北斗二代导航信号抗干扰性能的分析与研究可编辑.docx
- 文档编号:13145044
- 上传时间:2023-06-11
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:30.20KB
北斗二代导航信号抗干扰性能的分析与研究可编辑.docx
《北斗二代导航信号抗干扰性能的分析与研究可编辑.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《北斗二代导航信号抗干扰性能的分析与研究可编辑.docx(28页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
北斗二代导航信号抗干扰性能的分析与研究可编辑
北斗二代导航信号抗干扰性能的分析与研究
代号10701学号1008120028分类号TN972+.1密级公开题(中、英文)目北斗二代导航信号抗干扰性能分析与研究
AnalysisandResearchofAnti-jammingPerformance
forCompassⅡNavigationSignals作者姓名张灿指导教师姓名、职务陈南教授
学科、专业通信与信息系统
学科门类工学
提交论文日期二○一三年一月
西安电子科技大学
学位论文独创性声明
秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在
导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标
注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成
果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的
材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中做了明确的说
明并表示了谢意。
申请学位论文与资料假设有不实之处,本人承当一切法律责任。
本人签名:
日期:
西安电子科技大学
关于论文使用授权的说明
本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:
研究
生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。
学校有权保
留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或局部内
容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。
同时本人保证,毕业后
结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。
(保密的论文在解密后遵守此规定)
本学位论文属于保密,在年解密后适用本授权书。
本人签名:
导师签名:
日期:
日期:
摘要
摘要
二进制偏置载波调制BOC-BinaryOffsetCarrier是全球卫星导航系统使用的
一种新型调制方式,它比传统BPSK调制具有更高的抗干扰能力和捕获跟踪性能。
第三代GPS、Galileo以及最新的北斗二代卫星导航系统中都采用了BOC调制或
BOC调制的衍生调制技术。
接收端,同步处理的好坏将直接影响到接收机的定位
精度和性能,因此BOC调制信号同步技术也已成为研究热点。
本文主要研究BOC调制的衍生调制技术TMBOC调制和TDDM-BOC调制的
捕获及抗干扰性能。
首先简单介绍了北斗一代和北斗二代的系统组成和工作原理;
然后,依次介绍了北斗二代中使用的各种调制方法的原理,包括BPSK调制、BOC
调制、TMBOC调制和TDDM-BOC调制,仿真和分析了它们的功率谱密度和自相
关函数,接着组合成完整的B1、B2、B3频点信号;第三,在分析了并行码相位
搜索捕获的根底上,提出了TMBOC调制的捕获算法,并分析了它的抗干扰性能;
第四,针对TDDM-BOC这种特殊调制方式捕获难的问题,提出了T-B两路直捕法
并对算法进行仿真验证,结果证实算法可以有效实现伪码捕获和载波捕获,然后
分析了TDDM-BOC信号的抗干扰性能;最后,总结全文。
关键词:
北斗捕获TMBOC抗干扰TDDM-BOCAbstract
Abstract
BinaryOffsetCarriermodulation-BOC,BinaryOffsetCarrierisanewtypeof
modulationthatisusedinglobalsatellitenavigationsystem.Ithasbetteranti-jamming
abilityandacquisitionandtrackingperformancethantraditionalBPSKmodulation.The
thirdgenerationGPS,GalileoandlatestCompassⅡusetheBOCmodulationorits
derivativemodulationtechniques.Atthereceivingend,thegoodorbadofthe
synchronizationprocessingwilldirectlyaffecttheperformanceandpositioning
accuracyofthereceiver.Therefore,BOCmodulationsynchronizationtechnologyhas
becomeahotresearchtopicInthisdissertation,thecaptureandanti-jammingperformanceofthederivative
BOCmodulationtechnique?
TMBOCmodulationandTDDM-BOCmodulationare
mainlyresearched.Firstly,thecompositionandworkingprincipleofCompassⅠand
CompassⅡarebrieflydescribed.Secondly,theprincipleofvariousmodulationsused
intheCompassⅡisintroduced,includingBPSKmodulation,BOCmodulation,
TMBOCmodulationandTDDM-BOCmodulation,theirpowerspectraldensityandthe
auto-correlationfunctionaresimulatedandanalysed,andthentheintegralB1,B2,B3
signalsarecombined.Thirdly,onthebasisofanalysisontheparallelcodephasesearch
acquisition,TMBOCmodulationcapturemethodisproposedanditsanti-jamming
performanceisanalysed.Fourthly,forthedifficultproblemoftheTDDM-BOC
acquisition,T-Btwo-waydirectacquisitionmethodisproposedTheeffectivenessof
thepseudo-codeacquisitionandcarrieracquisitionisconfirmedbythesimulationsFurthermoretheTDDM-BOCanti-jammingperformanceisperformed.Finally,the
thesisisconcludedbyadiscussionandasummaryoftheworkpresented
Keywords:
CompassAcquisitionTMBOCAnti-jammingTDDM-BOC目录
第一章绪论1
1.1研究背景与意义..1
1.2全球卫星导航系统简介..1
1.2.1全球定位系统GPS2
1.2.2欧盟Galileo系统..2
1.2.3俄罗斯的GLONASS系统3
1.2.4中国Compass系统4
1.3导航系统的干扰..4
1.4论文主要工作和结构安排..5
第二章北斗卫星导航系统架构与原理..7
2.1北斗卫星导航系统组成简介7
2.1.1北斗一号卫星导航系统.7
2.1.2北斗二号卫星导航系统.8
2.2北斗导航系统的根本原理.8
2.2.1“北斗一号〞的工作原理.8
2.2.2“北斗二号〞的工作原理.9
2.3北斗导航系统与GPS的比较..10
2.4本章小结11
第三章北斗卫星导航系统调制方式及仿真.13
3.1BPSK扩频调制..13
3.1.1BPSK扩频调制的原理13
3.1.2BPSK扩频信号的功率谱和自相关函数..14
3.2BOC调制信号15
3.2.1BOC的调制原理.15
3.2.2BOC信号的表示.15
3.2.3BOC信号的功率谱和自相关函数16
3.3TMBOC调制信号18
3.3.1TMBOC6,1,4/33的调制原理.18
3.3.2TMBOC6,1,4/33的功率谱密度和自相关函数18
3.4TDDM-BOC调制信号..20
3.4.1TDDM-BOC的调制原理20
3.4.2TDDM-BOC信号的表示22北斗二代导航信号抗干扰性能分析与研究
3.4.3TDDM-BOC的功率谱密度和自相关函数22
3.5B1频点信号.23
3.5.1B1频点信号组成23
3.5.2B1频点信号功率谱密度24
3.6B2频点信号.25
3.6.1B2频点信号组成25
3.6.2B2频点信号功率谱密度26
3.7B3频点信号.27
3.7.1B3频点信号组成27
3.7.2B3频点信号功率谱密度28
3.8本章小结29
第四章TMBOC信号捕获及其抗干扰研究31
4.1北斗导航接收机射频前端.31
4.2导航卫星的捕获技术32
4.2.1捕获的目的32
4.2.2传统BOC的捕获算法33
4.2.3并行码相位搜索捕获34
4.3TMBOC捕获算法和仿真结果.36
4.3.1TMBOC的捕获算法.36
4.3.2TMBOC的仿真结果.38
4.4TMBOC信号抗干扰性能分析.40
4.4.1TMBOC信号抗单频干扰性能分析.41
4.4.2TMBOC信号抗高斯白噪声性能分析43
4.4.3TMBOC信号抗匹配谱性能分析44
4.5本章小结45
第五章TDDM-BOC信号的捕获及抗干扰研究47
5.1TDDM-BOC的捕获算法.47
5.1.1T-B两路直捕.47
5.1.2T-B两路并行精捕法.49
5.1.3解模糊算法.50
5.1.4TDDM-BOC捕获的仿真结果.51
5.2TDDM-BOC抗干扰性能分析54
5.2.1扫频信号的产生54
5.2.2TDDM-BOC抗扫频干扰性能分析55
5.2.2.1TDDM-BOC抗扫频干扰仿真结果55目录
5.3本章小结57
第六章结束语.59
参考文献..61
致谢.63
硕士期间的研究成果65
1
第一章绪论
第一章绪论
1.1研究背景与意义
近年来,融合了传统无线电导航和天文观测技术的现代卫星导航技术在科研、
军事等多个领域得到了广泛应用,它是一个基于人造卫星、面向全球的全天候无
线电定位、定时系统。
在当今世界,卫星导航定位系统已经基本取代了地面无线
电导航、天文测量和传统的大地测绘技术,成为人类活动中普遍采用的导航定位
手段。
卫星导航系统应用的重要性及其相关技术的发展也充分引起了各国政府的
普遍关注。
迄今为止,已有多个国家拥有或正在建设独立的全球卫星导航系统,包
[1]
括俄罗斯的GLONASS、美国的GPS、中国的北斗系统、欧盟EU的Galileo等。
北斗卫星导航系统COMPASS是中国正在实施的自主研发、独立运行的全
球卫星导航系统,是继美国全球定位系统GPS和俄罗斯GLONASS之后的第
三个成熟的卫星导航系统。
未来它不仅可以在全球范围内全天时、全天候的
为各类用户提供高可靠定位、高精度、授时、导航服务,而且还具有短报文
通信能力。
截止到2021年5月,我国已经成功发射十三颗北斗导航卫星。
方案到
2021年左右建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
随着导航技术的广泛应用,各军事强国都竞相发展和完善各自的导航系
统,导致有限的导航频段越来越拥挤,原有的BPSK调制已经满足不了导航
系统的发展。
因此提出了BOC调制来减少导航信号在频谱上的相互干扰。
与
[2]
BPSK扩频调制不同的是,BOC调制信号将能量集中在频带边缘,实现了
频谱分离,而且可以避开多个信号的频谱混叠,提高频带的有效利用率。
在
信号的传输过程中,BOC调制具有更窄的相关峰,那么在接收端会保持较高的
跟踪精度和定位精度。
BOC调制信号的优点对利用相关特性来测延时、实现
准确定位的全球卫星导航系统的发展具有十分重要的意义。
[3]
但是BOC调制也存在一定的缺陷,他的相关函数存在多峰性,容易使
导航接收机出现漏检和误检,并且卫星导航系统工作频段高、信号强度衰减
快,信噪比往往较低,这就对导航接收机的同步处理技术捕获和跟踪提出
了新的挑战。
因此研究适用于各类BOC调制信号的高效同步算法,使其在短
时间内正确捕获,同时获得较高的信噪比增益是新一代卫星导航系统发展过
程中需要迫切解决的技术难点。
1.2全球卫星导航系统简介2
北斗二代导航信号抗干扰性能分析与研究
随着美国的GPS,欧盟的Galileo以及中国的Compass的开发和升级,多个系
统间的互操作性和兼容性成为一个研究热点。
如何在满足民事应用需求的根底上
兼顾军事应用需求,同时又满足其他导航系统的互操作性和兼容性,成为当前信
号体制研究一个亟待解决的问题。
1.2.1全球定位系统GPS
GPSGlobalPositioningSystem是由美国国防部的海陆空三军在20世纪70年
代联合研发的新型卫星导航系统,它是以卫星为根底的无线电导航定位系统,可
以为陆地海洋航空和航天提供全天候、全球性、实时性和连续性的导航定时和实
位的功能,并且用于核爆监测、情报收集和应急通讯等,逐渐成为美国全球战略
[4]
的重要组成局部。
GPS以其卫星数目多且分布合理的优势,可以连续地同步观测
到至少4颗卫星,从而保证了全天候、全球连续地三维定位。
但是GPS导航系统
也有自身的局限性:
它的卫星轨道设计并未考虑到高纬度的用户,所以在定位精
度上存在效劳盲区;它采用统一的信号频率和调制方式,并且由于扩频通信系统
自身的局限性,GPS接收机很容易受到干扰而不能正常工作。
二进制偏置载波BinaryOffsetCarrier,BOC调制的概念最初是由BETZ在
BinaryOffsetCarrierModulationsforRadio-navigation一文中正式提出的,用以作
为GPSM码的一种候选方案。
随着GPS卫星导航系统的开展,这个概念逐渐产
[5]
生,主要为了使GPS增发的调制信号实现与已经发射的调制信号共享频带资源。
当前和方案的各种GPS信号体制结构表1.1所示。
可以看出在GPS导航系统中已
经越来越多的使用BOC调制方式和它的一些衍生调制方式。
表1.1当前和方案的GPS信号特征
频率/MHz信号调制方式C/A码BPSK1
L11575.42
PY码BPSK5
L1CMBOC6,1,1/11
M码BOC10,5PY码BPSK10
L21227.6M码BOC10,5
L2CBPSK1
L51176.45L5BPSK10
1.2.2欧盟Galileo系统3
第一章绪论
欧盟在2002年正式启动Galileo方案,旨在建立一个由欧盟制定的,独立的
但是与GPS和GLONASS系统兼容的卫星导航系统。
它是世界上第一个民用全球
卫星导航系统,由三部分组成:
地面监控与服务设施局部、空间星座局部和用户
[6]
设备局部。
Galileo星座的轨道面少、轨道高度高、卫星数量少,并且它不用于
军事,可以为地面用户提供免费使用的信号和加密且能满足更高要求的信号。
它
的定位精度比GPS高10倍左右,即使是免费的信号精度也可以达到6米左右。
其
[7]
用户可以根据需要进行选择,且定位精度优于GPS。
表1.2为Galileo系统的信
号体制,可以看到在Galileo系统中不仅采用了BOC直接调制方式,还使用了
AltBOC和CBOC等新型BOC调制技术。
表1.2Galileo系统的信号体制
频率/MHz调制方式
E11575.42CBOC6,1,1/11
BOCcos15,2.5
E51191.795AltBOC15,10
E61278.75BOCcos10,5
BPSK5
1.2.3俄罗斯的GLONASS系统
GLONASS是俄罗斯的全球卫星导航系统,是苏联在1976年启动的工程,在
定位、测速及定时精度上优于施加选择可用性SA之后的GPS导航系统。
它使用
24颗卫星实现全球定位效劳,可以为用户提供高精度的三维空间和速度信息,也
可以提供授时效劳。
GLONASS的星座卫星由30颗卫星组成,包括27颗工作卫星
和3颗备份卫星,分布于3个近圆形轨道面上,这三个轨道平面两两相隔120度,
每个轨道面有8颗卫星,同平面的卫星之间相隔45度,轨道高度为2.36万公里,
运行周期11小时15分,轨道倾角56°。
GLONASS导航系统使用频分多址(FDMA)
的方式,根据载波频率来区分不同卫星GPS是码分多址CDMA,根据调制
码来区分卫星,每组频率的伪随机码相同,码速为GPS的一半。
每颗卫星都
播送两种信号,L1和L2信号,频率分别为L11602+0.5625*kMHz和
L21246+0.4375*kMHz,其中k为1~24为每颗卫星的频率编号,且同一颗卫星满
足L1/L29/7。
由于卫星发射的载波频率不同,GLONASS导航系统可以防止整个
导航系统同时被敌方干扰,因而它具有更强的抗干扰能力。
4
北斗二代导航信号抗干扰性能分析与研究
表1.3GLONASS系统的信号体制
频段调制方式
E5AltBOC或两路QPSKBPSK
E6BPSK
BOCcosBOC1,1
L1
BOC1,1
BOCcos
1.2.4中国Compass系统
2000年10月31日、12月21日、2003年5月25日、2007年2月3日,我
国分别将四颗“北斗一号〞导航系统的试验卫星送入太空,它标志着我国成为继
美国的GPS、俄罗斯的GLONASS后第三个拥有独立卫星导航系统的国家。
“北斗
一号〞导航系统具有授时、定位和短报文通信三大功能。
但同时它也具有一些局
限性。
“北斗一号〞是区域卫星导航系统,它只能对我国以及周边地区定位,而不
能对全球定位;“北斗一号〞要完成位置解算,不但要接收北斗导航信号,还要对
其询问信号进行答复,造成用户接收机因为发送应答信号而暴漏位置,对军事用
户不利,同时用户设备必须包含发射机,造成接收机造价高而且笨重;“北斗一号〞
定位时间长,实时性较差;它的用户容量有限,不适合海陆空联合作战或大规模
[8]
应用的场合等。
鉴于“北斗一号〞的局限性,我国又研制出北斗二代卫星导航定
位系统Compass-M1。
它将在卫星星座、测距方法、导航体制、接收机以及信号
结构等方面进行全面改良。
在北斗二代导航系统中越来越多的使用BOC调制方式,
而且还使用了它的衍生调制技术-TMBOC调制和TDDM-BOC调制,未来对它的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 北斗 二代 导航 信号 抗干扰 性能 分析 研究 编辑
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)