北斗导航系统B1C频点QMBOC调制信号跟踪技术研究

发布时间：2020-04-09 12:18

【摘要】：新一代北斗导航系统的B1C频点采用的正交复用二进制偏移载波调制(Quadrature Multiplexed Binary Offset Carrier,QMBOC)信号将BOC(1,1)和BOC(6,1)分量分别调制到了相互正交的两个相位上,而该信号具有和美国的GPS系统的L1C频点的信号相似的相关特性,也具有一个多峰结构的自相关函数。为了实现对QMBOC信号的无模糊抗多径跟踪,本文综合了已有的研究成果,结合对QMBOC信号体质的研究,取得了以下成果:1.对B1C信号的体制进行了深入的研究。主要集中在其导频和数据的调制方法,其导频通道采用的QMBOC信号的时域和频域的性质,包括QMBOC信号的时域实现方式、自相关特性以及频域的特征进行了研究。2.对QMBOC信号的匹配接收方法进行了研究。分析了QMBOC信号的匹配接收的原理,并给出了QMBOC信号的匹配接收的原理框图。在此基础上,分析了QMBOC信号的模糊捕获和跟踪的概率,给出了QMBOC信号在噪声干扰下的跟踪精度的克拉美罗界,并分析了其在多径干扰下的跟踪误差。3.将双环估计的原理应用到了QMBOC信号之中,本方法将测距码和副载波看做是相对独立的两个信号分量,然后利用多相关器的结构对接收的信号进行二维鉴相,根据二维鉴相的结果,分别利用两个码环对测距码和副载波分别进行锁定,利用两个维度上的跟踪的结果合成一个对测距码更为精确的估计结果。在此基础上,本研究提出基于闸波的双环估计方法,其中测距码维度上的本地复现波形被替换为了一个双极限的闸波序列,如此与接收信号进行相关之后,可以生成一个更为狭窄且陡峭的鉴相函数,进一步提高双环估计的抗多径能力。最后,所提方法的抗多径和抗噪声性能也进行了计算机仿真的验证。4.将双相环估计的原理应用到了QMBOC信号之中,本方法同样将测距码和副载波看做是相对独立的两个信号分量,测距码仍然利用一个码环进行锁定,但考虑到前端滤波器有限的条件下,接收信号可能会产生一定的失真而并非理想信道下的波形。因此根据滤波器的响应特征,一个正弦方波在经过前端滤波器之后更接近一个正弦波,因此本方法提出利用载波鉴相的原理对副载波进行锁定,以进一步提高在带限条件下对于副载波的跟踪结果。所提方法的抗多径和抗噪声性能也进行了计算机仿真的验证。5.针对双环估计和双相环估计较为复杂的特点,本文提出了一种基于最小二乘法的本地复现波形设计方法。由于QMBOC信号的BOC(1,1)和BOC(6,1)分量是调制在同相和正交两个载波相位上的,因此可以非常容易地将二者进行分离,并分别进行处理。因此本文利用最小二乘的方法,参考理想的鉴相函数,反推本地复现波形。本文为同相和正交的BOC(1,1)和BOC(6,1)分离分别设计了本地复现波形,并提出在相关之后按比例进行合并。如此便可以最大程度的利用QMBOC信号的信号分量,并得到无模糊抗多径的鉴相函数。所提方法的抗多径和抗噪声性能也进行了计算机仿真的验证。6.在弱信号环境下,如果接受仅仅对导频通道的信号进行处理,那么接收机可能会对信号产生失锁现象。为了进一步提高对于B1C信号的跟踪精度和鲁棒性,本文提出了对B1C信号的导频数据信号进行基于导航电文正负判决和不基于导航电文正负判决的双通道合并方法。然后针对早迟相减和早迟能量相减鉴相的性能进行了理论分析。计算机仿真实验也验证了本文理论分析的正确性,结果也表明,所提方法能够较为有效地B1C信号的跟踪鲁棒性和跟踪精度,其中非相干和并下的早迟相减鉴相方法具有最好的跟踪精度和鲁棒性。最后,结合本文的研究结果,本文给出了最终的研究结论,并对未来的研究方向进行了展望。
【图文】：

图 1.2 卫星导航信号频率示意图在接收方面，QMBOC 能够具有和 TMBOC 信号相似的捕获和用非匹配处理方式，那么 QMBOC 的信号处理精度还将好于 T外 QMBOC 信号在接收上具有更加灵活的特点，这是因为 BOC量相互正交，能够独立处理。而 TMBOC 信号将 BOC(6,1)分量隙之中，接收机几乎无法选择是否处理 BOC(6,1)分量。而对于以选择仅仅处理 QMBOC 信号中的 BOC(1,1)分量，而忽略正交1)分量。对于高端接收机，则可以对 QMBOC 信号的两个分量进

图 1.2 卫星导航信号频率示意图此外，在接收方面，QMBOC 能够具有和 TMBOC 信号相似的捕获和跟踪进。如果采用非匹配处理方式，那么 QMBOC 的信号处理精度还将好于 TMBOC号。另外 QMBOC 信号在接收上具有更加灵活的特点，这是因为 BOC(1,1)和OC(6,1)分量相互正交，能够独立处理。而 TMBOC 信号将 BOC(6,1)分量嵌入在若干个时隙之中，接收机几乎无法选择是否处理 BOC(6,1)分量。而对于低端的收机，，可以选择仅仅处理 QMBOC 信号中的 BOC(1,1)分量，而忽略正交相位上 BOC(6,1)分量。对于高端接收机，则可以对 QMBOC 信号的两个分量进行整体理。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN967.1

【参考文献】

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本文编号：2620745