衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)研究.pdf

1、在一些特殊的環(huán)境中，由于受衰減、遮擋以及強(qiáng)干擾等因素的影響，會(huì)使得接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的可用性和完好性發(fā)生顯著地降低，進(jìn)而影響到最終的導(dǎo)航定位結(jié)果，因此需要對(duì)這些情況下的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)以提高信號(hào)性能。同時(shí)，在一些特殊的應(yīng)用中如軍事衛(wèi)星導(dǎo)航等，也需要對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)以提高系統(tǒng)的抗干擾性能和工作可靠性?；诖?，論文重點(diǎn)研究了利用信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)、偽衛(wèi)星信號(hào)輔助、循環(huán)譜分析和頻移濾波、信號(hào)編碼、以及抗多徑等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的幾種典型的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)

2、增強(qiáng)方法，以及它們具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，同時(shí)對(duì)利用這些方法增強(qiáng)后的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)性能也進(jìn)行了仿真和分析。論文主要貢獻(xiàn)如下：
　　(1)提出了一種利用地球同步軌道通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的方法。首先給出了利用地球同步軌道通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的原理，并對(duì)通信衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)時(shí)所受的干擾進(jìn)行了分析，給出了衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的疊加功率與通信信號(hào)誤碼率之間的定量關(guān)系。同時(shí)也分析給出了衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)解調(diào)

3、誤碼率與衛(wèi)星通信信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系。接著重點(diǎn)研究了在導(dǎo)航信號(hào)接收端對(duì)頻譜重疊強(qiáng)衛(wèi)星通信信號(hào)進(jìn)行抵消的方法，給出了一種利用頻移濾波及遞歸最小二乘自適應(yīng)算法來(lái)消除通信干擾并分離出弱衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的方法及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。最后通過(guò)仿真研究了分離出的弱衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的跟蹤捕獲性能。仿真結(jié)果表明，這種轉(zhuǎn)發(fā)的頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)在進(jìn)行有效的頻移濾波處理后，它的性能可接近或達(dá)到相同條件下無(wú)頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的性能，從而驗(yàn)證了所提方法的有效性和可行

4、性。
　　(2)針對(duì)偽衛(wèi)星輔助GPS應(yīng)用中的“遠(yuǎn)近”效應(yīng)問(wèn)題，提出了一種利用頻移濾波來(lái)抑制偽衛(wèi)星“遠(yuǎn)近”效應(yīng)干擾的方法。通過(guò)該方法可有效增強(qiáng)弱GPS信號(hào)的性能，達(dá)到擴(kuò)大接收機(jī)工作區(qū)域范圍的目的。首先對(duì)偽衛(wèi)星輔助GPS應(yīng)用中的“遠(yuǎn)近”效應(yīng)及其常用解決方法進(jìn)行了分析，并給出了一些定量分析的結(jié)果。然后利用偽衛(wèi)星信號(hào)與接收GPS信號(hào)在循環(huán)頻率與功率上的差異性，給出了一種利用頻移濾波來(lái)有效抑制偽衛(wèi)星“遠(yuǎn)近”效應(yīng)干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)弱GPS信號(hào)進(jìn)行增

5、強(qiáng)的方法。最后通過(guò)對(duì)偽衛(wèi)星“遠(yuǎn)近”效應(yīng)干擾抑制前后弱GPS信號(hào)的捕獲性能的仿真對(duì)比，驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　(3)針對(duì)一些復(fù)雜電磁環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)所受的時(shí)頻重疊數(shù)字調(diào)制強(qiáng)干擾，提出了一種利用循環(huán)譜分析和頻移濾波技術(shù)來(lái)消除時(shí)頻重疊強(qiáng)干擾，實(shí)現(xiàn)弱衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)增強(qiáng)的方法。首先給出了利用數(shù)字調(diào)制干擾信號(hào)的循環(huán)譜來(lái)獲得其循環(huán)譜特征參數(shù)的方法。然后針對(duì)實(shí)際接收信號(hào)中干擾信號(hào)循環(huán)參數(shù)先驗(yàn)信息未知的情況，給出了利用接收信號(hào)的循環(huán)譜分析來(lái)獲

6、得強(qiáng)干擾信號(hào)循環(huán)譜特征參數(shù)的方法及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。最后在所得干擾信號(hào)循環(huán)譜特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，給出了一種利用頻移濾波器及降秩多級(jí)嵌套維納濾波算法來(lái)消除時(shí)頻重疊強(qiáng)干擾的方法。仿真結(jié)果表明，同常規(guī)的干擾濾波方法相比較，利用所提方法可有效地去除時(shí)頻重疊數(shù)字調(diào)制強(qiáng)干擾，從而達(dá)到增強(qiáng)弱衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的目的。
　　(4)針對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星中所用卷積碼，提出了一種基于最大狀態(tài)度量歸一化的最大后驗(yàn)概率(Maximum a Posterioi,MAP)譯碼改進(jìn)算

7、法。首先對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星卷積碼MAP譯碼方法存在的數(shù)值穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了分析。然后在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，給出了一種基于最大狀態(tài)度量歸一化的MAP譯碼改進(jìn)算法及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。最后通過(guò)對(duì)改進(jìn)算法和原算法在不同幀長(zhǎng)和不同信道條件下的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)譯碼性能仿真與比較，驗(yàn)證了算法改進(jìn)的有效性。
　　(5)為了有效降低多徑信號(hào)對(duì)測(cè)距精度的影響，提高多徑環(huán)境下弱衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的測(cè)距性能，提出了一種TK算子壓縮采樣與多徑幅值估計(jì)相結(jié)合的常規(guī)抗多徑方法，以及一種T

8、K算子與多徑估計(jì)延遲鎖定環(huán)模塊(Multipath Estimation Delay Locked Loop,MEDLL)相結(jié)合的TKO-MEDLL高級(jí)抗多徑方法。在第一種方法中，主要給出了TK算子多徑估計(jì)和所得多徑信號(hào)相關(guān)曲線重構(gòu)的原理，以及將兩者相結(jié)合的抗多徑方法及其算法實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明，該種抗多徑方法的性能要優(yōu)于窄相關(guān)器，并接近于高分辨率相關(guān)器。而在第二種方法中，主要給出了TKO-MEDLL的抗多徑原理及其詳細(xì)地算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程。仿