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1、BOC信号仿真及其对定位精度的改善研究 论文摘要： 航天器和飞行器的姿态控制需要高精度的定位服务，为了能达到更高的定位精度和抗干扰性能，新型的卫星导航系统如Galileo系统和GPS的M码将采用二进制偏置载波(BOC)调制方式。本论文对Galileo信号和GPS的M码信号进行了仿真并分析了BOC对定位精度的改善。 关键词：BOC Galileo；GPS 定位精度 多径效应 1.前 言 卫星导航系统可提供高精度、全天时、全天候的导航、定位和授时服务。新一代的GPS导航系统和Galileo系统的卫星信号将普遍采用BOC调制方式1-3。它在性能上较传统的BPSK有很多的优点。BOC 调制一经提出就引
2、起了各卫星导航大国的极大关注，这不仅是因为 BOC 调制可以用于卫星导航系统信道的添加，更重要的是它能提高卫星导航系统的定位精度和改善其它性能（如抗干扰）。 2.BOC信号特性分析 BOC是一种新型的扩频信号调制方式，可以有效地分配频带上的能量，减少同频带信号间的干扰。BOC调制是将信号s(t)与频率为fSC 的方波相乘，子载波将原信号的频谱变成两个相同的拷贝，并将它们对称的位于载波频谱左右两边。频谱关系式如下： s(t)=s(t)sign(sin(2?仔ft) （1） s(f)aS(f)?茚(?啄(f-f)-?啄(f+f) （2） 假设二进制BOC的扩频码值为等概率、独立且同分布，则BOC信
3、号的功率谱为 G(f)=,= n， 为偶数（3） G(f)=,= n，为奇数（4） 3 Galileo和GPS信号仿真 3.1 Galileo信号仿真 Galileo系统提供了很多服务，这里我们仅分析用于开放服务（OS: open service）的L1 OS信号。L1信号工作于1575.42MHz。信号由3个信道（A、B、C）组成，L1-A信道用于公共管理服务（PRS：public regulated service），它是被限制使用的信号，其测距码和导航数据被加密；L1-B为数据信道；L1-C为引导信道，仅有测距码，不调制导航数据。三个信道对应的测距码速率为：Rc,L1-A=2*1.023
4、Mchip/s；Rc,L1-B=1/Tc,L1-B=1.023Mchip/s；Rc,L1-C=1/Tc,L1-C=1.023Mchip/s。子载波速率为：Rsc,L1-B= Rsc,L1-C=1.023MHz。B信道的导航数据率为250Hz。 L1 OS的数据和引导信号调制在同相支路，L1 PRS信号调制在正交支路，L1 OS采用BOC(1,1)调制方式，而L1 PRS采用BOC(15,2.5)调制方式，合成信号为 S(t)=(aeB(t)-aeC(t)cos(2?仔f1t)-(?茁eA(t)+?酌eA(t)eB(t)eC(t)sin(2?仔f1t)（5） 其中，a=/3，?茁=2/3，?酌=
5、1/3。 3.2 GPS信号仿真 现有的GPS卫星信号频谱结构中，有L1和L2两个载频上可以发射信号，L1上调制有相互正交的C/A粗码和P(Y)精码，均以BPSK的方式调制在L1载频上。L2频段只发射P(Y)码，和L1上的P(Y)码相配合，以消除电离层延迟的影响。C/A码是公开的和未加密的明码。表1为现有GPS信号结构。 4.BOC信号对定位精度的改善 4.1增加双模接收机的观测数据 随着伽利略卫星定位系统的逐步投入使用，BOC调制方式的使用使未来的导航接收机可以同时接收GPS和Galileo信号。美国的兰德( RAND) 公司经过分析, Galileo OS与GPS 结合后,在精度上的改善如
6、表2所示： 4.2 抗多径性能 目前，定位中除多路径以外的误差都已得到深入研究，多路径成为影响高精度定位的主要因素。多路径的产生机制是周围物体反射的GPS/Galileo信号与直接的GPS/Galileo信号混合进入接收机引起的误差，与周围物体的反射率有关、反射物与测站的距离有关。多路径与距离不相关，通过差分定位方式通常不能消除，对导航定位有很大影响。因此，多径衰落是影响定位精度的主要因素之一。下面将具体分析多径衰落对BOC信号定位精度的影响。 当直达波与多径信号同相时 |y(t)A1Rc()+A2exp(j(t)Rc(+?子2-?子1-)（6） 当直达波与多径信号反相时 |y(t)A1Rc(
7、)-A2exp(j(t)Rc(+?子2-?子1-)（7） 由图3可以得出以下结论： （1）多径效应使接收信号的理想相关峰发生偏移，从而早迟门相关器的采样点可能不是直达波的真实到达时间。 （2）d=0.1时，C/A码在相对路径时延300米处对应的测距误差为4米，而BOC(1,1) 在相对路径时延150米处对应的测距误差为4米，即BOC(1,1)信号的DLL达到稳定锁定（跟踪）状态时，其复制信号与真实信号的时延差比C/A 码的小，这说明Galileo 系统L1 OS信号所使用的BOC(1,1) 码较GPS的CA码抗多径性能有了较大的 改善。 5.总结 BOC调制方式目前还不为人们所熟悉，但随着伽利略项目的开展，对BOC信号的研究越来越多，它有着良好的抗多径衰落的特性，并能与BPSK实现频段共享。但BOC信号的许多特性诸如相关函数的多峰值等特性加大了BOC信号的接收处理的难度，随着研究的进一步深入，开发一系列高性能的捕获、跟踪和解调方法将会很有现实意义。 参考文献：1 庄 国,张光明.GPS考虑副瓣的多径跟踪误差研究.电子科技大学学报J.2004.6,Vol.33,No.3：239242. 2赵春梅,欧吉坤.基于 GALILEO 及 GPS-GALILEO 组合系统的仿真分析J. 2005.4,Vol.17,No.4:10081011.
