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当今,世界主要国家高度重视卫星导航系统的建设发展。美国、俄罗斯率先建成GPS和GLONASS,并积极致力于系统完善与现代化;欧盟不顾美国反对的压力,正在实施伽利略计划;我国作为发展中的大国,在建成北斗导航试验系统的基础上,正在实施建设全球卫星导航系统——北斗卫星导航系统。国际卫星导航领域已逐渐演化为“四强争霸”格局。
由于国际电联分配给卫星导航业务的频率资源非常有限,上述卫星导航系统为在有限频率带宽内能够实现频率复用,均积极在信号调制等方面寻求新方案,确保系统信号的安全与性能,实现多系统兼容与互操作。随着卫星导航技术的发展,BOC调制以其频谱搬移和良好测距性能等特点,在GPS现代化、Galileo系统信号设计中得到了重要应用,实现了频谱复用、导航战以及适应商业需求等目标。
目前,我国还未有较为系统研究BOC调制的有关资料,以及应用BOC调制目的,在借鉴国外对BOC调制不系统且内容分散的资料基础上,通过大量的数升作用。本文研究成果可为我在卫星导航频率资源紧张、导航战加剧、市场竞争激烈等严峻情况下,进行系统体制设计的改革发展提供思路与参考。
第一部分介绍BOC调制原理,研究BOC调制基带伪码信号的自相关函数、功率谱密度函数特征。一是将BOC调制与BPSK调制信号的自相关函数和功率谱密度函数进行了比较;二是对不同参数的BOC调制信号性能进行了比较研究。结果表明:BOC调制具有频谱搬移能力,能较好的把能量从频带中心搬移到频带边缘;与BPSK调制相比,BOC调制伪码信号具有更窄的自相关主峰和更宽的功率谱密度函数。
第二部分基于BOC调制,分析GPS和Galileo导航信号体制的设计方案与思路。首先分析了GPS应用BOC调制的需求、方式以及效果,论述了采用BOC调制的M码设计方案;之后分析了Galileo采用BOC调制的原因、系统五类服务的调制方式,并通过研究表明,Galileo通过BOC体制较好实现了与GPS的频谱复用以及测距精度的提升。
第三部分研究、量化了BOC调制对卫星导航信号性能的提升作用。由于伪码调制对导航信号测距精度的影响因素有伪码跟踪热噪声和多径误差两种,为此,在此部分花费了大量计算,研究量化了BOC调制与BPSK调制相比在这两个方面的性能提升程度,并给出了BOC调制参数与性能提升幅度的关系。结果表明:与BPSK调制相比,BOC调制伪码信号具有更小的伪码跟踪热噪声误差;与BPSK调制相比,BOC调制伪码信号具有更小的多径误差。
第四部分从系统设计的出发点和落脚点——系统应用这个角度,全面评估这种调制方式是否能够满足用户的需求?为此,本部分基于第三部分研究内容,给出并分析了在BOC调制下GPS、Galileo系统定位精度。
本文研究成果可为我国第二代卫星导航系统导航信号体制设计提供技术储备和理论参考。