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BOC信号的相关器设计及跟踪性能分析

BOC信号的相关器设计及跟踪性能分析

作者：何在民中国科学院研究生院（国家授时中心）

学位级别：硕士

本文主要是对未来的全球导航卫星系统(GNSS)所普遍采用的BOC信号进行研究,利用MATLAB工具对其进行了仿真与验证。本文对新的BOC信号特征进行了详细地分析。通过对功率谱密度的分析可知BOC信号具有分裂的频谱;通过对相关函数分析可知,BO... 详细信息

本文主要是对未来的全球导航卫星系统(GNSS)所普遍采用的BOC信号进行研究,利用MATLAB工具对其进行了仿真与验证。本文对新的BOC信号特征进行了详细地分析。通过对功率谱密度的分析可知BOC信号具有分裂的频谱;通过对相关函数分析可知,BOC信号有窄的相关峰,具有更高的跟踪精度潜力;通过对其几个重要参数的分析,这几个重要参数包括方形等效带宽、均方根带宽、频谱分离系数以及相关损失,都说明其具有更高的码跟踪精度和抗干扰能力。同时对BOC信号和PSK-R信号的信号特征各个方面做了深刻的比较,就是为了体现新的BOC信号体制在信号特征上的优越性。本文对滑动相关法、匹配滤波法、基于时域并行快速搜索方法和基于频域的快速捕获方法进行详细的论述。针对新的BOC信号体制提出了新型的相关器结构,包括标准的BOC相关器、非相干BOC相关器、VE-VL相关器、最新提出的BOC相关器和反卷积相关器,对反卷积相关器做了详细的仿真和分析,得到反卷积相关器的输出线性特征曲线,还得到了其敏感性的损失并给出了量化的公式。通过仿真表明:由于BOC信号的自相关函数的多峰结构,增加了捕获与跟踪的复杂性。伪距是卫星定位中的一个核心要素,而伪距是从码跟踪环提取出来的,那么对码跟踪环的跟踪误差研究显得十分重要。本文从自相关函数入手,研究了射频前端带宽对BOC信号自相关函数的影响。S曲线能用来定性的判断码跟踪环的性能,而S曲线源于自相关函数,因而本文就射频前端对S曲线的影响也做了详细的分析。最后的重点就在于码跟踪环误差的定量分析,本文提出在统一的TOA估计模型框架下,通过建模和推导,详细的分析了射频前端带宽、早迟码间距、载噪比、积分时间和码环路带宽对跟踪精度的影响。并对PSK-R信号和BOC信号的码跟踪误差做了比较。经过分析发现,新的BOC信号的跟踪性能确实优于传统的PSK-R信号。

关键词： BOC(二进制偏移载波) S曲线自相关函数码跟踪误差扩频通信

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CAPS模拟器基带控制关键技术

吉林大学学报（工学版） 2010年第6期40卷 1729-1734页

作者：武建锋胡永辉马红皎何在民王康王继刚中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院研究生院北京100049

以我国自主创新的CAPS(China area positioning system)导航定位系统为研究平台,提出了CAPS卫星信号模拟器的系统架构,给出了总体设计框图,对各模块的功能进行了划分和设计。针对CAPS导航系统的特点,开展了模拟器关键技术的研究,给出了... 详细信息

以我国自主创新的CAPS(China area positioning system)导航定位系统为研究平台,提出了CAPS卫星信号模拟器的系统架构,给出了总体设计框图,对各模块的功能进行了划分和设计。针对CAPS导航系统的特点,开展了模拟器关键技术的研究,给出了相关参数的计算方法。利用已开发出的成型的CAPS模拟器进行测试,结果表明:本文的设计方法是可行的,该模拟器可以用于测试接收机的捕获、跟踪和定位性能等。

关键词：通信技术模拟器电离层多普勒载波DCO 码DCO

自适应Kalman滤波用于实时求解原子钟运行参数

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天文学报 2012年第4期53卷 319-324页

作者：侯娟董绍武屈俐俐王继刚何在民中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院研究生院北京100049 淮海工学院测绘工程学院连云港222005

实时准确掌握原子钟运行情况,对卫星导航和守时工作来说有着重要意义.针对标准Kalman滤波实时求解原子钟运行参数存在的问题,提出了运用基于预报残差的自适应Kalman滤波模型实时求解钟参数.该模型在标准Kalman滤波模型基础上,构造了一... 详细信息

实时准确掌握原子钟运行情况,对卫星导航和守时工作来说有着重要意义.针对标准Kalman滤波实时求解原子钟运行参数存在的问题,提出了运用基于预报残差的自适应Kalman滤波模型实时求解钟参数.该模型在标准Kalman滤波模型基础上,构造了一个自适应因子,使得当原子钟在调频或调相后能较快地给出准确可靠的运行参数估值.最后结合导航和守时工作的3个算例,验证了该方法的有效性.

关键词：时间方法数据分析

基于小波降噪的Kalman滤波预报卫星钟差

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测绘科学 2012年第5期37卷 9-11,60页

作者：王继刚胡永辉何在民侯娟淮海工学院测绘工程学院江苏连云港222005 中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院研究生院北京100049

卫星钟差预报在实时高精度导航定位中具有重要作用,Kalman滤波模型是预报卫星钟差的重要方法之一。为了进一步提高Kalman滤波模型预报卫星钟差的精度,本文提出了基于小波降噪的Kalman滤波模型预报卫星钟差。该模型使用小波降噪后数据,... 详细信息

卫星钟差预报在实时高精度导航定位中具有重要作用,Kalman滤波模型是预报卫星钟差的重要方法之一。为了进一步提高Kalman滤波模型预报卫星钟差的精度,本文提出了基于小波降噪的Kalman滤波模型预报卫星钟差。该模型使用小波降噪后数据,在保留Kalman滤波模型特点的基础上,明显地提高了短期卫星钟差预报精度。

关键词：卫星钟差预报 Kalman滤波降噪精度

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“北斗”三号B1C信号的硬件实时生成

电讯技术 2019年第4期59卷 468-475页

作者：叶旅洋何在民张瀚青樊战友中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室西安710600 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

从节省资源、提高实时性以及简化实现复杂度的角度出发,对"北斗"三号B1C信号进行硬件实时生成。首先,介绍了B1C生成相关理论并将B1C信号生成拆分成子模块进行研究和生成;其次,采用统一的系统时钟和精密的相位控制保证了B1C信号数据分量... 详细信息

从节省资源、提高实时性以及简化实现复杂度的角度出发,对"北斗"三号B1C信号进行硬件实时生成。首先,介绍了B1C生成相关理论并将B1C信号生成拆分成子模块进行研究和生成;其次,采用统一的系统时钟和精密的相位控制保证了B1C信号数据分量与导频分量及分量内部之间的严格对齐;最后,针对导频分量虚部,给出了一种硬件上可消除虚数运算的生成方式,解决了硬件上虚数信号难以生成这一难题,最终实时生成B1C信号。生成结果表明,理论仿真与硬件生成结果相吻合,验证了该B1C信号硬件生成方式的正确性,且该生成方式简单、灵活,占用资源少,易于工程实现。B1C信号的实时生成不仅可为接收终端基带信号处理提供模块设计参考,同时也可为信号接收处理提供测试用信号。

关键词： “北斗”三号 B1C信号实时硬件生成

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GPS可驯钟的设计与实现

GPS可驯钟的设计与实现

第三届中国卫星导航学术年会

作者：张帆胡永辉何在民中国科学院国家授时中心中国科学院精密导航定位于定时技术重点实验室中国科学院研究生院

设计了一种基于GPS（Global Position System）可驯钟。采用滑动中位数滤波去除测量数据中的奇异值,并利用ARMA（Auto Regressive and Moving Average）对时差数据进行滤波以抑制测量噪声,提出了一种改进型的压控电压产生方案。对准确度... 详细信息

设计了一种基于GPS（Global Position System）可驯钟。采用滑动中位数滤波去除测量数据中的奇异值,并利用ARMA（Auto Regressive and Moving Average）对时差数据进行滤波以抑制测量噪声,提出了一种改进型的压控电压产生方案。对准确度为1×10-9恒温晶振进行驯服,驯服后频率准确度优于2×10-11,该方法可推广应用于北斗或其它卫星导航系统可驯钟研究。

关键词：可驯钟滑动中位数滤波 ARMA

来源： cnki会议评论

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组合模型预报导航卫星钟差

大地测量与地球动力学 2012年第1期32卷 84-88页

作者：王继刚胡永辉何在民杨海彦侯娟淮海工学院测绘工程学院连云港222005 中国科学院国家授时中心西安710600 中国科学院研究生院北京100049

导航卫星原子钟在运行过程中,不可避免地受到环境和其他因素的影响而产生噪声,导致卫星钟差不规则变化。研究表明钟差是5种噪声共同作用的结果,并且有多种模型可以预报钟差,但它们各具特点和适用性,因此可以考虑组合这些模型预测的结果... 详细信息

导航卫星原子钟在运行过程中,不可避免地受到环境和其他因素的影响而产生噪声,导致卫星钟差不规则变化。研究表明钟差是5种噪声共同作用的结果,并且有多种模型可以预报钟差,但它们各具特点和适用性,因此可以考虑组合这些模型预测的结果,以提高预报结果的可靠性。讨论了经典权、最优权、神经网络3种组合方法,并运用IGS精密卫星钟差数据,以二次多项式和灰色模型预报为基础,计算了组合模型的预报结果。研究表明:3种方法都能有效地组合单一模型预报结果,预报精度也大体相当,其中,经典权法最优、最优权法次之、神经网络法稍逊。

关键词：钟差线性非线性预报组合

北斗三号等长Weil码和Gold码性能分析与比较

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计算机仿真 2019年第8期36卷 71-76页

作者：张瀚青何在民叶旅洋马红皎中国科学院国家授时中心陕西西安710600 中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室陕西西安710600 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100039

测距码在卫星导航系统中占据重要地位,北斗三号B1C信号和B2a信号测距码分别采用Weil码截短和Gold码增补的方式生成。探讨了北斗三号两种测距码的生成原理,基于FPGA实现了两种测距码数据分量主码的生成,并给出码生成仿真结果。基于传统... 详细信息

测距码在卫星导航系统中占据重要地位,北斗三号B1C信号和B2a信号测距码分别采用Weil码截短和Gold码增补的方式生成。探讨了北斗三号两种测距码的生成原理,基于FPGA实现了两种测距码数据分量主码的生成,并给出码生成仿真结果。基于传统相关定义,根据覆盖区域大小进行两种测距码相关性能的定性分析;引入奇/偶相关判据,利用最大相关旁瓣能量对两种测距码作相关性能的定量分析。基于定性与定量分析进行两种测距码的性能比较,结果表明,在码长同为10230的情况下,Weil码具有比Gold码更好的相关性能,更有利于卫星信号的捕获与跟踪。

关键词：北斗三号勒让德序列测距码奇/偶相关

正交复用BOC信号改进生成性能仿真及FPGA实现

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计算机仿真 2019年第12期36卷 78-83页

作者：叶旅洋何在民张瀚青武文俊中国科学院国家授时中心陕西西安710600 中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室陕西西安710600 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

正交复用BOC信号(QMBOC)作为MBOC的一种新的时域调制方式,被应用到北斗三号当中,以实现与GPS和Galileo兼容与互操作。为了解决QMBOC信号虚数运算在硬件上很难直接生成这一难题,从工程易实现性和实时性的角度出发,改进了一种等效带通形... 详细信息

正交复用BOC信号(QMBOC)作为MBOC的一种新的时域调制方式,被应用到北斗三号当中,以实现与GPS和Galileo兼容与互操作。为了解决QMBOC信号虚数运算在硬件上很难直接生成这一难题,从工程易实现性和实时性的角度出发,改进了一种等效带通形式的工程实现方式,采用MATLAB+Quartus II软件仿真平台对该方式进行仿真,借助FPGA+频谱仪硬件架构对理论仿真结果进行对比验证。结果表明,改进的生成方式与理论仿真结果相吻合。上述方法可推广到工程中解决硬件生成含虚部分量一类信号当中去。

关键词：北斗三号带通正交复用