二进制偏移载波调制信号压缩捕获算法研究

摘要

二进制偏移载波（Binary Offset Carrier，BOC）调制有码跟踪精度高、抗干扰和抗多径能力强等优势，是一种适应新型卫星导航系统的调制形式。但由于卫星导航系统使用的伪码周期较长，使得捕获时间增加，同时高动态的运动导致多普勒频偏较大，使得伪码的相关值明显下降，导致伪码捕获困难。因此，高动态环境下长码BOC信号的快速捕获是卫星导航系统的研究热点。
　　论文围绕高动态长码BOC信号的快速捕获技术展开，重点研究了时频压缩捕获算法，具体研究内容如下：
　　①介绍了BOC信号调制过程，着重分析了BOC信号的功率谱密度和自相关函数进行详细的分析，介绍了传统的BOC信号捕获算法的原理，重点研究了类似二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying-like，BPSK-like）算法与相关函数处理法两类捕获算法，并对该两类算法进行简单的对比分析。
　　②在现有二维压缩捕获算法的基础上，为了进一步缩短高动态情况下BOC信号的捕获时间，提出了基于码相位压缩与快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform， FFT）的双驻留捕获算法。在第一驻留阶段，将多路间隔为半个副载波周期的码序列通过相位压缩器获得码压缩序列，完成对BOC信号的码相位的快速、粗略的压缩搜索，同时利用 FFT完成对频偏的快速捕获；在第二驻留阶段，利用传统的相关器完成码相位的精确捕获。从理论上推导了该算法的虚警概率、检测概率和平均捕获时间等性能，并通过蒙特卡洛仿真验证该算法理论分析的正确性，仿真表明该算法相比于BOC信号的二维压缩捕获算法，节省了大量硬件资源，提高频偏捕获带宽和捕获精度，在高信噪比时通过选择压缩系数可使平均捕获时间有着约83％的降低。
　　③针对卫星导航系统中长码BOC信号的快速捕获，提出了频率压缩和FFT并行码相位捕获相结合的BOC信号捕获算法。该算法先将多路间隔为固定频率的子载波上求和来获得载波压缩序列，再进行FFT伪码并行捕获，可完成长码BOC信号的快速捕获。通过公式推导，分析了所提算法的虚警概率、检测概率和平均捕获时间等性能，蒙特卡洛仿真结果也验证理论分析的正确性。仿真结果还表明，所提算法与传统FFT并行码相位捕获算法相比，在高信噪比情况下通过选择频率压缩系数可使平均捕获时间有着约82%的降低，更适用于高动态环境下长码BOC信号的捕获。

目录

1 绪 论

1.2 BOC信号快速捕获技术的发展现状

1.3 论文研究内容及结构安排

2 BOC信号及其捕获技术

2.1 BOC信号

2.2传统导航信号的捕获算法

2.3 BOC信号捕获算法综述

2.4 本章小结

3 基于码相位压缩与FFT的BOC信号捕获算法

3.1 BOC信号二维压缩捕获思想

3.2 BOC-CCPC-FFT捕获算法

3.3 理论性能分析

3.4 仿真结果分析

3.5 本章小结

4 频率压缩与FFT并行码相位搜索的BOC信号捕获算法

4.2 FFT并行码相位搜索的BOC信号捕获

4.3频率压缩和FFT并行码相位捕获的BOC信号捕获

4.4 BOC-FCS-DBZP捕获算法性能仿真对比

4.5本章小结

5 总结和展望

5.2研究展望

致谢

参考文献

附录