非线性失真对GNSS新体制信号品质因子影响研究

摘要

全球卫星导航系统（GNSS）在军事活动及人们的日常生活中日益体现出其不可替代的重要作用。在GPS取得巨大成功之后，俄罗斯和欧盟以及中国也均加大了对GNSS系统的投入力度。随着全球卫星导航系统的发展，以及各大GNSS系统的现代化进程，BOC信号及各种BOC的衍生信号开始得到广泛而重要的应用，我国的北斗II-2也将采用BOC体制的信号。
　　定位精度是评价导航系统的一个最重要的指标，而导航载荷的各个通道的失真效应会不可避免地恶化导航信号的精度，其中最主要的是射频滤波器的群时延和功放的非线性失真所引入的误差。而研究载荷通道失真影响新体制 GNSS系统性能的国内外文献还较为有限，因而建立起仿真模型，分析各个射频通道所带来的信号质量恶化就显得意义重大。
　　本文主要的工作围绕以下几个方面来开展。
　　1.研究各种BOC信号的调制特性，包括MBOC和AltBOC等。明确各种BOC改进捕获算法的原理及适用范围，如BPSKlike捕获算法及副载波相位对消等算法。针对Galileo和北斗备选信号中最为复杂和灵活的AltBOC信号，将各种捕获算法用于 AltBOC的捕获。并从最大似然的意义上证明相干联合是最优的联合实现方式。
　　2.研究各种通道失真的产生及影响机理，建立载荷射频通道的失真模型，主要包括滤波器群时延模型，混频的失真模型以及功放的非线性失真模型。为深入分析滤波器群时延特性对信号质量的影响，特别地设计出可以拟合任意群时延特性的滤波器。研究功放工作在饱和点及2dB回退点时GNSS系统的性能。
　　3.建立了GNSS系统的性能评估体系，主要考察的性能参数有S曲线过零点偏移、带外功率损耗、相关损失、IQ正交性和多路伪码一致性。基于以上性能指标衡量通道失真对导航信号跟踪精度的影响。
　　本文的主要贡献和结论有：
　　1.表明了滤波器幅频特性对于信号质量的影响较小，但过渡带的不对称会引起相关函数的畸变进而显著恶化T-offset。
　　2.全面的评估了射频滤波器群时延特性对信号质量的影响程度。并明确了滤波器群时延特性对恒包络合路信号各个频率分量的影响，得到结论：信号三次谐波处的频率分量对滤波器群时延带内的抖动最为敏感，这一结论对于载荷中滤波器的设计具有较大的辅助意义。
　　3.从相关损失和 T-offset的意义上来看，功放对于恒包络信号质量有一定改善，且饱和点的改善优于2dB回退点，但会导致带外功率的损耗。
　　4.通过对载荷通道失真的研究以辅助载荷设计中射频滤波器的优化设计，以及功放工作点的合理选择，最终提高跟踪定位精度。

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第一章 绪 论

1.1 研究目的和研究意义

1.2 GNSS体制国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容和结构

第二章 BOC调制方式简介

2.1 BOC调制的提出和发展

2.2 BOC族信号调制方式

2.3 TD-AltBOC

2.4 小结

第三章 BOC捕获算法研究

3.1 信号捕获概况

3.2 信号搜索算法

3.3 BOC多峰模糊性

3.4 各种改进的BOC捕获算法

3.5 AltBOC捕获算法研究

3.6 小结

第四章 射频通道失真效应分析与建模

4.1 射频滤波器建模与特性分析

4.2 混频器设计与建模

4.3 高功放非线性失真效应建模及分析

4.4 小结

第五章 GNSS非线性失真效应的评估

5.1 导航载荷仿真模型

5.2 低通及带通等效模型的建立

5.3 导航信号性能评价指标

5.4 仿真结果与分析

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果