【摘 要】
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卫星导航系统能够提供全球覆盖、低成本、高精度的时空服务,一经问世便在全球范围内得到了广泛应用,已经成为国际时空信息服务的基础和核心。但是卫星导航系统也存在其固有问题。中高轨卫星播发的导航信号经过数万千米传输,落地电平低,容易受到树木、建筑物遮挡,也容易受到其他通信系统甚至恶意干扰的影响。以卫星导航系统为核心,辅以其他手段,提供覆盖更广、精度更高、更加稳健的时空服务,成为当前国际时空技术领域的共识。
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卫星导航系统能够提供全球覆盖、低成本、高精度的时空服务,一经问世便在全球范围内得到了广泛应用,已经成为国际时空信息服务的基础和核心。但是卫星导航系统也存在其固有问题。中高轨卫星播发的导航信号经过数万千米传输,落地电平低,容易受到树木、建筑物遮挡,也容易受到其他通信系统甚至恶意干扰的影响。以卫星导航系统为核心,辅以其他手段,提供覆盖更广、精度更高、更加稳健的时空服务,成为当前国际时空技术领域的共识。通信导航一体化就是核心手段之一,得益于通信极其广泛的覆盖性及日益增强的信息传输能力,依托通信网络对卫星导航系统进行补充、备份和增强,展现出显著的协同优势。2020年,随着北斗三号全球卫星导航系统建成并投入使用,我国初步建立了完全自主可控的全球时空服务基础设施。面向未来应用发展需求,提出了2035年前构建更加泛在、融合、智能的国家综合定位导航与授时（Positioning,Navigation,and Timing,PNT）体系的发展目标。北斗导航卫星与低轨通信卫星的通导一体技术作为综合PNT体系的重要组成部分,成为了该领域研究的热点方向。通导一体化技术根据融合程度的由浅入深,可划分为信息增强和信号融合两个层次。本文首先研究了通导一体化系统中导航增强信号的设计问题。在分析了导航增强信号所需规范之后,结合北斗卫星信号的特点,建立了基于低轨卫星的导航增强信号框架。仿真结果表明,在兼容性、测距性能以及抗多径能力上,所设计增强信号均有较优的性能。对于信号融合层面,探讨了基于低轨卫星的通导一体化波形设计,考虑了卫星上高功率放大器会在非线性饱和区工作的特点,以相位优化恒包络发射（Phase Optimized Constant Envelope Transmission,POCET）技术为基础,利用复子载波调制技术,提出一种基于相位优化恒包络发射的多频点多信号分量恒包络复用技术,实现通信导航一体化信号设计。仿真结果表明,该方法可保证卫星发射通导一体化信号的恒包络特性,并在均方根（Root Mean Square,RMS）带宽性能上优于同等级的二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying,BPSK）信号,满足目前工程上所需的测距性能要求。最后本文进一步探究了由于复子载波调制技术带来的非独立信号问题以及有害交调分量对信号波形的影响。通过分析非独立信号对POCET复用结果造成的影响,提出了一种相关信号相位最优的恒包络发射方法（Phase Optimized Constant Envelope Transmission of Correlation Signals,CS-POCET）,该方法可实现非独立信号的恒包络复用。仿真表明,CS-POCET方法以3.71%的复用效率损失为代价,避免了非相关信号分量组合而成的交调分量对通信信号分量产生的畸变,且RMS带宽性能上几乎未受损失。
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