BOC及高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)捕獲算法研究.pdf

1、擴(kuò)頻通信是將信息通過(guò)寬帶傳輸，從而達(dá)到抗干擾能力強(qiáng)、截獲率低、保密性好及多址通信的目的。全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)就是擴(kuò)頻通信的一種典型應(yīng)用，導(dǎo)航系統(tǒng)目前已被廣泛應(yīng)用于軍事通信和民用移動(dòng)通信中，能夠?qū)崿F(xiàn)全球的快速定位、實(shí)時(shí)導(dǎo)航、精密授時(shí)等服務(wù)，對(duì)于國(guó)防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、民生應(yīng)用具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
　　 隨著各國(guó)導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)的性能一直是導(dǎo)航通信中的關(guān)鍵，而擴(kuò)頻碼的快速捕獲是影響接收機(jī)性能的關(guān)鍵技術(shù)。隨著移動(dòng)通

2、信的發(fā)展，高動(dòng)態(tài)環(huán)境使得接收機(jī)接收到的導(dǎo)航信號(hào)存在嚴(yán)重的多普勒頻偏和高階的多普勒頻偏變化率，這無(wú)疑給捕獲帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)新增導(dǎo)航信號(hào)與原GPS信號(hào)達(dá)到共享頻率資源，二進(jìn)制偏移載波(BOC，Binary Offset Carrier)調(diào)制方式被導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展所采用，而B(niǎo)OC調(diào)制與傳統(tǒng)調(diào)制方式在功率譜和自相關(guān)函數(shù)都存在差異，因此，如何實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)和BOC調(diào)制信號(hào)的快速捕獲是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　 本文

3、在研究GPS信號(hào)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，著重研究了高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)和BOC調(diào)制信號(hào)的偽碼捕獲問(wèn)題。論文的主要工作包括如下幾個(gè)方面:
　　 (1)介紹了擴(kuò)頻通信的基本原理，對(duì)GPS信號(hào)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并對(duì)信號(hào)的跟蹤結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。同時(shí)對(duì)BOC調(diào)制信號(hào)與傳統(tǒng)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制特性進(jìn)行了功率譜和自相關(guān)函數(shù)的對(duì)比分析。
　　 (2)針對(duì)高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)CA碼捕獲的問(wèn)題，研究了一種基于離散多項(xiàng)式相位變換和PMF-FFT的偽碼快

4、速捕獲算法。首先通過(guò)離散多項(xiàng)式相位變換將高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)進(jìn)行由低到高階的瞬態(tài)矩運(yùn)算，從而確定信號(hào)的階數(shù)，并同時(shí)將信號(hào)降階成帶殘余頻偏的直擴(kuò)信號(hào)，然后采用PMF-FFT與功率譜相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)偽碼快速捕獲。仿真驗(yàn)證了該算法的有效性，并通過(guò)仿真分析了窗函數(shù)加權(quán)和累加次數(shù)對(duì)檢測(cè)性能的影響。
　　 (3)針對(duì)BOC(n，n)型調(diào)制信號(hào)自相關(guān)函數(shù)存在三個(gè)峰值導(dǎo)致偽碼捕獲模糊性的問(wèn)題，研究了一種基于相關(guān)函數(shù)組合合成的精確無(wú)模糊的捕獲算法。該

5、方法首先將信號(hào)進(jìn)行頻域的多普勒補(bǔ)償，然后通過(guò)本地增設(shè)QBOC(n,n)支路，利用BOC(n，n)信號(hào)自相關(guān)以及BOC(n，n)和QBOC(n，n)互相關(guān)，經(jīng)移位±Tc/4、取模、求和、平方運(yùn)算組合而成。理論與仿真分析表明，該算法在不改變自相關(guān)主瓣寬度的情況下，完全消除相關(guān)副峰的同時(shí)，并顯著提高了主峰峰值，因此，該方法不僅可以提高檢測(cè)性能，也能體現(xiàn)BOC信號(hào)在捕獲精度高方面的優(yōu)勢(shì)。
　　 (4)針對(duì)除BOC(n，n)以外其他偶數(shù)階

6、調(diào)制階數(shù)的BOC信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)存在多個(gè)峰值和零點(diǎn)導(dǎo)致偽碼捕獲模糊性的問(wèn)題，研究了一種改進(jìn)的基于副相關(guān)函數(shù)的BOC信號(hào)快速捕獲算法。該方法在本地進(jìn)行時(shí)分調(diào)制得到N路類BOC信號(hào)，然后將N路類BOC信號(hào)的第一路和第N路進(jìn)行特殊的取短處理，再將N路信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，最后將相關(guān)結(jié)果進(jìn)行組合，從而可得到一個(gè)無(wú)副峰的相關(guān)函數(shù)，從而解決了捕獲的模糊性。并從理論上分析了主瓣寬度和檢測(cè)性能隨著特殊處理的變化。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，隨著寬度因子的

7、減小，主瓣寬度相應(yīng)減小、檢測(cè)性能也相應(yīng)的有稍許下降，但捕獲精度卻有所提高，從而可根據(jù)接收機(jī)系統(tǒng)對(duì)捕獲精度和捕獲性能的要求，折衷選擇寬度因子。
　　 綜上所述，論文實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)和BOC調(diào)制信號(hào)的快速捕獲，并通過(guò)matlab仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)捕獲效果進(jìn)行了驗(yàn)證。理論與仿真結(jié)果表明基于離散多項(xiàng)式相位變換和PMF-FFT的捕獲算法在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)微弱GPS信號(hào)的快速捕獲，基于相關(guān)函數(shù)的組合算法能夠?qū)崿F(xiàn)各種調(diào)制階數(shù)的BOC信號(hào)有效