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NCS性能评估及BOC无模糊捕获技术研究

柯颋  
【摘要】:全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)作为一种现代高技术系统,它已经成为经济和技术强国的标志。世界各个大国都在努力发展独立自主的卫星导航系统。目前世界上已有和正在开发的卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO以及中国的北斗系列。研发高精度GNSS接收机是卫星导航领域永恒的追求目标,而提高伪码同步精度则是实现高精度定位性能指标的核心技术。本文对GNSS数字接收机中影响伪码同步精度的若干关键技术进行了研究。主要成果及贡献如下: (1)研究了理想情况(忽略载波调制与解调、前端带限、热噪声以及干扰的影响)下GNSS数字接收机中广泛采用的非等量采样(Non-Commensurate Sampling,NCS)技术的性能评估理论。针对一般的NCS采样率提出了一种新的定量性能评估指标,并给出了其解析计算公式及快速算法。在此基础上,得到了任意采样率对时间鉴别力影响的一般规律。最后给出了一套采样率优选步骤。 (2)针对二进制偏移载波(Binary Offset Carrier, BOC)调制技术中存在的捕获模糊问题,基于主峰捕获思想,研究并提出了一种能兼顾副峰抑制和噪声抑制的BOC信号无模糊捕获算法。将BOC信号无模糊捕获问题转化为一个多目标参数优化问题,并且利用多目标粒子群优化算法求取Pareto最优解集。获得的Pareto最优解集代表了多个性能指标间最佳权衡,可以提供较大的系统设计灵活性。与同类算法相比,本文提出的BOC信号无模糊捕获算法具有如下优点:a)拓展了决策向量空间,确保了存在性能更佳的最优解。本文提出了一种基于单元相关输出二次组合的通用的捕获判决量构造模式,并且将二次项加权组合系数作为优化问题的决策向量。该构造模式囊括了同类算法中所使用的构造模式,因此同类算法所使用的决策向量空间只是本文提出的优化算法的决策向量空间的一个真子集。特别地,一般情况下同类算法不能完全抑制副峰,而在本文提出的拓展的决策向量空间中存在能够完全抑制副峰,并且噪声抑制力性能更优的Pareto最优解,并且能够通过优化算法获得该最优解。b)拓展了优化目标数目,获得的Pareto最优解能够提供最大的系统设计灵活性。仿真发现,对于一般的BOC(kn, n)信号,当κ较大时,副峰抑制性能的显著提高将意味着噪声抑制性能的显著恶化,这时应该注重副峰抑制性能和噪声抑制性能之间的权衡。本文提出的多目标优化算法获得的Pareto最优解能够提供最佳权衡。而同类算法只能获得单一确定的无模糊捕获问题解决方案,因此难以获得工程所需的系统设计灵活性。


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