新型导航信号调制性能分析及复用技术研究

摘 要 要 作为导航系统的基础要求之一，导航信号 体制的设计直接决定了导航系统的性能优劣，而调制方式和复用技术是信号体制的关键 组成部分。同时，随着全球卫星导航系统（ 划的推进，多元化 经成为发展趋势，但国际电联（ 配给卫星导航系统的频率资源有限，导致各系统对频率资源的争夺越来越激烈，新型导航信号调制方式和复用技术是解决这个问题的有效途径。为了保持在卫星导航领域的领先地位和对有限频率资源的高效利用率，美国早已着手 统的升级工作，信号体制的改革便是其中重要的一项。而作为新兴的导航系统，欧洲的 统和我国的北斗系统为了占有一席之地，在建设伊始便着眼于性能优良的导航信号体制的设计。 本文研究工作主要分为两部分：首先对导航信号调制性能进行分析，对功率谱密度、自相关函数、码跟踪精度和多径误差从理论上建模，给出最终数学表达式；然后针对两种导航信号复用方式 用和 用方式 进行研究， 提出 用的优化结构，推导出复用效率和载噪比损耗表达式。 功率谱密度和自相关函数分析同传统的通信系统分析方法一样，利用傅利叶变换和维纳 辛钦定理进行计算。码跟踪精度采用美国人 出的分析模型，对加性高斯白噪声下的相干 路跟踪方式详细分析，给出码跟踪精度与码环带宽、信道传输函数、接收机带宽、信号功率谱密度、噪声功率谱密度等参数的关系式。多径误差分析建模在导航信号为窄带信号模型的基础上，给出多径误差与信号自相关函数、多径信号衰减系数、多径时延、相关器间隔关系表达式。仿真生成 号并分析其功率谱密度、自相关函数、码跟踪性能和多径误差，比较不同信号的性能优缺点以及在导航系统中的适用情况。 在美国人 出的 用技术基础上给出 用技术的优化结构，推导出复用效率和载噪比损耗同信号发射功率比、功率谱密度、信号载噪比等参数关系式；以 北斗 道为基础，分析优化的三路 用信号性能。 关键词： 号体制，码跟踪，多径误差，信号复用 V s a of of to of of of be in of s is SA to PS to in of is of As Us s on of of at of is by an of is as by We of s as we of on by in of to of of to 1 录 V 目 录 致 谢 . I 摘 要 . . 录 . V 图表目录 . 引言 . 1 究背景 . 1 究目的和意义 . 6 文结构 . 6 2 导航信号性能分析理论 . 7 航信号模型 . 7 号功率谱分析 . 9 关峰分析 . 11 跟踪精度评估理论 . 11 径误差评估理论 . 13 他性能分析理论 . 15 结 . 15 3 号性能分析 . 17 号 . 17 号 . 18 号 . 19 号 . 23 号码跟踪精度 . 25 号多径误差 . 26 结 . 28 号体制的发展与现状 . 号体制评估理论的研究现状 . 航信号模型 . 收信号模型 . OC(fs,制原理 . 收信号的等效基带信号数字特征 . 号功率谱分析 . 号结构 . 号功率谱密度 . ,1,1/11)信号结构 . 号结构 . 号功率谱密度 . 相关函数 . 22新型导航信号调制性能分析及复用技术研究 号性能分析 . 29 号的结构 . 29 5,10)信号调制过程 . 36 5 信号功率谱密度分析 . 38 5,10)信号数字特征 . 41 号码跟踪精度 . 43 5,10)多径误差 . 44 航信号性能综合分析比较 . 45 结 . 49 5 导航信号复用技术研究 . 50 用方式性能评估准则 . 50 用技术 . 51 用技术 . 52 用结构优化 . 53 北斗 信号复用分析 . 63 他复用方式 . 67 结 . 68 6 总结与展望 . 70 结 . 70 望 . 70 参考文献 . 72 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果 . 76 进制 号 . 进制 号 . 进制 号 . 用原理 . 路信号的 制 . 用原理 . 路信号的 用 . 路复用方式的结构优化 . 路复用方式的优化 . 路复用方式的优化 . 59图表目录 表目录 图 导航信号频谱结构 . 3 图 航信号频谱结构 . 4 图 北斗导航信号频谱结构 . 5 图 域波形图 . 17 图 号的功率谱密度 . 18 图 伪随机时分复用的 域波形 . 19 图 号生成框图 . 20 图 号时域合成波形 . 21 图 率谱密度 . 21 图 相关曲线 . 22 图 号的时域波形 . 23 图 ,1,1/11)仿真功率谱密度 . 23 图 号组成示意图 . 24 图 相关曲线 . 24 图 导航信号 宽同前端带宽关系 . 25 图 号跟踪精度下限 . 26 图 号多径误差 . 26 图 号不同相关器间隔下的多径误差包络 . 27 图 不同带宽条件下的 号误差包络下限 . 27 图 号平均多径误差 . 28 图 单边带子载波及其共轭信号的相位和功率谱 . 30 图 二进制 位变化 . 31 图 四进制 位变化 . 32 图 信号幅度恒包络变化过程 . 33 图 信号相位恒包络变化过程 . 33 图 单边带子载波相位 1 分解示意 . 33 图 八进制子载波和生成项相位 . 34 图 位合成（一） . 35 图 位合成（二） . 35 图 号调制框图 . 36 新型导航信号调制性能分析及复用技术研究 频码生成示意图 . 37 图 各支路数据和导频信号频谱 . 39 图 各支路互调项数据和导频信号频谱 . 40 图 号 a 支路、 b 支路综合频谱 . 40 图 5,10)信号的归一化自相关函数 . 41 图 号功率谱密度 . 42 图 号波形时域图 . 42 图 恒包络 5,10)信号功率谱包络仿真 . 42 图 5,10)信号星座图 . 43 图 5,10)信号 宽同前端带宽关系 . 43 图 号码跟踪精度下界（ ） . 44 图 号多径误差包络 . 45 图 号的平均多径误差包络 . 45 图 号功率谱密度 . 46 图 号多径误差包络 . 49 图 号码跟踪精度下限 . 48 图 三路 制实现结构图 . 51 图 三路信号 制实现结构图 . 53 图 优化的三信号 用结构图 . 54 图 三路信号 用效率 . 55 图 四信号 用方式优化结构图 . 56 图 四路信号 复用效率 . 58 图 四路信号 用效率 . 59 图 N 路优化的 用原