GNSS中TDDM-BOC信號(hào)同步方法研究.pdf

1、第1章緒論1.1課題研究的目的及意義GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem），即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，它是泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括區(qū)域性的、全球性的和增強(qiáng)性的導(dǎo)航系統(tǒng)[1]。如美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GLONASS）、歐洲的伽利略定位系統(tǒng)（GalileoPositi

2、onSystem）和我國(guó)的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)（Compass）等。GNSS不僅具備全天候連續(xù)提供全球高精度高精度導(dǎo)航的能力，同時(shí)還能服務(wù)于高精度大地測(cè)量、交通運(yùn)輸管理載體姿態(tài)測(cè)量、精密授時(shí)、氣象觀測(cè)、國(guó)土安全范圍等多個(gè)領(lǐng)域。GNSS的全球性、實(shí)時(shí)性、高精度等特點(diǎn)使其在全球范圍內(nèi)得到廣泛使用，具有政治、經(jīng)濟(jì)、軍事國(guó)防等多方面的重要意義，很多國(guó)家都在競(jìng)相發(fā)展全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，使其GNSS是目前發(fā)展最迅速的信息技術(shù)之一[2]。隨著GNSS的快速

3、發(fā)展，將面臨導(dǎo)航系統(tǒng)上百顆導(dǎo)航衛(wèi)星同時(shí)存在以及相互兼容共存的局面。其次，用戶(hù)對(duì)GNSS的全球性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、安全兼容性等要求越來(lái)越高，就面臨著要根據(jù)各個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的不同特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，對(duì)用戶(hù)所需的精度、可靠安全性和費(fèi)用等，選擇不同的導(dǎo)航系統(tǒng)甚至是不同導(dǎo)航系統(tǒng)的組合。對(duì)于如此多的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及用戶(hù)需求的要求越來(lái)越高所帶來(lái)的問(wèn)題就是：如何在有限的頻帶內(nèi)合理有效的互不干擾的利用頻率資源。開(kāi)始的導(dǎo)航信號(hào)一般使用BPSK（BinaryPhas

4、eShiftKeying，二相相移鍵控）調(diào)制方式，但BPSK調(diào)制方式的頻帶利用率相對(duì)較低。若能將軍民信號(hào)甚至不同導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)在頻譜上實(shí)現(xiàn)分離，則能很大程度上提高頻帶的利用率，而B(niǎo)OC（BinaryOffsetCarrier，二進(jìn)制偏移載波）調(diào)制信號(hào)的頻譜分裂特性，剛好能夠解決這個(gè)問(wèn)題，并且BOC調(diào)制信號(hào)比BPSK調(diào)制信號(hào)相比，它具有更高的信號(hào)同步精度和更好的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)[3]。信號(hào)的同步是GNSS信號(hào)接收的核心，也是GNSS真正能

5、夠應(yīng)用于實(shí)際的關(guān)鍵。而在GNSS信號(hào)的同步過(guò)程中，信號(hào)會(huì)受到多普勒頻移、多徑干擾等一系列復(fù)雜環(huán)境的影響，這對(duì)信號(hào)本身的要求將很?chē)?yán)格。而時(shí)分?jǐn)?shù)據(jù)TDDM（Time第1章緒論全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)全球增強(qiáng)系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)區(qū)域定位系統(tǒng)區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)GPS(美國(guó))GLONASS(俄羅斯)Galileo(歐盟)Compass(中國(guó))OmnistarStarFireQZSS(日本)IRNSS(印度)Beidou1(中國(guó))PRARE(德國(guó))WAAS(美國(guó))D

6、IS(法國(guó))MSAS(日本)EGNOS(歐盟)GAGAN(印度)SDCM(俄羅斯)圖1.1GNSS的主要構(gòu)成框圖Fig.1.1ThemainstructurediagramofGNSS由于美國(guó)民用需求以及軍方對(duì)實(shí)時(shí)、精確和連續(xù)的導(dǎo)航要求，1958年美國(guó)軍方提出了GPS計(jì)劃，在1973年GPS的可行性方案才被提出，直到1978年，首顆GPS導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射工作，美國(guó)在1995年GPS星座系統(tǒng)建成時(shí)宣告GPS正式進(jìn)入全面運(yùn)行狀態(tài)。而新一代GPS

7、是由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制，該系統(tǒng)不僅能夠?yàn)殛懞？杖箢I(lǐng)域提供全天候、全球性、實(shí)時(shí)的高精度定位和監(jiān)測(cè)服務(wù)，同時(shí)還用于核爆檢測(cè)、情報(bào)收集、應(yīng)急通訊、電子對(duì)抗、軍事打擊等一些軍事目的[6]。GLONASS系統(tǒng)始建于1976年的前蘇聯(lián)，后由俄羅斯所管和繼續(xù)研究。它由24顆中高度圓軌衛(wèi)星和1顆備用衛(wèi)星組成，分布于3個(gè)傾斜角度為64.8的軌道平面上，周期為11時(shí)15分[7]。GLONASS與GPS不同的是它采用的是頻分多址技術(shù)，即每顆衛(wèi)星獨(dú)占一個(gè)

8、頻點(diǎn)。由于前蘇聯(lián)的解體和俄羅斯經(jīng)濟(jì)一直不景氣，衛(wèi)星沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)充，但隨著衛(wèi)星導(dǎo)航目前在各領(lǐng)域的重要性日益突出，以及俄羅斯目前所面臨的國(guó)際形勢(shì)，俄羅斯預(yù)計(jì)劃發(fā)射76顆GLONASS衛(wèi)星，組建GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)確定海上、陸地及空中物體的速度及坐標(biāo)信息是其最主要的服務(wù)內(nèi)容[8]。歐盟各國(guó)于2003年啟動(dòng)了全球民用多模衛(wèi)星定位系統(tǒng)Galileo計(jì)劃。Galileo在設(shè)計(jì)頂層時(shí)起點(diǎn)較高，能夠與GPS和GLONASS系統(tǒng)相互兼容，