现代化卫星导航系统下基于码环信号处理的多径抑制技术研究

More and more complicated signal modulations are used in modernized satellite navigation system. These system features introduce new problems to the receiver design because of the side-peaks in the correlation functions. But most unambiguous receiving techniques are not quite capable of multipath mitigation. Moreover, the unique GEO satellite standing multipath phenomenon could cause an error up to meters in the system precise measurement. Thus this two multipath effects are considered as one of the major error contributors for the enhancment of receiver and system positioning precision..In the most studies, mature and effective multipath mitigation methods for BOC signals and GEO satellites are still required. This topic focuses on three aspects. First, a least-squares approximation method with a ideal target discriminator is proposed. Then, a modified double phase estimator by introducing a strobe waveform in the prompt signal correlation process of the subcarrier phase lock loop is discussed. Next, we research on a technique of DLL discriminator combined with TK operator. They are proposed to solve the false lock problem in the code tracking of BOC-like signals. Besides, a frequency variation approach for GEO satellite standing multipath mitigation, which can effectively enhance the traditional filtering method performance, is proposed.

在现代化卫星导航系统的误差源中，多径误差占据主导地位，且出现了两个新的问题。首先，现代化卫星导航系统中大量采用新型复杂调制信号，而新体制信号相关峰存在副峰，引入了跟踪模糊度问题。传统多径抑制技术直接应用于新信号难以得到可用的鉴别曲线，而大部分解模糊接收技术设计时并未考虑其多径抑制性能。其次，GEO卫星存在特有的慢变多径现象，在系统的高精度测量应用中产生米级的测距误差。.目前研究中尚未有成熟高效的新体制信号抗多径接收方案和应对静态轨道卫星多径误差的有效措施，本课题针对现代化导航系统的伪码信号多径抑制问题，基于接收机信号处理理论，提出最小二乘设计无模糊锐截止鉴别曲线方法、复合环路联合CCRW跟踪技术和TK算子联合DLL环路的多径估计技术，可有效解决新体制导航信号多径问题；并提出一种新的信号设计思路，将目前使用的固定载频改变为随时间变化的载波频率，可提高数据滤波方法对静态多径的抑制效果。

在现代化卫星导航系统的误差源中，多径误差占据主导地位，且出现了两个新的问题。首先，现代化卫星导航系统中大量采用新型复杂调制信号，而新体制信号相关峰存在副峰，引入了跟踪模糊度问题。传统多径抑制技术直接应用于新信号难以得到可用的鉴别曲线，而大部分解模糊接收技术设计时并未考虑其多径抑制性能。其次，GEO卫星存在特有的慢变多径现象，在系统的高精度测量应用中产生米级的测距误差。.目前研究中尚未有成熟高效的新体制信号抗多径接收方案和应对静态轨道卫星多径误差的有效措施，本课题针对现代化导航系统的伪码信号多径抑制问题，基于接收机信号处理理论，提出了最小二乘设计无模糊锐截止鉴别曲线设计方法，以提出的最优鉴别曲线为目标函数，采用截断奇异值分解辅助的最小二乘方法，设计了鉴别曲线无模糊跟踪点的本地相关器组和本地码相关参考波形。仿真结果表明，对不同带宽下的BOC类信号可实现无模糊的相干和非相干鉴别曲线；针对最小二乘方法设计结果跟踪精度不高的问题，以及当前高阶BOC信号无模糊接收技术无法有效抑制中远延迟多径的问题，提出了复合环路联合CCRW跟踪技术和TK算子联合DLL环路的多径估计技术，将码参考波形技术应用于双载波环路法的副载波环，可以降低BOC(1,1)信号81.1%~82.5%的副载波多径误差包络面积，以及BOC(14,2)信号75.1%~76.8%的副载波多径误差包络面积，但将带来-6dB的相干积分后载噪比损失；提出了DLL抗多径与TK算子联合技术，将DLL抗多径鉴别器结果限制TK算子的相关函数曲线的计算范围，BOC(1,1)信号多径包络面积为降低为原方法的14.8%；针对GEO卫星近距离的慢变多径无法通过数据处理方式实时去除的问题，提出了载波中心频率变化的扩频导航信号设计思路，通过在载波频率变化施加的信号动态，提高了GEO卫星多径误差的变化率，提高数据平滑技术对GEO卫星多径误差的抑制效果，仿真结果表明，对于BPSK(10)信号，采用20 MHz的频率变化范围，该方法得到的多径误差均方差可以降低至MEO卫星多径误差的相同量级。