北斗新体制BOC信号的无模糊度跟踪捕获技术研究与实现

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随着北斗三代卫星全面组网的建成,全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的发展成为了广泛关注的焦点。然而,随着卫星数量的激增,卫星信号信道日趋拥挤,信号间的相互干扰成为抑制GNSS发展的主要因素,也成为了目前GNSS发展亟待解决的问题。对此,北斗三代信号采用二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)体制作为新型卫星导航信号调制方式。一方面,BOC信号具有频谱分离特性,不同卫星导航系统之间能够更好的利用频带资源。同时,BOC信号的拥有两个互相独立的调制参数,不同参数的设计减弱了信号之间的相互干扰。另一方面,BOC信号的自相关函数包含多个相关边峰。在接收机同步过程中,极容易错误的锁定在相关边峰上,导致差错定位。针对上述背景,本文开展北斗新体制BOC信号的无模糊度捕获跟踪技术的研究与实现。本文的主要研究内容如下:首先,介绍导航信号的调制技术,其中包括传统BPSK调制与新型BOC调制,以及两种调制方式的调制原理、波形变换等内容。同时,由于BOC信号的特殊性,衍生出一系列的不同调制体制,如MBOC与Alt BOC调制。并通过仿真结果对比BPSK与BOC调制的谱函数与相关函数,为本文的主要研究内容提供理论基础。其次,以捕获原理及捕获方法的介绍为着手点,系统性阐述传统导航信号的捕获过程。基于原理框图与捕获结果,介绍了BPSK-like、SCPC与ASPe CT三种适用于BOC信号的消峰算法。针对典型算法的不完全消峰问题,提出一种新的捕获算法。这种新算法基于将本地BOC(n,n)信号在一个子载波周期内利用时域控制器分为四段,与接收信号相关后生成支路相关函数。支路相关函数经过一系列的重构过程,以此完全消除边峰影响。该算法可以完全消除不同相位子载波调制下的边峰干扰,最终生成的信号检测量只保留窄相关峰。再次,以跟踪原理及跟踪环路的介绍为先导,论述传统导航信号的跟踪过程。进而,提出子互相关函数的概念,利用移位子互相关函数作为辅助信号,消除BOC(kn,n)信号的跟踪无模糊度。这一方法能够有效缓解BOC信号的多峰性问题,保留窄相关峰,同时展现出更加优异的鉴相与抗多径性能。另外,提出一种新的适用于不同调制阶数的sin-BOC边峰消除方法。该方法在边峰消除有效性、检测概率和峰均比等方面较典型方法都有一定程度的提升。最后,在GNSS接收机硬件平台上,设计接收电路中的主要逻辑模块,具体包含中频去载波模块、本地信号生成模块、相关累加模块及最大值判决模块。同时,详细阐述对信号处理流程和逻辑单元模块,并通过仿真验证逻辑模块是否符合设计。
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