先进卫星导航系统信号互相关干扰特性分析方法研究

Global Navigation Satellite System (GNSS) is the general term for GPS, GLONASS, GALILEO and COMPASS systems. With the advancement of the global satellite navigation system updates the process of building, and increase of regional satellite navigation system, like Japanese QZSS, India IRNSS, the band of satellite radio navigation service distributed by the International Telegraph Union has been very short. Therefore, the spectrum overlap between different satellite navigation system signal is inevitable. In this context, assess the cross correlation interference features between the satellite navigation system signals is a very important issue. In this project, based on the signal capture, carrier tracking, data demodulation and code tracking characteristics of the satellite navigation system, the analytical formula of signal to interference noise ratio and the code tracking error of the satellite navigation system signal with cross correlation interference is analyzed and derived, and the equivalent carrier to noise assessment method based on the spectral isolation coefficient is proposed. For the parameters of the code length, code rate, sub-carrier modulation method, the influence of spectrum isolation coefficient on equivalent CNR is analyzed, based on the evaluation method, the cross correlation interference assessment characteristic between the Compass system and GNSS system is studied. For the cross correlation interference problem of GNSS system, the cross correlation interference suppression solution of is given.

全球卫星导航系统(GNSS)是GPS、GLONASS、GALILEO和COMPASS系统的总称，随着上述全球卫星导航系统更新建设进程的推进，以及日本QZSS、印度IRNSS等区域卫星导航系统的增加，国际电报联盟能够分配的卫星无线电导航业务频段已经非常短缺，不同卫星导航系统信号间存在部分频谱重叠已是不可避免。在这一背景下，评估卫星导航系统信号之间的互相关干扰特性是一项十分重要的课题。本项目根据卫星导航系统信号捕获、载波跟踪、数据解调和码跟踪的特性，分析推导卫星导航系统信号互相关干扰影响时信干噪比和码跟踪误差的解析式，提出基于频谱隔离系数的等效载噪比评估方法，针对码长、码速率、子载波调制方式等参量，分析频谱隔离系数对等效载噪比的影响，根据评估方法，研究Compass系统与GNSS系统的互相关干扰评估特性，针对GNSS系统互相关干扰问题，给出GNSS系统互相关干扰的抑制的解决方案。

随着全球卫星导航系统更新建设进程的推进，国际电报联盟（ITU）分配的卫星导航业务频段已经非常拥挤。由于频率资源有限，不同全球卫星导航系统信号间存在部分频谱重叠已是不可避免。在这一背景下，评估同频段导航系统信号系统内干扰和系统间干扰影响是一项十分重要的课题。另外，由于受强弱信号互相关引起的自干扰影响，强信号下的弱信号很难捕获，解决弱信号捕获时强干扰信号的剔除也是不容忽视的问题。主要研究内容和成果包括：（1）根据GNSS接收机即时相关器在信号捕获、载波跟踪和数据解调中的工作原理，推导了GNSS互干扰对即时相关器输出SNIR的影响，优化了基于频谱隔离系数的等效载噪比模型，并分析了有多普勒频率时系统自干扰对所需信号的衰减程度。（2）根据码跟踪环的标准形式，分析码相位与载波频率估计误差对码跟踪误差的影响，针对GNSS系统信号利用超前-滞后相关器进行码跟踪时的原理，推导相干超前-滞后TOA估计器的码跟踪环的误差模型。在此基础上，提出了基于码跟踪-频谱隔离系数的等效载噪比分析模型，通过仿真分析验证了模型有效性。（3）在总体上给出GNSS无线电频率互干扰的理论评估模型，及评估模型中涉及到的信号参数和系统参数，然后总结GNSS无线电频率互干扰的评估指标，最后给出系统内和系统间无线电频率互干扰的评估方法和步骤，并针对GNSS系统间的互干扰性进行计算机仿真和理论分析评估。（4）根据GNSS系统强信号下弱信号捕获情况，推导强信号干扰下弱信号捕获的信噪比函数，将子空间算法引入到互干扰剔除中，对算法的效率进行了改进，通过对系统中强干扰信号的抑制表明，改进算法可以对信号干扰有效的抑制，同时，由于子空间采用优化计算，又使计算量大幅下降，非常便于多变环境和多数据样本情况。将优化算法用于GNSS反射信号双站雷达系统中的直达波干扰剔除中，对于其中的直达波和邻近干扰信号进行了有效的抑制。项目在实施过程中，课题组发表学术论文11篇，待出版专著《GNSS 无线频率兼容原理及其 MATLAB 程序仿真》，授权或受理国家发明专利和软件著作权7项，举办或参加国内外学术会议10次，获批国家或部级项目7项，撰写国防科技报告5篇，培养1名工程师晋升为高工，2名助理工程师晋升为工程师。本项目的研究成果为我国COMPASS 系统顶层设计及发展我国自主GNSS多模组合导航接收机提供技技术支持。