新一代卫星导航信号高效直捕方法的研究

摘要

卫星导航系统是20世纪七十年代开始兴起的一种基于中轨道卫星星座的导航系统，基本功能是为海上、陆地、空中及空间用户全天候、实时提供精确的三维位置、三维速度和时间等参数信息。导航系统发展迅速，在军事和民用领域得到广泛应用，导致频段拥挤、信号间相互干扰、保密性降低。新一代导航信号的出现很好的解决了这个问题，如美国军用M码信号和欧洲Galileo系统E1频段信号都采用的BOC(Binary Offset Carrier)调制方式，为提高保密性提出的TDDM(Time Division Data Modulation)扩频机制等。BOC调制信号功率谱具有裂谱特性，实现频谱分离，降低信号互扰；相关函数比传统的BPSK方式更陡峭，提高多径分辨能力。TDDM扩频技术采用有数据信号和无数据信号的时分数据调制，提高了跟踪精度。
　　 新一代导航信号的出现，传统的同步技术已经不能适应其发展。因此，针对新特性信号的同步捕获技术越发的受到关注。对于新一代导航信号，国内外提出了一些捕获方法，如双边带算法、单边带算法、Fishman&Betz算法、BPSK-like算法等。但上述算法存在捕获多峰性，信号能量损耗大，硬件资源要求高等缺点。所以提出一种既能保持捕获精度，又能提高速度和时效性的捕获方法变得非常重要。
　　 本文在深入研究BOC、TDDM调制技术基础上。针对BOC信号的分裂频谱的特性和自相关函数多峰值的特性，通过对现有捕获技术的深入研究，提出适合BOC信号的主瓣叠加和主瓣选优捕获算法。利用TDDM扩频的BOC、PSK信号特性与BOC、PSK信号特性的相似性，提出了TDDM扩频的BOC信号的主瓣叠加和主瓣选优捕获算法及TDDM扩频的PSK信号捕获算法。在此基础上，对各捕获算法进行建模与设计，通过测试平台对算法进行系统实现与测试，并与传统算法进行对比，进而验证捕获算法的正确性和有效性。最后基于FPGA对BOC信号捕获算法的关键模块——数据处理模块和循环相关模块进行硬件设计实现。