【摘要】：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)可提供全天時、全天候、全球覆蓋的高精度定位、導(dǎo)航和授時(PNT)服務(wù),已成為各大國爭相發(fā)展的空間和信息化基礎(chǔ)設(shè)施。為滿足多樣化的用戶需求,新一代導(dǎo)航信號呈現(xiàn)出多頻多分量的特點。受限于衛(wèi)星的體積和重量,同一頻點或相鄰頻點的多個信號分量需復(fù)用成一個復(fù)合信號,共用上變頻器、放大器和天線發(fā)射。導(dǎo)航衛(wèi)星功率嚴格受限,其高功率放大器(HPA)需要工作在飽和點附近以最大化功率效率。而高功放的飽和點位于其非線性工作區(qū),為了避免信號失真,要求輸入高功放的復(fù)合信號具有恒包絡(luò)的特點。因此,多頻多分量GNSS信號恒包絡(luò)復(fù)用技術(shù)是GNSS信號設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題。本文對多頻多分量GNSS信號恒包絡(luò)復(fù)用技術(shù)進行了研究,提出了非獨立信號恒包絡(luò)復(fù)用方法、功率可調(diào)的時分Alt BOC復(fù)用技術(shù)、基于相位對齊的對稱頻點雙頻恒包絡(luò)復(fù)用方法和多頻點多值信號恒包絡(luò)復(fù)用方法。本文具體工作如下:第一,針對已有恒包絡(luò)復(fù)用方法要求各信號分量相互獨立的局限性,提出了一種非獨立信號恒包絡(luò)復(fù)用方法。論文以復(fù)數(shù)子載波調(diào)制信號為對象,基于POCET的解析表達式,研究了非獨立信號分量對POCET復(fù)用結(jié)果的影響。在此基礎(chǔ)上,提出了相關(guān)性信號相位最優(yōu)的恒包絡(luò)發(fā)射方法(CS-POCET)。該方法中,交調(diào)項作為構(gòu)成POCET解析表達式的一部分,可對其功率和相位進行必要的約束。通過約束某些交調(diào)項的功率為0,可消除其對其他有用信號分量的有害影響。CS-POCET方法可用于復(fù)子載波調(diào)制信號的恒包絡(luò)復(fù)用以及其他非獨立信號的恒包絡(luò)復(fù)用。以北斗B1頻點過渡期的恒包絡(luò)復(fù)用問題為場景,仿真驗證了本章分析結(jié)果的正確性和CS-POCET方法復(fù)用非獨立信號的有效性。第二,針對TD-Alt BOC要求各信號分量功率必須相等的局限性,提出了功率可調(diào)的一般的時分Alt BOC技術(shù)(GTD-Alt BOC)。該方法通過不同的時隙分配,實現(xiàn)了各信號分量的功率可調(diào)。然后從功率譜密度、互相關(guān)函數(shù)、復(fù)用效率、碼跟蹤誤差和基帶處理復(fù)雜度幾個方面對所提方法的性能進行分析并與已有方法對比。結(jié)果表明,GTD-Alt BOC不僅實現(xiàn)了靈活的功率配比,而且保持了TD-Alt BOC的優(yōu)點,即性能與已有非時分方法相當,但接收機基帶處理復(fù)雜度更低。第三,針對已有的對稱頻點雙頻恒包絡(luò)復(fù)用方法大多只考慮Alt BOC-like模型的局限性,提出了一種一般的基于相位對齊的對稱頻點雙頻恒包絡(luò)復(fù)用(PACEM)方法。該方法首先將兩個邊帶的多個信號分量分別復(fù)用得到兩個恒包絡(luò)的邊帶信號,然后將兩個邊帶信號線性組合并進行幅度調(diào)制得到雙頻恒包絡(luò)復(fù)合信號。通過推導(dǎo)得到線性組合信號與雙頻恒包絡(luò)信號之間的功率變化關(guān)系,根據(jù)該關(guān)系,得到滿足所需功率配比的恒包絡(luò)復(fù)用結(jié)果。PACEM方法對信號分量的數(shù)目、功率配比、相位關(guān)系以及子載波采樣率都沒有特別的限制,是一種一般性的對稱頻點雙頻恒包絡(luò)復(fù)用方法。最后,分析了PACEM方法在兩種對稱頻點雙頻場景上的應(yīng)用結(jié)果及性能,分別是Alt BOClike場景和以北斗B2頻點為代表的一般的對稱頻點雙頻場景。結(jié)果表明,與已有方法相比,PACEM方法具有更高的靈活性和復(fù)用效率。第四,針對多頻點多值信號的恒包絡(luò)復(fù)用,提出了一種相位最優(yōu)的多值信號恒包絡(luò)復(fù)用方法(MV-POCET)。本方法將任意的導(dǎo)航信號統(tǒng)一建模為一個多值信號模型,模型中的信號取值可以是實數(shù)也可以是復(fù)數(shù)。根據(jù)多值信號模型構(gòu)造出信號取值組合與對應(yīng)發(fā)射相位構(gòu)成的相位查找表。求解以最小化復(fù)合信號包絡(luò)值為目標,并且滿足一定的功率約束、相位約束和其他約束的最優(yōu)化問題,得到最優(yōu)的恒包絡(luò)復(fù)用結(jié)果。對于多頻點信號,將各頻點信號通過復(fù)數(shù)子載波調(diào)制實現(xiàn)頻率偏移,通過選擇合適的子載波采樣率,將連續(xù)的復(fù)數(shù)子載波調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成多值信號模型,再通過MVPOCET方法實現(xiàn)恒包絡(luò)復(fù)用。MV-POCET方法對各信號分量的取值數(shù)、頻點數(shù)、功率配比和相位關(guān)系都沒有限制,是一種通用的多頻點多值信號恒包絡(luò)復(fù)用方法。最后,基于MV-POCET方法,對多電平信號、雙頻信號和多頻點多電平信號三種應(yīng)用場景進行了分析,結(jié)果表明了本方法的有效性和正確性。與已有的CEMIC方法相比,MVPOCET方法的適用范圍更廣、靈活性更高。
【圖文】：

24根據(jù)表 2. 2 和式(2.16)，計算得到 CS-POCET 和 POCET 對應(yīng)解析表達式中各項的系數(shù)如表 2. 3 所示，計算中取合路信號幅度 A=10。由于偶數(shù)階交調(diào)項的系數(shù)都為0，因此表 2. 3 僅列出奇數(shù)階的交調(diào)項，其中“下標”所示的列為各信號項和交調(diào)項對應(yīng)的信號分量下標，比如“123”表示交調(diào)項1 2 3s s s 。粗體表示的項即為需要抑制的交調(diào)項及其對應(yīng)的系數(shù)。從表 2.3 可以看出，CS-POCET 對應(yīng)的粗體項系數(shù)都抑制為0，而 POCET 方法對應(yīng)粗體項的系數(shù)都不等于 0，說明 CS-POCET 方法正確實現(xiàn)了所需的交調(diào)項的抑制效果。從表 2. 3 還可得到 CS-POCET 的復(fù)用效率為 2 2 2 2 22.46 3.99 1.48 4.92 2 3.86 /100 78.17%， POCET 的 復(fù) 用 效 率 為 2 2 2 2 2 2 22.53 4.11 1.53 3.66 3.49 2 (0.87 3.87 ) /100 82.68%。雖然 POCET 具有較高的復(fù)用效率，但是其存在有用信號分量的波形畸變問題，這個復(fù)用效率并沒有

292.4.2.3 過零點偏移前一小節(jié)顯示了 POCET 方法復(fù)用 B1 信號帶來的互相關(guān)畸變問題以及 CSPOCET 方法對該問題的改善，本小節(jié)通過過零點偏移來進一步評估信號失真引起的碼跟蹤偏差。對于 GNSS 接收機，一般采用超前減滯后延遲鎖定環(huán)跟蹤相關(guān)函數(shù)的主峰。對于理想信號，其互相關(guān)函數(shù)關(guān)于主峰位置對稱，超前減滯后延遲鎖定環(huán)的穩(wěn)定跟蹤點與主峰重合，，沒有跟蹤偏差。但若相關(guān)函數(shù)發(fā)生畸變，則穩(wěn)定跟蹤點相對于主峰會存在一個偏差，從而帶來測距偏差，影響定位精度，該偏差即為過零點偏移。圖 2. 5 顯示了線性組合、CS-POCET 和 POCET 三種復(fù)用方法對應(yīng)的各信號分量的過零點偏移，可以看出，CS-POCET 結(jié)果的過零點偏移與直接線性組合信號的過零點偏移結(jié)果差異很小，而 POCET 的過零點偏移很大，對于 B1Cd 信號、B1Cp 信號和TD-B1A 信號，其過零點偏移最大值分別達到 0.4m、0.45m 和 0.85m。這些結(jié)果說明
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN967.1

【參考文獻】

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本文編號：2634785