卫星导航系统现代化背景下多路信号复用问题研究

The optimization of multiple signal multiplexing can achieve efficient use of satellite equipment and ensure a smooth transition of the system. It is very important to the modernization of satellite navigation system. The conventional signal multiplexing methods can only take a single way of analytical or numerical simulation. And it is difficult to achieve signal multiplexing with the high efficiency and weak cross correlation performance. Based on the optimal aligning method, this project firstly deduces the generalized analytical expression of multiplexed constant envelope signal and establishes the combining method of analytical and numerical. For the cross-correlation interference of multiplexed signal, this project establishes the code and carrier tracking phase error model and proposes the phase relation strategy of signal component to reduce the cross-correlation interference. Finally, based on the optimized phase search with minimal power loss as the objective function,the optimized signal multiplexing schemes of the same frequency and different frequency was established. The research methods and results can provide theoretical support and reference for the signal structure modernization of Beidou system from regional Phase II to global Phase III transition and the other systems.

多路信号的优化复用对卫星导航系统实现星上设备高效利用、保证系统平稳过渡的现代化进程至关重要。传统的信号复用方法只能采取解析或数值模拟单一的方式，且难以实现不同频点多路信号复用的高效率和弱互相关性能。本项目基于优化复用（Optimal Aligning Method, OAM）方法，推导出多路恒包络复用信号的一般化解析表达式，建立解析和数值方法相结合的优化复用方法；针对多路信号复用的互相关干扰问题，建立影响码和载波跟踪的相位偏差模型，提出降低互相关干扰的信号分量相位关系策略；以最小复用损耗为目标函数进行多路信号的优化相位搜索，形成相应的信号复用方案并进行复用效率评估，提出同频点及不同频点多路信号的优化复用方案。本项目的研究可为卫星导航系统现代化信号体制设计以及我国北斗系统实现区域向全球平稳过渡提供建议和可参考的理论依据。

全球卫星导航系统（GNSS）信号体制处于系统顶层设计的首要位置，直接影响着系统的建设和实施计划。多个GNSS的同时存在，使得各国的GNSS信号体制设计需要以更加全面、更加完善的方式进行。因此，GNSS信号体制设计成为了各国和地区的研究热点。特别是BDS的建设面临着与其它GNSS占用相同频段、设计约束条件更多的频谱使用现状，设计出高导航性能且满足兼容性要求的导航信号，是我国卫星导航系统技术迫切需要攻克的难题和急需发展的重点。.本项目在BDS从区域向全球发展的背景下，建立了基于优化复用（OAM）的恒包络复用信号的一般化数学解析式及优化复用模型；提出符合BDS现代化目标并具有良好码跟踪、抗多路径、抗干扰性能的一般化二进制偏移载波调制（GBOC）、减谐二进制偏移副载波调制（FHBOC）等新型调制方式；根据多路信号的复用模型，建立了互相关影响信号伪随机码跟踪和载波跟踪的相位偏差模型并提出了降低互相关干扰的信号分量相位关系策略；提出了基于频谱分离系数和码跟踪灵敏度系数的互相关干扰评估标准和模型；建立了星地全链路模型的GNSS互干扰评估方法；建立了互相干扰评估阈值的确定方法，利用所搭建的GNSS信号仿真实验系统对BDS等系统的互相干扰进行分析；研究了同频和异频信号优化复用的调制理论，对BDS复用方式进行复用策略和效率研究，提出了BDS系统B1、B2、B3 三个频点信号的优化复用方式，这些优化复用方式可以满足系统的现代化建设需求。.对于卫星导航现代化而言，本项目研究及成果可应用于卫星导航系统的现代化信号体制设计，可为我国北斗全球系统的信号体制现代化顶层设计，为北斗系统实现区域向全球平稳过渡提供理论支持和参考，也对解决GNSS兼容与互操作协调问题、我国北斗系统参与国际竞争都有一定的技术参考意义。