衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)多址干擾影響分析及其抑制技術(shù)研究.pdf

1、隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）逐步發(fā)展完善，未來導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)目將達(dá)到120多顆，各信號(hào)共用頻譜資源導(dǎo)致的多址干擾日益嚴(yán)重，尤其當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)功率增強(qiáng)或者存在偽衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，強(qiáng)信號(hào)多址干擾已成為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能提升的重要誤差源之一；同時(shí)多址干擾也是影響北斗地面運(yùn)控站間系統(tǒng)以及北斗有源定位（RDSS）系統(tǒng)等測(cè)量與通信一體化系統(tǒng)性能的主要制約因素。這兩個(gè)系統(tǒng)需要同時(shí)完成高精度偽距測(cè)量和高可靠數(shù)據(jù)通信，多址信號(hào)形成的匹配譜干擾不但會(huì)影響通信容量，也會(huì)

2、引起導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量誤差。針對(duì)上述問題，本文研究了導(dǎo)航接收機(jī)多址干擾影響評(píng)估方法和偽碼測(cè)距多址干擾抑制技術(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)距精度約束下如何提高轉(zhuǎn)發(fā)式測(cè)量與通信一體化系統(tǒng)頻譜利用率提出了解決方案。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和成果包括：
　　1、傳統(tǒng)多址干擾評(píng)估方法簡(jiǎn)化使用連續(xù)功率譜計(jì)算頻譜隔離度和碼跟蹤頻譜靈敏度，用于評(píng)估周期擴(kuò)頻碼離散功率譜信號(hào)的多址干擾時(shí)存在較大偏差。針對(duì)此問題，給出了周期擴(kuò)頻碼的頻譜隔離度和碼跟蹤頻譜靈敏度計(jì)算公式，揭示了多

3、址干擾下偽碼跟蹤偏差和標(biāo)準(zhǔn)差隨期望信號(hào)與多址信號(hào)的多普勒頻率差、載波初相差、信號(hào)功率差、偽碼初相差的變化規(guī)律，指出多址干擾引起的偽距跟蹤零值取決于互相關(guān)函數(shù)相鄰碼片的旁瓣起伏特性。進(jìn)一步分析表明：信息符號(hào)周期小于等于偽碼周期后，可以采用連續(xù)功率譜計(jì)算頻譜隔離度和碼跟蹤靈敏度近似評(píng)估周期碼擴(kuò)頻信號(hào)，偏差小于0.2dB。最后通過軟件接收機(jī)仿真驗(yàn)證了上述結(jié)論。
　　2、推導(dǎo)了帶限信道擴(kuò)頻測(cè)距系統(tǒng)接收機(jī)偽碼跟蹤誤差與信道帶寬、偽碼速率和多

4、址干擾關(guān)系的表達(dá)式，得出了使偽碼跟蹤誤差最小的偽碼速率與信道帶寬比，為擴(kuò)頻測(cè)距系統(tǒng)偽碼速率與信道帶寬比的優(yōu)選提供了理論指導(dǎo)。分析表明理想帶限信道下的最優(yōu)偽碼速率與信道帶寬比近似為1；信道存在群時(shí)延波動(dòng)時(shí)最優(yōu)偽碼速率與信道帶寬比在0.5~1之間，群時(shí)延波動(dòng)越劇烈，最優(yōu)偽碼速率越小。此時(shí)帶限信道只保留了擴(kuò)頻信號(hào)部分主瓣，針對(duì)該帶限信道下基于并行干擾對(duì)消（PIC）的偽碼跟蹤多址干擾抑制技術(shù)性能下降的問題，提出了對(duì)本地多址干擾重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行信道濾

5、波匹配的優(yōu)化方法，使得干擾對(duì)消后信息解調(diào)等效載噪比提高近2dB，偽碼跟蹤標(biāo)準(zhǔn)差降低近1倍，為帶限信道下干擾對(duì)消類多址干擾抑制技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和具體的實(shí)施措施。
　　3、多址干擾對(duì)消能同時(shí)降低解調(diào)誤碼率和測(cè)距誤差，但其硬件資源需求過高，高精度導(dǎo)航接收機(jī)更關(guān)注偽碼測(cè)距精度指標(biāo)，針對(duì)硬件資源約束下如何進(jìn)一步提高導(dǎo)航接收機(jī)測(cè)距精度的問題，提出了基于多相關(guān)器的偽碼測(cè)距多址干擾抑制技術(shù)，分析表明采用四相關(guān)器的早遲坡度（ELS）和雙差

6、相關(guān)器（DDC）技術(shù)的偽碼跟蹤偏差和標(biāo)準(zhǔn)差都是傳統(tǒng)接收方法的1/14，當(dāng)多址干擾與期望接收信號(hào)功率差小于10dB時(shí)，DDC技術(shù)可達(dá)到單級(jí)PIC的性能，DDC的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度僅為PIC的2/K（K為信號(hào)路數(shù)），簡(jiǎn)化了導(dǎo)航接收機(jī)多址干擾抑制的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
　　4、利用以上多址干擾評(píng)估方法對(duì)北斗系統(tǒng)兩個(gè)測(cè)量與通信一體化系統(tǒng)信號(hào)體制進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)北斗 RDSS系統(tǒng)在測(cè)距精度和誤碼率雙重約束下提高用戶入站容量的問題，提出在同一帶寬內(nèi)傳輸多

7、個(gè)頻譜部分重疊的擴(kuò)頻信號(hào)，分析得出了頻譜分離為兩個(gè)和三個(gè)情況下的最優(yōu)偽碼速率，相對(duì)于現(xiàn)有單一擴(kuò)頻信號(hào)占用整個(gè)信道帶寬的方案，系統(tǒng)入站容量分別提高了29％和37%；針對(duì)北斗地面運(yùn)控站間時(shí)間同步/數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)測(cè)距精度和誤碼率雙重約束下提高整網(wǎng)通信容量的問題，提出先將頻譜部分分離，再對(duì)頻譜分離后單個(gè)頻譜內(nèi)信號(hào)進(jìn)行多址干擾對(duì)消的方法，與整個(gè)頻譜采用并行干擾對(duì)消相比，接收等效載噪比損耗小于1dB，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度降為原來的一半。
　　論文的研究成