利用参考波形估计导航信号测距偏差

发布时间：2019-08-14 09:32

【摘要】：针对卫星导航信号存在的微小信号畸变,研究了因导航信号畸变而引起的测距偏差的估计问题。基于理想矩形脉冲波形和真实信号波形的上升沿零交叉点信息,给出参考波形定义,并以此为基础估计测距偏差。该方法可用于定量评估卫星导航信号波形畸变对测距偏差的影响及比较卫星之间的测距差异。以二阶模型为基础产生畸变波形,验证了该方法的有效性,并分析了估计精度与信噪比关系。通过大口径天线采集"北斗"卫星B1频点信号,利用该方法获得了B1频点I/Q支路信号的测距偏差,表明该方法可用于在轨卫星信号的测距性能评估。
【图文】：

波形,模型,零交叉点,理想波

某中鈃奔涫窍嗤嘈摹８獐菸南祝?］给出的多颗GPS卫星L1信号的模拟畸变波形，不同卫星之间的差异主要表现在振荡波形的后期部分，而上升沿部分是一致的，因此，上述假设是合理的。为直观表示参考波形与理想波形及实际卫星信号的关系，本文以2OS模型代表实际卫星信号，分析了参考波形、理想波形及2OS模型的差异。参考波形片段与TMB模型的关系如图1所示。参考波形与理想波形相比，均是理想矩形脉冲，但存在滞后偏差。参考波形与TMB模型相比，上升沿和下降沿的零交叉点位置均相同，但前者是平坦波形，后者是振荡波形。图1TMB模型对应的参考波形Fig．1ＲeferencewaveformbasedonTMBmodel参考波形片段与TMC模型的关系如图2所示。参考波形与TMC模型相比，上升沿零交叉点位置相同，下降沿零交叉点位置不同，且前者是平坦波形，后者是振荡波形。·28·www．teleonline．cn电讯技术2017年

曲线,模型,零交叉点,鉴相器

图2TMC模型对应的参考波形Fig．2ＲeferencewaveformbasedonTMCmodel3测距偏差估计方法对于理想波形，其测距偏差是0，但实际卫星发播信号波形相对参考波形存在测距偏差。该测距偏差可用于评估卫星发播信号的质量，是评估信号波形异常对测距影响程度的重要参数。典型的导航接收机测距是通过延迟锁定环对接收信号的伪码跟踪来实现的。延迟锁定环由相关器、鉴相器、环路滤波器等构成。导航接收机的延迟锁定环尽可能地跟踪鉴相器曲线的零交叉点，使输入的码跟踪误差最校如果导航接收机接收到正常导航信号，环路滤波器达到稳态时鉴相器输出为零，码跟踪误差也为零。但是，卫星导航波形畸变使鉴相曲线零交叉点偏离了码跟踪误差为零的位置，那么这个偏离量就是导航波形畸变引起的测距偏差的大小，即ε=arg^τ0－τ0{Dm(^τ0－τ0)=0}。(1)式中:ε为测距偏差，Dm(^τ0－τ0)为鉴相函数。根据上述原理，测距偏差的估计方法如下:(1)根据码速率确定欠采样速率，对采集数据进行欠采样，通过判读符号产生本地码。(2)由采样数据的正负号变化确定所有零交叉点的粗略位置，以粗略位置为中心进行线性拟合，获得精确的零交叉点位置。(3)计算不同脉冲上升沿与第一个数据点的距离，并对码片宽度求模，求得不同上升沿对应的第一个数据点与伪码周期起点的距离。对不同上升沿对应的距离值进行平均，即为第一个数据点与伪码周期起点的距离估计值。(4)产生本地超前信号和本地滞后信号，分别与采集数据进行相关运算，然后求其差为鉴相器曲线。(5)对鉴相器曲线进行线性拟合，，获得零交叉点位置。(6)零交叉点与鉴相器曲线中心位置的距离即为测距偏差。测距偏差大于0为滞后，小于0为超前。4
【作者单位】：北京卫星导航中心;
【分类号】：TN967.1

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