GNSS信號調制方式及頻率兼容性研究.pdf

1、Galileo系統(tǒng)正在不斷完善和優(yōu)化。為提高衛(wèi)星導航定位的自主性，中國啟動了Compass 系統(tǒng)的建設，日本和印度也已經(jīng)啟動了各自的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。導航信號作為衛(wèi)星導航系統(tǒng)的靈魂在決定系統(tǒng)性能方面起著十分關鍵的作用。擴頻碼的碼片脈沖成形（國外文獻也稱為調制）會影響信號的碼跟蹤性能，最終影響測距精度。衛(wèi)星導航系統(tǒng)目前采用的正交相移鍵控（Quadrature Phase ShiftKeying，QPSK）或二相移相鍵控（Binary Phas

2、e Shift Keying，BPSK）調制對擴頻碼的碼片脈沖形狀沒有影響。最小頻移鍵控（Minimum Shift Keying，MSK）調制與QPSK 調制的傳輸效率相當，但在相同的信道條件下MSK 調制會改變擴頻碼的碼片脈沖形狀。同時，MSK 調制信號的恒包絡特性使其受星上高功率放大器（High PowerAmplifier，HPA）非線性的影響比QPSK 調制信號更小。因此本文將通過評估MSK調制對衛(wèi)星導航信號碼跟蹤性能的影響，

3、以及對比MSK和QPSK 調制信號受非線性的影響來研究衛(wèi)星導航系統(tǒng)采用MSK 調制的可行性。另一方面，由于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的增加和頻率資源的有限，各主要衛(wèi)星導航系統(tǒng)共用頻段所帶來的兼容性問題一直是國際頻率協(xié)調的重點。作為我國正在全力建設的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，Compass 系統(tǒng)與世界其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容對于Compass 系統(tǒng)未來的發(fā)展十分重要。針對這兩個問題，本論文的主要研究內容和貢獻如下：
　　 ⑴建立了MSK-BOC（Minimu

4、m Shift Keying-Binary Offset Carrier）信號的時域模型和功率譜密度模型；以衛(wèi)星導航系統(tǒng)L 頻段信號為例，分析了MSK 調制對衛(wèi)星導航信號自相關函數(shù)和功率譜密度的影響。結果表明：MSK 調制信號比R和BOC調制信號的功率譜密度主瓣的高頻成分更多，旁瓣能量更小，因此MSK 調制信號的帶外抑制效果更好；前端帶寬的變化對MSK 調制信號自相關函數(shù)的影響小于對R和BOC 調制信號的影響；當接收機前端帶寬接近MSK

5、 調制信號功率譜密度主瓣的過零點帶寬時，MSK 調制信號的自相關函數(shù)在0 點附近的斜率大于R和BOC 調制信號。
　　 ⑵分析了不同相關器間隔、載噪比和前端帶寬下MSK 調制對衛(wèi)星導航信號碼跟蹤誤差和多徑誤差包絡的影響；分析了不同前端帶寬下MSK 調制對衛(wèi)星導航信號Gabor 帶寬的影響。分析表明：當接收機前端帶寬接近MSK 調制信號功率譜密度主瓣的過零點帶寬時，MSK 調制信號的Gabor 帶寬大于R和BOC 調制信號；MSK

6、 調制信號在相關器間隔相對較寬或前端帶寬接近其信號功率譜密度主瓣的過零點帶寬時的碼跟蹤誤差和多徑誤差包絡均小于R和BOC 調制信號。分析結果從碼跟蹤性能的角度為衛(wèi)星導航系統(tǒng)L 頻段采用MSK 調制的可行性提供了理論支撐。
　　 ⑶評估了MSK 調制信號受HPA 非線性的影響。對比分析了MSK和QPSK 調制信號的時域波形；在包含HPA的非線性信道模型基礎上，對比評估了不同前端帶寬下衛(wèi)星導航信號分別采用MSK和QPSK 調制時通過

7、HPA后的相關損耗、功率損耗和碼跟蹤誤差。分析表明：QPSK 調制信號的時域波形相位變化不連續(xù)，這些信號帶限后會出現(xiàn)包絡陷落；MSK 調制信號的時域波形相位連續(xù)變化，包絡恒定，克服了QPSK 調制信號時域波形的缺點；當接收機前端帶寬接近或大于MSK 調制信號功率譜密度主瓣的過零點帶寬時，MSK 調制信號的相關損耗、功率損耗和碼跟蹤誤差均小于QPSK 調制信號。分析結果從非線性角度說明衛(wèi)星導航系統(tǒng)L 頻段采用MSK調制的可行性。
　

8、　 ⑷以最新公布的Compass 信號體制和Galileo ICD（Signal In Space InterfaceControl Document）文檔為依據(jù)，分析了Compass 信號與GPS和Galileo 信號的兼容性；研究了Compass、GPS和Galileo 系統(tǒng)對衛(wèi)星導航頻段的占用情況；在考慮信號相對位置的前提下，計算分析了Compass、GPS和Galileo 信號間的譜分離系數(shù)（Spectral Separati