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现代化GNSS数据/导频信号联合捕获算法的研究

万青  
【摘要】:人们对导航定位服务要求的提高促使全球导航定位系统进行现代化改造。同传统GPS系统相比,现代化GNSS在可用信号资源、系统定位精度、完好性和抗干扰能力方面都有较大提升,而这些主要归功于导航信号在结构、伪码设计和调制方式等方面的改进。因此,了解现代化导航信号的技术特性,并有效利用新信号结构特点获得定位性能上的改善是现代化GNSS接收机技术亟待解决的问题。本文以现代化GNSS中广泛采用的数据/导频信号为研究对象,对已有的联合捕获算法进行改进并提出新的联合捕获算法。 首先,通过分析数据/导频(D/P)信号的成因和基本结构,指出D/P信号采用的两个重要新技术,分层扩频码和BOC调制。此后,先以GPS L5C信号和GALILEO E1信号的伪码结构为代表,讨论分层码的产生原理和相关特性,对比结果表明此设计可提供更好的抗干扰能力。后对BOC调制技术的调制原理、功率谱密度特性和相关特性进行详细分析,说明BOC调制在信号兼容性和抗多径上的优越性。以此为基础建立的同相D/P型和正交D/P型接收端信号模型为联合捕获算法的研究奠定了基础。 然后,论文阐述了传统捕获技术在相关接收及优化、后处理、判决和搜索四个部分的经典算法及其特点,又系统讨论了单元域和判决域的概率特性,并借推导信号单路相干捕获算法在两个域中的概率公式,说明捕获概率特性的分析思路。鉴于信号先验信息的不完备,提出一种由无信号时判决域虚警概率设定门限的方法,并仿真证明其可行性。 最后,结合非相干联合和相干联合的理念,提出频域非相干联合捕获算法和频域相干联合捕获算法;结合两通道的相关性提出空间差分相干联合思想,并在此框架下具体给出三种实现方案。基于频域FFT运算和峰值检测法,本文从理论上严格推导出算法的单元域概率特性,阐明门限计算方法,并基于两种不同的信号模型进行了算法性能测试。结果证明:联合捕获算法可以成功实现信号捕获且较单路捕获算法性能更优良。此外,本文还从捕获概率特性、灵敏度和平均捕获时间等方面,对三种联合捕获算法的性能进行了比较并得出结论。


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