【摘要】：隨著全球衛(wèi)星導航系統的快速發(fā)展,為了提高衛(wèi)星導航系統性能并合理利用有限的頻帶資源,越來越多樣化的信號調制方式被使用。AltBOC(Alternate Binary Offset Carrier)信號作為一種BOC(Binary Offset Carrier)信號的衍生信號,不但保持了BOC信號良好的碼跟蹤精度和卓越的抗多徑、抗噪聲性能,而且其上下邊帶各搭載了兩路正交信號成分實現四路信號在兩個頻點上的復用,此外還可以通過引入交調分量實現恒包絡調制,目前Galileo導航系統的E5信號已經采用了AltBOC(15,10)調制方式。隨著AltBOC信號的廣泛應用,對AltBOC信號跟蹤方法展開研究具有重要意義。信號跟蹤是衛(wèi)星導航接收機導航電文解調、多普勒頻移獲取及偽距測量的重要前提,本文以AltBOC信號為研究對象,通過對目前主流的AltBOC信號跟蹤方法進行研究,設計基于擴展Kalman濾波的AltBOC信號跟蹤方法,在此基礎上提出基于LQG(Linear Quadratic Gaussian Regulator)控制器的AltBOC信號跟蹤方法,并與受廣泛認可的雙環(huán)路估計跟蹤方法進行性能對比。文章的研究內容如下:(1)論文首先研究了幾種典型調制信號的結構和特性,主要包括:BPSK(Binary Phase Shift Keying)信號、BOC信號及AltBOC信號。重點從功率譜密度、自相關函數和碼跟蹤精度三方面對AltBOC信號進行性能分析。對采用AltBOC(15,10)調制的Galileo E5信號進行仿真。深入理解調制信號的結構是信號跟蹤環(huán)路設計的基礎。(2)對載波環(huán)和碼環(huán)進行分析,并深入探究了目前主流AltBOC信號跟蹤方法。首先研究了信號跟蹤環(huán)路中用于載波跟蹤的相位/頻率鎖定環(huán)技術及用于碼跟蹤的延遲鎖定環(huán)技術。分析了AltBOC信號的BPSK-Like跟蹤方法。重點研究了雙環(huán)路估計跟蹤方法,分析了該方法載波環(huán)、副載波環(huán)及碼環(huán)的環(huán)路鑒別器,并對鑒別器性能進行探究。(3)通過建立系統模型設計基于擴展Kalman濾波技術(Extended Kalman Filter,EKF)的AltBOC信號跟蹤方法,并在此基礎上提出基于LQG控制器的AltBOC信號跟蹤方法。推導建立了系統的量測模型和狀態(tài)模型,對比分析了載波環(huán)輔助碼環(huán)和載波環(huán)與碼環(huán)相互獨立的兩種建模方式的優(yōu)勢及不足,設計了基于擴展Kalman濾波的AltBOC信號跟蹤方法。在此基礎上,深入分析了LQG控制器的原理,對LQ(Linear Quadratic)最優(yōu)控制問題進行探究,研究了求取狀態(tài)反饋矩陣方法,探討了二次型性能指標函數中參數矩陣的設計方法,設計基于LQG控制器的AltBOC信號跟蹤方法。(4)利用仿真數據和實際數據驗證了AltBOC信號的擴展Kalman濾波跟蹤方法和LQG控制器跟蹤方法的可行性,并額外選擇使用傳統鑒別器的雙環(huán)路估計法作為比較對象,對比分析三種跟蹤方法的跟蹤性能。為了對比分析實際環(huán)境中常見的載噪比突變場景下的跟蹤性能,利用導航信號采集設備和實驗車采集動態(tài)Galileo E5信號進行驗證;為評估載體存在加速度場景下各跟蹤方法的性能,利用MATLAB工具生成具有頻率斜升場景的仿真中頻E5信號進行驗證。實驗結果表明:實際測試的載噪比突變場景下,LQG控制器方法仍然能保持穩(wěn)定跟蹤,而擴展Kalman濾波方法的載波跟蹤環(huán)與副載波跟蹤環(huán)失鎖,雙環(huán)路估計跟蹤方法載波環(huán)、副載波環(huán)與碼環(huán)均失鎖,LQG控制器方法碼相位誤差估計均值與方差小于擴展Kalman濾波方法一個至幾個數量級;經仿真測試,在頻率斜升場景下,LQG控制器方法載波相位及碼相位跟蹤誤差估計方差小于雙環(huán)路估計方法一個至幾個數量級,優(yōu)勢較為顯著。隨著AltBOC信號及其他BOC衍生信號被各大導航系統廣泛應用,本文對AltBOC信號跟蹤方法的研究為其他BOC衍生信號跟蹤方法研究起到一定參考意義,同時,提出的LQG控制器跟蹤方法為提升信號跟蹤環(huán)路的性能提供了參考。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U675.7
【圖文】：

以未經低通濾波的 BOC（1，1）信號為觀察圖 2.6 并與圖 2.2 進行對比可以發(fā)現，略噪聲的理想情況下，對應碼鑒別器的鑒相高時，理論上碼跟蹤的抗噪聲性能越好。2.2.2 AltBOC 調制原理AltBOC 信號是 BOC 信號的一種衍生BPSK 信 號 在 功 率 譜 進 行 上 下 搬 移 不Ssign[ exp( j 2 πf t )]將 BPSK 信號在功率譜上邊帶的 AltBOC 信號可以在上下邊帶分別同信號，對應于采用 AltBOC（15, 10）調制的 的數據通道和導頻通道。AltBOC 信號利用交的信號在頻譜上搬移至上邊帶和下邊帶[1頻點為 1207.140MHz（即 E5 信號的載波頻心頻點為 1176.450MHz（即 E5 信號的載波

第 2 章 AltBOC 信號調制方OC 信號可以等效為上下邊帶分別調制兩獲方法對 E5 信號某個邊帶的導頻/數據通碼相位初始值完全適用于 E5 信號跟蹤[51-PSK 信號的捕獲可以歸結為對測距碼、載序號對某一通道的偽碼、頻率進行搜索[1,頻率搜索區(qū)間搜索單元頻率估計值起始搜索單元

【參考文獻】

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本文編號：2725975