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一种新型卫星导航信号波形畸变特性评估新方法

贺成艳 卢晓春 郭际

引用本文: 贺成艳, 卢晓春, 郭际. 一种新型卫星导航信号波形畸变特性评估新方法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(5): 1017-1024. doi: 10.11999/JEIT180656 shu
Citation:  Chengyan HE, Xiaochun LU, Ji GUO. Evil Waveform Evaluating Method for New GNSS Signals[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2019, 41(5): 1017-1024. doi: 10.11999/JEIT180656 shu

一种新型卫星导航信号波形畸变特性评估新方法

    作者简介: 贺成艳: 女,1986年生,副研究员,硕士生导师,研究方向为卫星导航信号接收处理、信号质量评估等;
    卢晓春: 女,1970年生,研究员,研究方向为卫星导航定位系统设计和建设;
    郭际: 男,1955年生,研究员,研究方向为天文测时、数据误差分析、导航系统建设等
    通讯作者: 贺成艳,hechengyan@ntsc.ac.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金青年基金(61501430),地理信息工程国家重点实验室开放基金(SKLGIE2017-M-2-2)

摘要: 全球卫星导航系统(GNSS)导航信号的波形特性将会影响导航信号质量,而信号质量优劣则直接决定了整个GNSS的服务性能极限。传统的波形畸变评估方法主要针对传统相移键控(PSK)调制信号的波形幅度和宽度开展研究,而忽视了波形不对称对跟踪误差和测距误差带来的影响。该文在国际民航组织(ICAO)所采用的传统测距码波形分析模型TMA/TMB/TMC基础上,给出了适用于各种新型二进制偏置载波(BOC)调制的波形畸变分析扩展模型。接着提出能够精细分析波形上升下降沿对称特性(WRaFES)分析模型,并从时域波形、相关函数、S曲线过零点偏差3个方面,深入仿真分析了WRaFES模型的性能特点。最后,以北斗试验卫星M1-S B1Cd信号为例,给出了基于WRaFES模型及相关曲线特性的实测分析结果。研究表明:该方法能够精确分析导航信号波形不对称性及对用户带来的影响,研究成果可为新型卫星导航信号评估提供一种新方法和新思路,同时还可为GNSS用户接收机相关器间隔参数的合理选取提供建议和技术支撑。

English

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  • 图 1  WRaFES波形不对称分析

    图 2  BOC(1, 1)数字畸变功率谱:$\varDelta = 0.06{T_c}$

    图 3  WRaFES波形不对称分析

    图 4  BOC (1, 1) SQM相关器输出

    图 5  码片上升下降沿不对称带来的SCB影响分析

    图 6  分离后的BDS M1-S B1Cd基带信号波形

    表 1  WRaFES参数列表

    $\Delta \Delta $测试参数对称性面积比参数:
    $M1 = \frac{{({W_{ - 0.50}} - {W_{0.50}}) - ({W_{ - 0.47}} - {W_{0.47}})}}{{{W_0}}}$$M2 = \frac{{({W_{ - 0.53}} - {W_{0.53}}) - ({W_{ - 0.50}} - {W_{0.50}})}}{{{W_0}}}$$M24 = 20 \times \lg \left[ {\displaystyle\frac{{\displaystyle\int_{t = - 0.60{T_{\rm c}}}^{t = - 0.40{T_{\rm c}}} {s(t){\rm dt}} }}{{\displaystyle\int_{t = 0.40{T_{\rm c}}}^{t = 0.60{T_{\rm c}}} {s(t){\rm dt}} }}} \right]$
    对称性评价参数:非对称性评价参数:
    $M3 = \displaystyle\frac{{({W_{ - 0.40}} - {W_{0.40}})}}{{{W_0}}}$ $M4 = \displaystyle\frac{{({W_{ - 0.43}} - {W_{0.43}})}}{{{W_0}}}$
    $M5 = \displaystyle\frac{{({W_{ - 0.47}} - {W_{0.47}})}}{{{W_0}}}$ $M6 = \displaystyle\frac{{({W_{ - 0.50}} - {W_{0.50}})}}{{{W_0}}}$
    $M7 = \displaystyle\frac{{({W_{ - 0.53}} - {W_{0.53}})}}{{{W_0}}}$ $M8 = \displaystyle\frac{{({W_{ - 0.57}} - {W_{0.57}})}}{{{W_0}}}$ $M9 = \displaystyle\frac{{({W_{ - 0.60}} - {W_{0.60}})}}{{{W_0}}}$
    $M10 = \displaystyle\frac{{{W_{ - 0.40}}}}{{{W_0}}}$ $M11 = \displaystyle\frac{{{W_{0.40}}}}{{{W_0}}}$ $M12 = \displaystyle\frac{{{W_{ - 0.43}}}}{{{W_0}}}$ $M13 = \displaystyle\frac{{{W_{0.43}}}}{{{W_0}}}$ $M14 = \displaystyle\frac{{{W_{ - 0.47}}}}{{{W_0}}}$
    $M15 = \displaystyle\frac{{{W_{0.47}}}}{{{W_0}}}$ $M16 = \displaystyle\frac{{{W_{-0.50}}}}{{{W_0}}}$ $M17 = \displaystyle\frac{{{W_{0.50}}}}{{{W_0}}}$ $M18 = \displaystyle\frac{{{W_{-0.53}}}}{{{W_0}}}$ $M19 = \displaystyle\frac{{{W_{0.53}}}}{{{W_0}}}$
    $M20 = \displaystyle\frac{{{W_{-0.57}}}}{{{W_0}}}$ $M21 = \displaystyle\frac{{{W_{0.57}}}}{{{W_0}}}$ $M22 = \displaystyle\frac{{{W_{-0.60}}}}{{{W_0}}}$ $M23 = \displaystyle\frac{{{W_{0.60}}}}{{{W_0}}}$
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    表 2  相关特性参数均值和方差

    参数${P_1}$${P_2}$${P_3}$${P_4}$${P_5}$${P_6}$${P_7}$
    均值0000000.85
    方差$\frac{{0.6}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{2.4}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{0.6}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{1.2}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{2.0}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{2.0}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{2.775}}{{2T\,(C/{N_0})}}$
    参数${P_8}$${P_9}$${P_{10}}$${P_{11}}$${P_{12}}$${P_{13}}$${P_{14}}$
    均值0.850.700.70–0.50–0.5000
    方差$\frac{{2.775}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{0.51}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{0.51}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{0.75}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{0.75}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{1.0}}{{2T\,(C/{N_0})}}$$\frac{{1.0}}{{2T\,(C/{N_0})}}$
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    表 3  BDS M1-S B1CdWRaFES 参数统计结果

    参数M1M2M5M6M7M24M14M15M16M17M18M19
    均值0.01320.01490.01180.00140.01620.00910.57750.58930.00100.00030.57660.5928
    标准差0.12330.13960.15680.12920.17081.61880.09420.13590.08960.09420.12230.1571
    参数M3M4M8M9M10M11M12M13M20M21M22M23
    均值0.00080.01100.03390.02471.03911.03830.93690.94810.93210.96591.04251.0673
    标准差0.24550.19990.25710.35100.15570.22940.10890.18090.19410.25570.27590.3286
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    表 4  BDS M1-S B1Cd实测相关特性参数统计结果

    参数P1P2P3P4P5P6P7
    均值0.0148–0.0002–0.00220.01140.0099–0.00480.8663
    标准差0.03520.04880.03690.03690.05260.07450.0076
    参数P8P9P10P11P12P13P14
    均值0.86980.71600.7060–0.5013–0.50990.01510.0211
    标准差0.00790.01210.01360.05930.06360.05760.0728
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  • 通讯作者:  贺成艳, hechengyan@ntsc.ac.cn
  • 收稿日期:  2018-07-04
  • 录用日期:  2019-01-10
  • 网络出版日期:  2019-01-22
  • 刊出日期:  2019-05-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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