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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*1.023Mchip/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=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(ε±δ)+A2exp(jψ(t))Rc(ε+?子 2-?子 1-±δ)（6） 当直达波与多径信号反相时 |y±(t)≈A1Rc(ε±δ)-A2exp(jψ(t))Rc(ε+?子 2-?子 1-±δ)（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.3：239～242. 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.4:1008~1011.。