BOC及高動態(tài)GPS信號捕獲算法研究.pdf

1、擴頻通信是將信息通過寬帶傳輸，從而達到抗干擾能力強、截獲率低、保密性好及多址通信的目的。全球導航衛(wèi)星定位系統(tǒng)就是擴頻通信的一種典型應用，導航系統(tǒng)目前已被廣泛應用于軍事通信和民用移動通信中，能夠實現(xiàn)全球的快速定位、實時導航、精密授時等服務，對于國防建設、經濟發(fā)展、民生應用具有重要的經濟意義和社會意義。
　　 隨著各國導航系統(tǒng)的發(fā)展，導航系統(tǒng)接收機的性能一直是導航通信中的關鍵，而擴頻碼的快速捕獲是影響接收機性能的關鍵技術。隨著移動通

2、信的發(fā)展，高動態(tài)環(huán)境使得接收機接收到的導航信號存在嚴重的多普勒頻偏和高階的多普勒頻偏變化率，這無疑給捕獲帶來了巨大的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)新增導航信號與原GPS信號達到共享頻率資源，二進制偏移載波(BOC，Binary Offset Carrier)調制方式被導航系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展所采用，而BOC調制與傳統(tǒng)調制方式在功率譜和自相關函數都存在差異，因此，如何實現(xiàn)高動態(tài)GPS信號和BOC調制信號的快速捕獲是一個亟待解決的關鍵問題。
　　 本文

3、在研究GPS信號和接收機結構的基礎上，著重研究了高動態(tài)GPS信號和BOC調制信號的偽碼捕獲問題。論文的主要工作包括如下幾個方面:
　　 (1)介紹了擴頻通信的基本原理，對GPS信號和接收機結構進行了分析，并對信號的跟蹤結構進行簡要說明。同時對BOC調制信號與傳統(tǒng)調制信號的調制特性進行了功率譜和自相關函數的對比分析。
　　 (2)針對高動態(tài)GPS信號CA碼捕獲的問題，研究了一種基于離散多項式相位變換和PMF-FFT的偽碼快

4、速捕獲算法。首先通過離散多項式相位變換將高動態(tài)GPS信號進行由低到高階的瞬態(tài)矩運算，從而確定信號的階數，并同時將信號降階成帶殘余頻偏的直擴信號，然后采用PMF-FFT與功率譜相結合的方法實現(xiàn)偽碼快速捕獲。仿真驗證了該算法的有效性，并通過仿真分析了窗函數加權和累加次數對檢測性能的影響。
　　 (3)針對BOC(n，n)型調制信號自相關函數存在三個峰值導致偽碼捕獲模糊性的問題，研究了一種基于相關函數組合合成的精確無模糊的捕獲算法。該

5、方法首先將信號進行頻域的多普勒補償，然后通過本地增設QBOC(n,n)支路，利用BOC(n，n)信號自相關以及BOC(n，n)和QBOC(n，n)互相關，經移位±Tc/4、取模、求和、平方運算組合而成。理論與仿真分析表明，該算法在不改變自相關主瓣寬度的情況下，完全消除相關副峰的同時，并顯著提高了主峰峰值，因此，該方法不僅可以提高檢測性能，也能體現(xiàn)BOC信號在捕獲精度高方面的優(yōu)勢。
　　 (4)針對除BOC(n，n)以外其他偶數階

6、調制階數的BOC信號的自相關函數存在多個峰值和零點導致偽碼捕獲模糊性的問題，研究了一種改進的基于副相關函數的BOC信號快速捕獲算法。該方法在本地進行時分調制得到N路類BOC信號，然后將N路類BOC信號的第一路和第N路進行特殊的取短處理，再將N路信號與接收信號進行相關處理，最后將相關結果進行組合，從而可得到一個無副峰的相關函數，從而解決了捕獲的模糊性。并從理論上分析了主瓣寬度和檢測性能隨著特殊處理的變化。計算機仿真結果表明，隨著寬度因子的

7、減小，主瓣寬度相應減小、檢測性能也相應的有稍許下降，但捕獲精度卻有所提高，從而可根據接收機系統(tǒng)對捕獲精度和捕獲性能的要求，折衷選擇寬度因子。
　　 綜上所述，論文實現(xiàn)了高動態(tài)GPS信號和BOC調制信號的快速捕獲，并通過matlab仿真實驗對捕獲效果進行了驗證。理論與仿真結果表明基于離散多項式相位變換和PMF-FFT的捕獲算法在高動態(tài)環(huán)境下能夠實現(xiàn)微弱GPS信號的快速捕獲，基于相關函數的組合算法能夠實現(xiàn)各種調制階數的BOC信號有效