通道非理想对BOC信号码跟踪算法性能影响分析

摘要

为实现军民信号频谱分离以及进一步提升导航系统性能，世界各主要卫星导航系统陆续开始了现代化进程， BOC类调制信号得到了广泛应用。相比于传统BPSK调制的导航信号，BOC信号的带宽更宽且本身就具有多个峰值，因而受通道特性的影响更加明显。本文围绕通道非理想条件下BOC信号的码跟踪技术展开研究，选取目前工程中应用较为广泛且比较有代表性的两类码跟踪算法：边带跟踪算法及双环路算法，分析它们在通道非理想条件下的跟踪性能。文章主要从以下三个方面展开：
　　首先对边带跟踪算法进行研究。从BOC信号的双边带模型出发，分析边带滤波器带宽对算法跟踪性能的影响，指出当带宽较宽（超过主瓣宽度）时相关函数的形变位置以及此类场景下的早迟码间隔选择建议；此外，从跟踪精度及跟踪偏差两项指标出发，理论分析了通道非理想条件下边带跟踪算法的性能并仿真验证其正确性。实验结论指出，通道群时延特性呈现出二次曲线特点的导航接收机中，无需为保证跟踪精度性能而对信道进行特别的优化设计，而为了保证跟踪结果的稳定性，接收机早迟码应选择标准间隔。对于呈现出余弦特性的接收机而言，在相同的波动幅度下，波动周期大小对跟踪偏差的影响可能相差10倍以上，且会出现偏差结果正负相反的情况，故对于波动周期同信号带宽相当时的余弦型通道而言，为使跟踪偏差性能满足要求，应尽量控制波动幅度。
　　其次研究了双环路算法在通道非理想条件下的跟踪性能。在对算法基本原理介绍的基础上，指出由于码及副载波二维互相关形式复杂，目前少有对其性能的理论分析。而对于非理想通道而言，副载波环和码环的跟踪结果甚至不再满足特定关系。本文从存在偏差时的一维条件互相关函数入手，基于副载波环偏差对码环跟踪结果影响相对更大的事实，首先估计副载波环在0附近的跟踪偏差，再由一维条件互相关入手，估计出码环跟踪偏差，最后对两跟踪偏差进行组合以得到最终结果，并通过仿真验证了理论推导的正确性。实验结论指出，对于双环路算法而言，在二次曲线群时延通道下不存在标准间隔下跟踪偏差更小的结论，事实上，跟踪偏差在不同早迟码间隔及通道波动幅度下可能呈现出正负相反的结果，因此相比而言，边带跟踪算法更适合应用在呈现二次曲线群时延特性的通道下。对于余弦型群时延，双环路算法在不同波动周期及波动幅度下的表现同边带跟踪算法类似，只是对不同调制阶数的信号，跟踪偏差出现明显变化时所对应的波动周期不同。
　　最后，针对双环路算法存在的时延估计结果波动的问题，从跳变发生前后DLL环路输出值差异入手对跳变是否异常进行判断，提出了两种改进算法：基于异常跳变点的改进算法以及基于副载波环强制更新的改进算法，并对其适用条件进行了说明。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容

第二章 通道非理想对边带跟踪算法性能影响

2.1 接收机非理想通道模型

2.2 BOC信号边带跟踪算法介绍

2.3 带宽对接收机早迟码间隔选择的影响

2.4 通道非理想条件下边带跟踪算法性能分析

2.5 仿真验证

2.6 小结

第三章 通道非理想对双环路算法性能影响

3.1 BOC信号双环路算法介绍

3.2 通道非理想条件下双环路算法性能分析

3.3 仿真验证

3.4 小结

第四章 通道非理想下双环路算法时延估计波动问题及其改进

4.1 通道非理想条件下双环路算法时延估计结果跳变概率分析

4.2 针对时延估计结果波动的改进算法

4.3 小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果