【摘 要】
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虽然我国北斗三号全球卫星导航系统已经正式开通,但是对卫星导航系统定位服务精度的需求仍然在不断地提升。上行注入测距接收机作为北斗三号卫星载荷的核心组成部分,承担着星地测距的重大使命,对高精度测距提出了较高要求。现阶段,在干扰场景下,上行注入测距接收机的测距偏差主要来源于干扰抑制算法引起的时延偏差。另外,在北斗三号RDSS卫星无线电测定业务系统中,在干扰场景下存在的相关函数旁瓣问题会影响系统容量。在上
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虽然我国北斗三号全球卫星导航系统已经正式开通,但是对卫星导航系统定位服务精度的需求仍然在不断地提升。上行注入测距接收机作为北斗三号卫星载荷的核心组成部分,承担着星地测距的重大使命,对高精度测距提出了较高要求。现阶段,在干扰场景下,上行注入测距接收机的测距偏差主要来源于干扰抑制算法引起的时延偏差。另外,在北斗三号RDSS卫星无线电测定业务系统中,在干扰场景下存在的相关函数旁瓣问题会影响系统容量。在上述背景下,本文针对卫星导航时域自适应抗干扰算法在实现高精度测距和旁瓣抑制方面展开研究,工作和创新成果主要包括如下内容:(1)理论分析出无论在通道理想还是实际通道特性下,时域抗干扰算法在进行干扰抑制的过程中均会导致测距偏差。在通道特性理想时,即使保证抗干扰滤波器线性相位的情况下,由于滤波器系数在迭代下的时变特性以及干扰自相关值的不确定性,经过抗干扰滤波器后的相关函数将不再对称。当考虑实际通道特性时,由于天线、射频前端等模拟器件的非理想特性,相关函数的畸变程度会进一步加剧,并在上行注入接收机内产生测距偏差。本文理论分析出在传统的时域抗干扰算法的抑制过程中,经过抗干扰滤波器后的相关函数,在各个相关函数延迟分量的叠加效应下,导致原本不对称的相关峰畸变程度加剧,从而对测距值的偏差产生影响。(2)针对实际通道特性下传统的时域抗干扰算法带来的测距偏差问题,在跟踪阶段提出一种稳健的测距算法。该算法根据抗干扰滤波器系数设计出对本地信号进行预处理的滤波器,经过抗干扰后的接收信号与预处理的本地信号进行相关,可以消除相关间隔内各个超前和延迟时刻的相关函数,并给出了最优预处理滤波器的阶数。另外,相比于传统的抗干扰算法,在本文提出的稳健测距算法下会增加载噪比损耗,增加的损耗极值为1.8d B。在仿真结果中表明在最优的预处理滤波器阶数下,本文提出的稳健测距算法在实现稳健的测距的同时,对抗干扰性能无影响。在典型干扰场景下,传统的LMS抗干扰算法的测距偏差超过1.5ns,而本文提出的算法将测距偏差修正到0.5ns以内。(3)理论分析出时域抗干扰算法引起的相关函数旁瓣抬升归因于信号的叠加,并理论推导出在射频接收带宽无限时相关函数第一旁瓣的位置。同时针对相关函数旁瓣的抬升在捕获阶段提出一种旁瓣抑制算法,该算法利用抗干扰滤波器的系数和估计幅值与本地信号进行相关函数延迟分量的重构,再从经过抗干扰模块后的相关函数中减去重构的相关函数延迟分量。并在该抑制算法下针对RDSS系统相邻码片内的多路入站信号提出了新的捕获策略。仿真结果表明,在理想通道和实际通道特性下,经过本文提出的旁瓣抑制算法后,旁瓣均可以被有效的抑制。在典型的干扰场景中,在考虑接收信号与本地伪码信号未完全同步的情况下,仿真设置同步偏差0.25个码片时,主旁瓣比可由抑制前的4.3d B提升到抑制后的17.4d B。而在接收信号与本地伪码信号完全同步,当幅值估计准确度设置为50%时,主旁瓣比由抑制前的4.3d B提升到抑制后的11.5d B。本文重点研究了时域抗干扰算法引起的测距偏差与相关函数旁瓣抬升,研究结果对上行测距接收机的高精度定位问题以及RDSS系统中通道容量的问题提供良好的参考价值。
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