基于BOC调制的GNSS信号捕获技术研究

发布时间：2017-05-05 13:18

  本文关键词：基于BOC调制的GNSS信号捕获技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)已经广泛应用于军事和民用领域。但是GNSS的发展也带来了新的问题:频段拥挤、导航信号之间相互干扰。二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)调制方式的提出,很好地解决了这一问题,并且BOC调制信号拥有更高的码跟踪精度和更好的抗多径干扰能力。捕获是GNSS信号处理的一个重要环节,现有的BPSK捕获技术很难适用于BOC调制信号。鉴于此,针对BOC调制信号的特点,本文分析了基于BOC调制的GNSS信号捕获过程中存在的三个难点:二维捕获、弱信号捕获和无模糊捕获,并展开了以下几个方面的研究工作:首先对BOC调制信号进行了重点研究,详细地阐述了BOC调制信号的结构及其产生过程,与传统GPS信号对比分析了BOC调制信号的功率谱特性和自相关函数特性,并进行了Matlab仿真。仿真结果表明,BOC调制信号具有频谱分裂特性且其自相关函数具有多个峰值,在捕获和跟踪过程中容易带来模糊性问题。对衍生的BOC信号的产生进行了研究,包括MBOC和Alt BOC调制信号。其次,详细介绍了主要的GNSS信号二维捕获算法的原理及实现方法,包括传统的捕获方法,如串行捕获、基于FFT的并行捕获和延迟相乘法,以及新提出的折叠法。除此以外,以传统的信噪比累积算法为基础,分析了各种累积算法的优越性及局限性,在此基础上,研究了其他的微弱导航信号捕获方法,包括半比特法、全比特法和双块零拓展法。再次,模糊性是BOC调制信号区别于传统导航信号的最大特征,本文对无模糊捕获算法进行了重点研究。深入研究了传统的BPSK-like算法和消除边峰的捕获算法,并对各算法进行仿真,结果表明消除边峰的捕获算法具有更好的去模糊性能。针对现有的消除边峰的捕获算法的不足之处,结合压缩感知技术,提出了一种基于压缩感知技术的BOC信号无模糊捕获技术。最后,对本文所提出算法的捕获性能进行了详细的理论分析,给出了该算法的具体实现方法。并且对该方法进行了仿真分析,结果表明该算法可以很好的消除BOC信号的模糊性,并且具有较低的计算复杂度,但是在检测性能上会有一些衰减。
【关键词】：全球卫星导航系统 BOC调制 捕获方法 模糊性 压缩感知
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 GNSS信号捕获算法研究现状9-11
• 1.2.1 二维搜索技术9-10
• 1.2.2 微弱信号捕获技术10
• 1.2.3 BOC信号及其无模糊捕获技术10-11
• 1.3 论文结构11-14
• 2 卫星导航信号构成和调制方式14-24
• 2.1 导航定位的基本原理14-15
• 2.2 传统卫星导航系统的BPSK调制15-18
• 2.2.1 载波15-16
• 2.2.2 伪随机码16-17
• 2.2.3 GPS信号的构成17-18
• 2.3 GNSS系统中的BOC调制技术18-23
• 2.3.1 BOC调制信号的构成18-20
• 2.3.2 BOC调制信号的特性20-22
• 2.3.3 衍生的BOC调制信号22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 BOC调制信号捕获基本原理24-40
• 3.1 BOC调制信号捕获的难点24-27
• 3.1.1 二维捕获25-26
• 3.1.2 弱信号捕获26-27
• 3.1.3 模糊性27
• 3.2 BOC调制信号的二维捕获方法27-33
• 3.2.1 时域串行捕获28-29
• 3.2.2 基于FFT的并行捕获29-31
• 3.2.3 延时相乘法31-32
• 3.2.4 折叠法32-33
• 3.3 弱信号的捕获方法33-38
• 3.3.1 能量累积33-34
• 3.3.2 导航数据比特翻转消除34-36
• 3.3.3 双块零拓展（DBZP）36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 BOC调制信号的去模糊算法40-56
• 4.1 类BPSK去模糊算法40-44
• 4.1.1 边带处理法40-41
• 4.1.2 BPSK-like41-42
• 4.1.3 副载波相位消除法（SCPC）42-44
• 4.2 消除边峰的去模糊算法44-53
• 4.2.1 自相关边峰对消技术（ASPeCT）44-47
• 4.2.2 GRASS算法47-49
• 4.2.3 去边峰（SLC）49-51
• 4.2.4 RZCC算法51-53
• 4.3 各种算法的比较53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 5 基于压缩感知技术的无模糊捕获算法56-68
• 5.1 压缩感知基本理论56-58
• 5.1.1 压缩感知技术的基本原理56-57
• 5.1.2 常用的测量矩阵57-58
• 5.2 基于压缩感知技术的无模糊捕获算法58-64
• 5.2.1 基于压缩感知技术的GPS信号捕获方法58-59
• 5.2.2 基于压缩感知无模糊捕获方法59-62
• 5.2.3 算法性能分析62-64
• 5.3 本文提出算法的性能仿真64-66
• 5.3.1 高斯信道下算法性能仿真64-65
• 5.3.2 与传统捕获算法的比较65
• 5.3.3 算法的去模糊性能65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 6 总结与展望68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 附录76
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录76
• B. 作者在攻读硕士学位期间专利的申请目录76

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本文编号：346437