比条件下对BPSK信号的捕获
        5.3.2 不同信噪比条件下对BOC信号的捕获
        5.3.3 不同信噪比条件下对AltBOC信号的捕获
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献

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本文编号：2889155