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系统工程与电子技术 2022年第12期44卷 3800-3810页

作者：倪育德邹玲刘瑞华陈万通秦哲王凯中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300

针对c波段卫星导航信号严格的兼容性约束要求,探索性地将基于椭圆球面波函数的连续相位调制(continuous phase modulation based on prolate spheroidal wave functions,cPM-PSWF)应用于c波段导航。在分析了关键参数对cPM-PSWF信号功率... 详细信息

针对c波段卫星导航信号严格的兼容性约束要求,探索性地将基于椭圆球面波函数的连续相位调制(continuous phase modulation based on prolate spheroidal wave functions,cPM-PSWF)应用于c波段导航。在分析了关键参数对cPM-PSWF信号功率谱特性影响后,初步筛选出4个cPM-PSWF子族作为c波段候选导航信号,并对其导航性能指标进行评估。在权衡c波段信号频谱兼容性和各导航性能指标基础上,提出将“QM2PSWF(10)c=6”且h=0.5的cPM-PSWF信号用作北斗系统c波段的导航信号。研究表明,所提出的cPM-PSWF信号频谱泄露少,带外衰减快,同时在码跟踪精度与抗多径性能方面,较当前c波段非cPM-PSWF候选导航信号更具竞争力。

关键词： c波段导航基于椭圆球面波函数的连续相位调制兼容性导航性能

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Multi-h c波段导航信号调制方式及性能评估

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信号处理 2024年第2期40卷 301-312页

作者：倪育德易茉涵刘瑞华邹玲中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

近年来,L波段(1164~1610 MHz)频谱拥挤日渐严重,我国北斗卫星导航系统可用资源明显不足,基于频谱资源的不可再生性,探索研究新频段迫在眉睫。鉴于目前c波段导航信号设计尚不成熟,各国对c波段卫星导航信号体制也都还处于探索研究阶段,我... 详细信息

近年来,L波段(1164~1610 MHz)频谱拥挤日渐严重,我国北斗卫星导航系统可用资源明显不足,基于频谱资源的不可再生性,探索研究新频段迫在眉睫。鉴于目前c波段导航信号设计尚不成熟,各国对c波段卫星导航信号体制也都还处于探索研究阶段,我国有必要预先开展c波段卫星导航信号研究。处于c波段中5010~5030 MHz的卫星导航信号具有较少的频谱干扰、较低的电离层误差等显著优势,但仅有的20 MHz带宽对诸如射电天文业务(Radio Astronomy Service,RAS)和微波着陆系统(Microwave Landing System,MLS)等相邻业务频段的射频兼容性要求极为严苛。首先提出将多调制指数(Multi-h)的正交频分复用-连续相位调制(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-continuous Phase Modulation,OFDM-cPM)联合调制方式应用于c波段卫星导航;其次,在分析关键参数对Multi-h OFDM-cPM信号功率谱特性影响后,选取关联长度L为64、调制指数h为0.5的单调制指数(Single-h)OFDM-cPM(10)信号和h为[1/16,3/16]的Multi-h OFDM-cPM(10)信号作为c波段候选导航信号;最后,对包括兼容性、码跟踪精度、抗多径干扰在内的基础导航性能指标进行评估。研究表明,OFDM-cPM调制方式能很好兼顾c波段信号的带外约束性和导航性能要求,OFDM-cPM(10)h=[1/16,3/16]信号在所述各个基础导航性能指标上均表现最佳,在兼容性方面能弥补OFDM-cPM(10)h=0.5信号的略微不足。然而考虑到多调制指数会增加接收机复杂度,因此在c波段导航中,只有当接收机采用低复杂度检测算法时,Multi-h OFDM-cPM信号才会是比Single-h OFDM-cPM信号更佳的选择。

关键词： c波段导航多调制指数连续相位调制正交频分复用导航性能

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c波段卫星导航信号调制方式及其性能研究

C波段卫星导航信号调制方式及其性能研究

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作者：邹玲中国民航大学

学位级别：硕士

L波段信号频谱拥挤日渐严重,导致探索卫星导航服务新频段迫在眉睫。国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)于2000年将c波段中的5010～5030MHz划分为导航服务新频段,该波段仅有20MHz带宽,对诸如射电天文业务(Radio As... 详细信息

L波段信号频谱拥挤日渐严重,导致探索卫星导航服务新频段迫在眉睫。国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)于2000年将c波段中的5010～5030MHz划分为导航服务新频段,该波段仅有20MHz带宽,对诸如射电天文业务(Radio Astronomy Service,RAS)和微波着陆系统(Microwave Landing System,MLS)等相邻业务频段射频兼容性要求极为严苛。鉴于目前c波段导航信号设计尚不成熟,各国对c波段卫星导航信号体制也都还处于探索研究阶段,我国先期开展c波段卫星导航信号研究既是机遇也是挑战。高效的卫星导航信号设计不仅能够提升导航系统性能,也是避免相邻业务信号频谱重叠、最大化共享频谱资源的重要途径。本文在分析了c波段信号传输特性及当前全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号调制技术后,论证了现阶段L波段常用调制信号并不能满足c波段带外兼容性约束,探索性地将基于椭圆球面波函数的连续相位调制(continuous Phase Modulation Based on Prolate Spheroidal Wave Functions,cPM-PSWF)应用于c波段导航,并在此基础上首次将多调制指数与cPM-PSWF结合,在权衡了c波段信号频谱兼容性和其它导航性能指标后,为北斗导航系统c波段导航信号设计提供了两种候选方案,一种是基于cPM-PSWF调制方案的QM2PSWF(10)c=6且h=0.5信号,另一种是基于多调制指数cPM-PSWF(Multi-h cPM-PSWF)调制方案的QM2PSWF(10)c=4且h=[9/16,11/16]信号。本文主要完成的工作内容如下:(1)重点研究了L波段和c波段导航信号的传输特性,阐述了c波段用于卫星导航的性能优劣。建立了包括自由空间损耗、电离层和对流层损耗及云雨雾衰减等方面的传输链路模型,计算了给定条件下c波段和L波段导航信号在传输过程中的各项损耗,并由此给出c波段和L波段星地链路的功率概算,进一步阐述了c波段用于卫星导航的性能优劣,为后续c波段信号调制方案研究奠定相应理论基础。(2)论证现阶段L波段导航信号常用调制方式并不适用于c波段导航,总结了c波段带外兼容性约束要求,给出c波段调制方式选取的主要原则和信号设计思路。分别阐述了L波段GNSS信号常用调制技术的数学模型,分析了包括二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)、二进制偏置载波(Binary Offset carrier,BOc)、混合二进制偏移载波(Multiplexed Binary Offset carrier,MBOc)及交替二进制偏移载波(Alternative Binary Offset carrier,Alt BOc)等调制方式在内的性能特点,通过对L波段导航信号的兼容性指标评估,表明将现阶段L波段常用调制方式直接搬移到c波段导航,并不能满足c波段导航严格的带外兼容性约束,并指出选取c波段导航信号时,需要在兼容性和其它导航性能指标之间权衡取舍。(3)探索性地将cPM-PSWF调制应用于c波段导航,并提出将QM2PSWF(10)c=6且h=0.5的cPM-PSWF信号作为北斗导航系统c波段导航信号的候选方案。首先阐述cPM-PSWF调制基本理论,通过研究cPM-PSWF调制信号相位路径,验证了cPMPSWF调制信号较经典cPM调制信号的频谱优越性,在深入研究关键参数对cPM-PSWF信号功率谱特性影响基础上,完成对cPM-PSWF子族的优选和初筛,最后对其基础导航性能指标,如兼容性、码跟踪精度、抗多径性能进行评估,筛选出QM2PSWF(10)c=6且h=0.5的cPM-PSWF信号能够在一定程度上缓解与RAS、MLS和c波段上行信号的干扰,它与伽利略卫星导航系统采用的GMSK(10)信号兼容性相当,但Gabor带宽更大,平均多径误差更小,较当前c波段非cPM-PSWF候选导航信号更具竞争力。(4)首次将cPM-PSWF调制方案与多调制指数结合,并提出将QM2PSWF(10)c=4且h=[9/16,11/16]的Multi-h cPM-PSWF信号作为北斗导航系统c波段导航信号的候选方案。重点研究了相关参数对Multi-h cPM-PSWF信号功率谱特性的影响,通过合理调配重要参数的取值,可获得与GMSK(10)信号兼容性相媲美的Multi-h cPM-PSWF子族,同时具备更强的码跟踪和抗多径能力。研究结果表明,Multi-h cPM-PSWF调制应用于c波段卫星导航在抗多径性能方面具备一定优越性,其中QM2PSWF(10)c=4且h

关键词： c波段导航连续相位调制椭圆球面波函数兼容性多调制指数

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