一种新型卫星导航信号波形畸变特性评估新方法

全球卫星导航系统(GNSS)导航信号的波形特性将会影响导航信号质量,而信号质量优劣则直接决定了整个GNSS的服务性能极限。传统的波形畸变评估方法主要针对传统相移键控(PSK)调制信号的波形幅度和宽度开展研究,而忽视了波形不对称对跟踪误差和测距误差带来的影响。该文在国际民航组织(ICAO)所采用的传统测距码波形分析模型TMA/TMB/TMC基础上,给出了适用于各种新型二进制偏置载波(BOC)调制的波形畸变分析扩展模型。接着提出能够精细分析波形上升下降沿对称特性(WRaFES)分析模型,并从时域波形、相关函数、S曲线过零点偏差3个方面,深入仿真分析了WRaFES模型的性能特点。最后,以北斗试验卫星M1-S B1Cd信号为例,给出了基于WRaFES模型及相关曲线特性的实测分析结果。研究表明:该方法能够精确分析导航信号波形不对称性及对用户带来的影响,研究成果可为新型卫星导航信号评估提供一种新方法和新思路,同时还可为GNSS用户接收机相关器间隔参数的合理选取提供建议和技术支撑。     

基于高增益接收系统的Galileo E1信号质量评估方法研究

Galileo系统在E1频点采用Interplex调制方式播发导航信号,由于缺乏E1信号功率分配和伪码序列等先验信息,一般的研究人员只能开展有限的信号质量特性研究.针对该问题,提出一套基于高增益天线的空间信号质量评估方法,实现了E1授权信号的解析,完善了E1信号评估体系.运用相关功率法来解决信号分量功率比问题,采用跟踪结果解决相位偏差估计问题,提出加权组合平均和码相位平均相结合的新型时域波形分离方法,克服了电文和码多普勒对时域波形特性评估的影响,采用S曲线过零点偏差（S-curve offset Biases,SCB）等参数进行信号测距偏差定量评估.通过该方法对Galileo GSAT-0214卫星进行了评估,结果显示：该卫星E1各信号分量SCB小于0.2ns,测距性能优异,其复用效率达到了97.8%,优于GPS L1信号和北斗三号系统（BDS-3） B1信号.     

北斗系统导航信号标称失真研究

北斗卫星导航系统（BDS）信号均存在细微的标称失真,传统的研究聚焦于单星信号失真,无法从系统上定量测量各信号由于标称失真带来的测距偏差.该文以大口径天线接收系统采集数据结合软件接收机,从时域波形、通道特性和测距偏差上分析北斗系统B1I信号标称失真.首先利用码相位累加平均方法和标准码片相关技术提取信号时域失真细节,并计算各卫星数字失真量.其次,运用最小二乘法估计信号通道特性,对比分析所有卫星信号通道特性;最后以S曲线过零点偏差（S-Curve Bias,SCB）定量分析B1I信号自然测距偏差及最大测距偏差.文章从多维度定量对比研究了北斗系统B1I信号标称失真,给卫星导航空间信号质量评估和接收机设计提供了新的思路.     

卫星导航长码信号波形监测方法

由于信号微弱,如何获得在轨导航卫星的清晰信号波形是卫星导航信号质量监测研究中的难点之一,为此提出了一种在轨导航卫星的信号波形监测方法。该方法基于Vernier采样原理,利用大口径抛物面天线对在轨卫星进行信号采集,经过消除初相和残余频率、累加平均和数据组合等处理,获得清晰的码片波形。对于相同码速率的民用信号和长码信号,可确定民用信号和长码信号的伪码相位偏差。利用大口径抛物面天线对北斗卫星进行跟踪,获得了多颗北斗卫星B1频点民用信号和长码信号的码片波形。结果表明,民用信号和长码信号的码片波形的轮廓差异较小,但伪码相位存在偏差。     

北斗B1信号质量相关域评估方法研究

针对北斗B1信号的调制特点，采用离线数据分析方法，在相关域实施了实采北斗卫星导航信号质量的测试评估。在深入了解卫星信号相关域质量监测指标的基础上，围绕北斗B1频点信号的相关峰波形、S曲线及其偏差、二阶中心矩、相关峰斜率对称性、相关峰幅度对称性以及相关损耗等，定性或定量地分析了相关指标与测距偏差之间的关系。实测数据验证了理论分析结果，相关研究成果可以为单颗星信号质量在相关域方面的测试评估提供依据。     

北斗系统信号时域波形失真评估

卫星导航信号时域波形是空间信号质量监测和评估(SQM)的重要内容,本文利用大口径天线接收系统采集的离线数据对北斗IGSO-6卫星B1频点信号时域波形进行分析。首先提出利用基于码相位平均方法求取高信噪比的时域波形,在此基础上利用标准码片波形相关技术提取出码元波形。然后建立相关函数和码元波形的统计理论联系,利用码元波形相关函数差分析信号边沿特性,最后在时域波形上计算出所有北斗卫星的数字失真量,详细评估不同卫星数字失真规律。     

GPS III首星信号结构及其特性分析

导航信号是连接空间卫星和地面用户端的枢纽,是卫星导航定位系统中最重要的部分之一,其优劣直接影响后续的定位、测速、授时等性能。该文利用国家授时中心40 m高增益天线对GPS III首星进行多次信号采集及比对分析工作,从GPS III L1频点调制矢量及频谱分布入手,对L1频点载波相位存在“滑动”现象进行了深入剖析,得出该现象主要源于L1M信号。利用C/A码解析出授权信号M码,定量分析了L1频点信号分量的S曲线过0点偏差以及功率占比,其中L1M S曲线过0点偏差达到0.058 ns,信号功率占比最高可达6.78。该文研究成果可为研究新一代GPS信号的调制方式提供支撑,也可为后续北斗导航卫星系统信号体制设计以及信号质量评估方法提供参考。     

GPSⅢ首星信号结构及其特性分析

导航信号是连接空间卫星和地面用户端的枢纽,是卫星导航定位系统中最重要的部分之一,其优劣直接影响后续的定位、测速、授时等性能.该文利用国家授时中心40?m高增益天线对GPSⅢ首星进行多次信号采集及比对分析工作,从GPSⅢ?L1频点调制矢量及频谱分布入手,对L1频点载波相位存在"滑动"现象进行了深入剖析,得出该现象主要源于L1M信号.利用C/A码解析出授权信号M码,定量分析了L1频点信号分量的S曲线过0点偏差以及功率占比,其中L1M?S曲线过0点偏差达到0.058?ns,信号功率占比最高可达6.78.该文研究成果可为研究新一代GPS信号的调制方式提供支撑,也可为后续北斗导航卫星系统信号体制设计以及信号质量评估方法提供参考.     

改进相位差分法实现步进频雷达测速研究

目前利用相位差分法实现调频步进雷达测量目标径向速度的研究,针对目标相邻回波信号建立了模型,并利用回波信号的相位差分信息估算目标速度.首先对原算法所建信号模型和公式推导进行分析,论证了原算法在相位差分运算方面和测距误差评估方面的不足,然后提出一种在一级脉压后进行相位差分的改进算法.并进一步分析了测距误差对该算法得到的估计速度的影响,最后提出利用最小波形熵法减小估计速度误差的方法.通过仿真试验证明了该方法的有效性.     

新型导航信号生成与评估技术

随着卫星导航技术的发展,卫星导航信号体制也在向着多频段,多服务、多调制方式的方向发展。我国Compass系统目前正处于建设的关键时期．系统的信号体制对系统性能有着决定性的影响．而信号生成及其质量评估也是建设过程中的一项关键技术。本文以B1频点为例从理论和实现两个方面．论述了Compass系统新型导航信号的生成方法和信号质量的评估方法,通过仿真的方法从时域和频域等层面给出了B1频点信号生成的结果,并进行了评估,为系统的建设提供参考。     

Influence of nominal distortion of Beidou-3 B1C signal on ranging performance

The B1C signal is selected as a civil navigation signal for the BDS-3 system,which adopts a complex constant envelope modulation in the B1 frequency band.Therefore,it is easy to generate nominal distortion during signal generation.Such nominal distortion of each satellite produces inconsistent ranging deviation and directly degrades the system positioning performance.A complete ranging deviation estimation method was proposed for B1C signals in this paper.Firstly,the S-Curve Bias (SCB) was used to quantitatively analyze the B1C signal ranging deviation,and the standard correlation curve estimation method was proposed to realize the accurate estimation of the code phase deviation at the peak of the correlation curve.Secondly,a algorithm was designed to solve the problem of QMBOC signal mislocking at the platform during receiver tracking.Finally,the actual ranging bias and nature ranging bias of each satellite of Beidou-3 under different correlation intervals and front-end bandwidth of the user receiver were analyzed based on the satellite downlink signals collected from the 40-meter high-gain antenna at the National Time Service Center,and the recommended user receiver parameter range was given.The strategy proposed in this paper can be extended to other MBOC signal ranging error estimation,and the test results can be thought of as a reference to the development of BeiDou-3 receiver.     

一种基于BOC信号的导航发射信道预失真技术

由于卫星导航系统中导航卫星发射信道的记忆非线性效应,使带宽受限的二进制偏移载波（BOC）调制信号失真加剧,导航系统性能将受到严重影响。针对这个问题,建立并分析了导航发射信道模型,提出将等效简化信道模型的主体部分（HPA及其前后置滤波器）等效为Wiener—Hammerstein模型的思想,同时设计了一种针对此模型的基于直接学习结构的自适应LMS预失真方案。仿真结果表明,该方案能有效抑制BOC信号的带外频谱扩展,优化星座图,可以很好地消除导航信道对BOC信号的失真影响,在卫星导航系统中有着重要的意义和良好的应用前景。     

电离层色散效应对宽带BOC信号的影响

电离层色散特性导致宽带二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)信号的码片时域波形和相关函数曲线产生畸变,影响BOC信号完好性和跟踪性能。为了评估电离层对BOC信号传输的影响,构建了宽带BOC信号的电离层影响分析框架,分析了电离层色散效应对码片时域波形和相关特性的影响,并评估了三类典型BOC信号的带内电离层色散效应在码跟踪环路和载波跟踪环路引入的偏差。研究结果表明,电离层色散效应会导致宽带BOC信号时域码片实部和虚部边缘产生抖动现象,色散信号与标准信号间的互相关函数会产生明显的相关损耗;在电离层活跃期间,电离层色散效应在码跟踪与载波相位跟踪中均引入明显的鉴别误差。该结果对BOC信号的电离层误差的评估与校正有一定的参考意义。     

地形地物对星载激光测高仪回波信号的影响

地形地物的回波信号特性影响着星载激光测高仪测量精度。对星载激光测高仪回波脉冲信号进行了理论分析,建立了地形地物数学物理模型,对不同地形地物的回波信号进行了数值模拟研究;在采用不同回波信号检测的情况下,分析了不同地形地物造成回波信号的变化所引起的测量误差。研究结果对保证星载激光测高仪测量精度具有重要的意义。     

Detection of UWB ranging measurement quality for collaborative indoor positioning

Wireless communication signals have become popular alternatives for indoor positioning and navigation due to lack of navigation satellite signals in such environments. The signal characteristics determine the method used for positioning as well as the positioning accuracy. Ultra-wideband (UWB) signals, with a typical bandwidth of over 1 GHz, overcome multipath problems in complicated environments. Hence, potentially achieves centimetre-level ranging accuracy in open areas. However, signals can be disrupted when placed in environments with obstructions and cause large ranging errors. This paper proposes a ranging measurement quality indicator (RQI) which detects the UWB measurement quality based on the received signal strength pattern. With a detection validity of more than 83%, the RQI is then implemented in a ranging-based collaborative positioning system. The relative constraint of the collaborative network is adjusted adaptively according to the detected RQI. The proposed detection and positioning algorithm improves positioning accuracy by 80% compared to non-adaptive collaborative positioning.     

卫星通信抗截获信号波形设计

针对卫星通信信号传输隐蔽性不高的问题,提出了一种抗截获的信号波形设计方法。采用具有循环平稳特性的大信号掩盖不具有循环平稳特性的弱信号,含有重要信息的弱信号成为大信号的背景信号,实现卫星信号的隐蔽传输。弱信号包含正常业务数据和重要数据,利用随机跳码扩频和随机跳时将两者合并的同时,可将重要数据隐藏于弱信号中,并破坏弱信号的循环平稳特性,提高重要数据传输的安全性。对信号波形仿真分析,在大信号和弱信号的功率比高于7 dB时,盲检测不到弱信号的存在,表明设计波形具有抗截获性。最后对弱信号解调性能仿真分析,表明抗截获能力提高的同时,其传输性能仍在可接受范围内。     

GPS-BASED LEO SATELLITE POSITION AND ATTITUDE DETERMINATION AUGMENTED BY PSEUDOLITES ON EARTH

GPS-based navigation and attitude determination of LEO satellites is presently considered as an alternative to the conventional systems which utilize earth sensors and magnetometers. The onboard GPS receiver determines the orbit position of the LEO satellite by the conventional system of linearized navigation equations, requiring the simultaneous reception of ranging signals from four GPS satellites by a single antenna. For attitude determination, pairs of antennae, suitably mounted on the satellite and feeding a common receiver, form several interferometric baselines. The baselines vectors, defined in a given coordinate system, determine the attitude of the satellite. For each baseline and each GPS satellite, the difference in phase of the received signal carriers is measured. The differencing operation eliminates the receiver clock bias. Solutions for the baseline vectors can be obtained with signals received from only three GPS satellites. If the coverage of a receive antenna is restricted to less than the hemisphere it will not have four GPS satellites in view all the time. It is demonstrated that a GPS pseudolite transmitter located on earth supplements the system, which then provides a usable geometric dilution of precision (GDOP) for position determination and an improved position dilution of precision (PDOP) for attitude determination. Pseudolites can be co-located with the gateways which provide access to the public switched telephone networks (PSTNs) for the LEO communication satellites.