非理想信道下抗干扰接收机高精度测距技术研究

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抗干扰和高精度测量是高性能卫星导航接收机的两个重要指标,如何同时满足上述指标是目前接收机设计的难点。现有的抗干扰方法通过约束抗干扰滤波器为线性相位来保证抗干扰前后测量零值不变,但是上述方法都是建立在信道特性理想的基础上。随着测距指标提高到亚纳秒量级,接收机信道的群时延与幅频特性的非理想已成为制约测距指标进一步提高的主要因素,特别当外界干扰发生变化时,接收机的测量零值也会随之发生波动,此时将导致接收机测距性能严重恶化。因此研究非理想信道下抗干扰对测量零值的影响以及消除,具有重要的理论意义和工程应用价值。论文针对非理想信道下抗干扰对测量零值的影响与消除技术进行了系统的研究,论文主要工作和创新成果总结如下:1)传统的非理想信道下抗干扰滤波器对接收机测量零值的影响只关注于跟踪阶段相关峰形状畸变导致的测量零值偏移。而在捕获阶段接收机捕获到相关峰旁瓣会使测距值发生跳变,同样影响高精度测量,特别对于突发体制信号的接收应更关注捕获阶段对时延的估计结果。本文通过将传统的跟踪零值与新定义的捕获零值结合起来,建立起了任意信道下抗干扰对接收机测量零值的影响模型。最后通过仿真验证了模型的准确性,实例表明抗干扰使得跟踪零值偏移达到2~3ns,在捕获阶段当检测概率为0.9,载噪比低于34dBHz时,捕获零值偏移将达到20ns以上。2)非理想信道下,传统的抗干扰滤波器的带陷效应会导致跟踪零值发生偏移,需对抗干扰滤波器进行改进使得抗干扰前后测量零值不变。本文提出了一种跟踪零值偏差最小的干扰抑制滤波器幅频补偿算法,并给出了补偿频点搜索和补偿的一般方法。对于非理想对称信道以及单个窄带干扰的特殊情况,给出了对称频点补偿的结构。仿真结果表明,采用幅频补偿算法可以使偏移减少55%以上,采用对称频点幅频补偿算法偏移幅度降低到92%以上。3)非理想信道下,接收信号与本地伪码的相关函数主瓣在干扰滤波器前后会发生形变进而影响跟踪零值。本文提出了基于延迟相关峰对消的跟踪零值修正算法。通过扣除经过干扰抑制滤波器后的相关峰中一系列延迟相关峰分量,使得输入至早迟环的相关峰形状与干扰抑制前的相关峰形状一致,从而保证跟踪零值在干扰抑制前后不变。仿真结果表明,当输入信号的载噪比大于35dBHz,相干积分时间为10ms,修正后的跟踪零值偏移幅度减少86%以上。4)为保证抗干扰前后测量零值不变通常需要对非理想信道进行校准,传统的校准方法主要分为模拟域和数字域。模拟域一般校准精度低,实现灵活性差;数字域校准通常运算复杂度高。本文提出了全匹配接收的跟踪零值修正算法。该算法利用了卷积的交换特性,将传统的校准网络挪至本地码输出端之后,再通过波形量化的方法等效实现了校准网络;因采用数字域实现,精度高,灵活性好,同时运算复杂度低。仿真结果表明当量化比特数大于3比特时,修正后的跟踪零值偏移幅度减少91%以上,而使用传统的32点8位IFFT通道校准方法,其性能仅与全匹配接收2bit量化性能相当,但所消耗资源却远远高于后者。5)抗干扰滤波器会使得相关函数旁瓣抬升,从而导致捕获零值发生跳变,现有的含旁瓣抑制的干扰抑制滤波器不仅会提高干扰损耗同时还会增加额外的硬件资源。本文提出了基于相关峰分裂幅度特性的捕获零值修正算法。该算法利用干扰抑制滤波器对相关函数对称分裂特性,通过构造基于旁瓣幅度对消的新检测量,根据检测量在相关函数主瓣和旁瓣不同的分布特性检测是否捕获到相关函数主瓣,且对干扰损耗没有任何影响,同时所需的硬件资源少。仿真表明存在窄带干扰情况下,相同检测概率和载噪比情况下,采用基于相关峰分裂幅度特性的捕获零值修正算法相对于原始的捕获算法,捕获零值偏移减少37%~89%,相对于7阶的旁瓣抑制的干扰抑制滤波器,捕获零值偏移减少26%~69%。论文将提出的方法用于卫星有效载荷中的接收机以及地面系统的监测接收机,取得了预期的结果。
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