衛星導航系統多徑抑制技術

徐成濤 博士，湖南長沙人，國防科技大學系統工程學院副研究員，管理科學與工程碩士導師，曾長期從事北鬥衛星導航系統信號多徑抑制與質量評估技術研究工作，近年來主要從事指揮信息系統方面的研究工作。作為核心骨幹參與了北鬥二號和北鬥三號國家重大專項、網絡信息體系建設等重大工程研制工作。主持了國家自然科學基金1項，以及裝備預研、基礎加強等十餘項軍隊項目；以第一發明人身份獲國家發明專利4項，獲得軍隊科技進步二等獎2項，參與出版專著教材1部，發表學術論文30餘篇。

第1章 衛星導航系統概述 1
1.1 全球衛星導航系統 1
1.2 衛星導航定位的基本原理 2
1.3 衛星導航系統的信號體制 4
1.3.1 衛星導航信號的格式 4
1.3.2 主要衛星導航系統的信號格式 7
1.4 GNSS接收機的工作原理 9
1.4.1 捕獲 10
1.4.2 跟蹤 10
1.5 本章小結 13
第2章 多徑信號的特性 14
2.1 多徑信號的產生原理和特點 14
2.2 多徑信號模型 15
2.3 多徑信號對跟蹤的影響 17
2.3.1 多徑信號對碼跟蹤環的影響 17
2.3.2 多徑信號對載波跟蹤環的影響 17
2.4 多徑抑制技術 19
2.5 多徑抑制性能評估指標 20
2.5.1 通用多徑抑制性能評估方法 20
2.5.2 DLL類多徑抑制技術的多徑抑制性能評估方法 24
2.5.3 參數估計類多徑抑制技術的多徑抑制性能評估準則 46
2.6 多徑誤差提取方法 54
2.6.1 雙頻一階電離層模型多徑提取方法 54
2.6.2 三頻二階電離層模型多徑提取方法 56
2.6.3 三頻電離層模型多徑提取通用方法 56
2.7 本章小結 59
參考文獻 59
第3章 半開放場地多徑誤差評估及多徑抑制技術 61
3.1 天線實際接收環境下的多徑誤差估計 62
3.1.1 多徑信號的參數 62
3.1.2 天線接收環境對多徑信號的影響及其建模 63
3.1.3 考慮反射介質和天線特性的多徑誤差 67
3.2 半開放場地多徑信號模型 70
3.2.1 半開放場地的幾何描述 70
3.2.2 半開放場地的多徑信號特征 72
3.3 基於多徑抑制考慮的固定站選址 78
3.3.1 傳統多徑誤差減小方法的失效 78
3.3.2 固定站選址研究 80
3.4 多徑抑制對天線性能的約束 83
3.4.1 多徑信號的去極化特性 83
3.4.2 天線多徑抑制指標約束 85
3.5 多頻段混合扼流圈技術 87
3.5.1 扼流圈的作用 87
3.5.2 混合扼流圈的設計 88
3.6 鋸齒改進垂直扼流圈的設計及優化 89
3.6.1 鋸齒改進垂直扼流圈的基本結構 89
3.6.2 關鍵參數仿真分析 89
3.6.3 L/S頻段兼容小型化扼流圈 96
3.7 本章小結 97
參考文獻 98
第4章 基於吸波抑徑板的天線多徑抑制性能提升技術 100
4.1 吸波抑徑板技術 101
4.1.1 吸波抑徑板技術的提出 101
4.1.2 吸波抑徑板的工作原理 102
4.2 吸波抑徑板的結構設計 105
4.2.1 吸波抑徑板的設計和優化 106
4.2.2 吸波抑徑板的實現及性能 109
4.3 基於吸波超材料的吸波抑徑板技術 111
4.3.1 吸波超材料的原理和設計 111
4.3.2 基於吸波超材料的吸波抑徑板外形設計 115
4.3.3 基於吸波超材料的吸波抑徑板的性能 116
4.4 本章小結 118
參考文獻 118
第5章 BPSK及BOC(1,1)信號多徑抑制技術 121
5.1 BPSK信號多徑抑制技術 121
5.1.1 窄相關技術 122
5.1.2 Double-Delta技術 124
5.1.3 CCRW技術 125
5.2 BOC(1,1)信號多徑抑制技術 134
5.2.1 窄相關技術 135
5.2.2 Double-Delta技術 137
5.2.3 CCRW技術 139
5.2.4 ASPeCT技術 142
5.3 實測數據分析 144
5.3.1 有線多徑測試 145
5.3.2 對天測試 147
5.4 本章小結 151
參考文獻 152
第6章 基於最優多徑抑制鑒別曲線線性化的多徑抑制參考波形設計 154
6.1 多徑抑制鑒相函數 154
6.1.1 最優鑒相函數 155
6.1.2 參考波形設計準則 158
6.2 BPSK信號簡單參考波形設計 160
6.2.1 BPSK第一類參考波形設計 160
6.2.2 BPSK第二類參考波形設計 163
6.3 BOC(1,1)信號簡單無模糊參考波形設計 165
6.3.1 BOC(1,1)第一類參考波形 165
6.3.2 BOC(1,1)第二類參考波形 167
6.4 多徑抑制參考波形設計 173
6.4.1 線性最優鑒相函數下的參考波形設計 173
6.4.2 改進的多徑抑制鑒相函數下的參考波形設計 176
6.4.3 帶限下的波形性能分析 177
6.5 極限性能分析 181
6.5.1 兩類參考波形極限性能比較 181
6.5.2 BPSK及BOC(1,1)性能比較 182
6.6 本章小結 183
參考文獻 184
第7章 帶限條件下的最優鑒別曲線及參考波形設計 186
7.1 鑒別曲線最小二乘逼近方法 187
7.1.1 帶限信道下的信號模型 187
7.1.2 最優鑒別曲線的改進 188
7.1.3 最小二乘逼近方法求解鑒別曲線 189
7.2 基於最優鑒別曲線最小二乘逼近的相關器設計 192
7.2.1 基於相關器線性組合的最優鑒別曲線 192
7.2.2 方法性能評估 196
7.2.3 基於截斷的奇異值分解方法的最小二乘求解相關器權值 200
7.3 基於最優鑒別曲線最小二乘逼近的CCRW設計 213
7.3.1 CCRW技術的原理 213
7.3.2 基於CCRW的最優鑒別曲線設計 215
7.3.3 跟蹤精度 217
7.3.4 基於截斷的奇異值分解方法的最小二乘求解CCRW 218
7.4 基於最優鑒別曲線最小二乘逼近方法的數值量化 229
7.4.1 相關器權值的量化精度 230
7.4.2 碼參考波形幅度的量化精度 231
7.5 本章小結 232
參考文獻 232
第8章 高階BOC信號的多徑抑制技術 234
8.1 BOC調制 235
8.2 高階BOC信號的無模糊接收方法 237
8.2.1 上下邊帶法 237
8.2.2 雙環路法 239
8.2.3 雙載波跟蹤環法 243
8.3 高階BOC信號的跟蹤技術 246
8.3.1 雙載波跟蹤環多徑抑制技術 247
8.3.2 改進的TK算法 259
8.3.3 雙環路與CCRW聯合技術 267
8.3.4 邊帶與CCRW聯合技術 268
8.4 本章小結 277
參考文獻 278
第9章 MBOC信號的多徑抑制技術 280
9.1 引言 280
9.2 MBOC調制 281
9.3 適用於MBOC的通用與專用多徑抑制技術 283
9.3.1 窄相關技術 284
9.3.2 加權雙差技術 286
9.3.3 BOC-PRN技術 287
9.3.4 雙相關器 289
9.3.5 CCRW技術 290
9.3.6 導頻數據通道聯合技術 291
9.3.7 TMBOC時分雙參考波形技術 295
9.3.8 CBOC聯合雙參考波形多徑抑制技術 301
9.4 本章小結 308
參考文獻 309
第10章 總結與展望 310
附錄A 導頻數據通道聯合技術的碼跟蹤誤差方差 311
附錄B CBOC JDST的碼跟蹤誤差方差 313
附錄C 縮略語表 315