[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容性分析方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210277568.9
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102798870A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 張建軍;馬駿;陳忠貴;黃宇民
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23;G01S19/24
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• 代理人: 暫無信息

1.基于碼跟蹤頻譜隔離系數(shù)的衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容性分析方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1：TOA模塊具有估計器及濾波器的功能，利用到達時間TOA模塊分析碼相位估計誤差對TOA估計器及濾波器結果的影響，得到平滑TOA估計器和非平滑TOA估計器方差的關系；

TOA估計器在每個T秒處理接收到的信號、白噪聲和干擾；接收的信號、白噪聲和干擾以及前一個T秒的平滑TOA估計值進入TOA估計器，TOA估計器采用T秒的積分時間產(chǎn)生一個非平滑的TOA估計值TOA的非平滑估計值經(jīng)過平滑TOA濾波器處理，產(chǎn)生一個新的平滑TOA估計重新作為前一個TOA估計值提供給TOA估計器；

TOA估計器的輸出為一個間隔時間為T的連續(xù)時間信號y_u(t)，y_u(t)通過平滑TOA濾波器后，其輸出將是一個具有統(tǒng)計自相似性的平穩(wěn)過程，而平穩(wěn)隨機過程的自相關函數(shù)和時間t無關，只與時間間隔τ有關，則輸出平穩(wěn)過程的自相關函數(shù)為

Ryu(τ)=t02+σu2tri2T(τ)]]>

其中，tr_b(τ)底為b高為1的等腰三角形；

根據(jù)維納-辛欽定理，y_u(t)的功率譜密度為：

Gyu(f)=t02δ(f)+σu2Tsinc2(πfT)]]>

其中δ(·)為狄拉克函數(shù)，且sinc(x)＝sinx/x；

TOA的平滑濾波器是一個低通濾波器，它的作用是降低噪聲以便在輸出端對原始信號產(chǎn)生精確的估計，其階數(shù)和噪聲帶寬決定了環(huán)路濾波器對信號的動態(tài)效應；將TOA的平滑濾波器建模為具有噪聲等效帶寬的傳輸函數(shù)H(f)，忽略群延遲的影響，則

H(f)=1,|f|≤BL/20,elsewhere]]>

經(jīng)過濾波器后的平滑TOA估計輸出定義為可知其有均值為t₀，平滑TOA估計的方差為：

Var{τks}=E{(τks-t0)2}]]>

=∫-∞∞Gyu(f)|H(f)|2df-t02]]>

=∫-BL/2BL/2[t02δ(f)+σu2Tsinc2(πfT)]df-t02]]>

=σu2[1π∫-πBLT/2πBLT/2sinc2(γ)dγ]]]>

由TOA估計方差知，0＜TB_L≤1，則被近似為B_LT(1-0.25B_LT)，從而

Var{τks}≅σu2BLT(1-0.25BLT)]]>

步驟2：分析碼相位與載波頻率估計誤差對碼跟蹤誤差的影響，得到干擾下碼跟蹤環(huán)的條件方差；

接收機接收到的基帶處理信號為：

x(t)＝e^iθs(t-t₀)+w(t)

＝e^iθs(t-t₀)+n(t)+i(t)

其中s(t)為復值基帶信號，θ為載波相位，t₀為時間延遲，n(t)為接收的高斯白噪聲，i(t)為干擾信號；接收的信號數(shù)據(jù)長度為T_obs，即0＜t≤T_obs；

接收機的前端雙邊帶寬為β，在碼跟蹤的過程中，假設積分時間為T，碼跟蹤環(huán)的雙邊帶寬為B_L，而且T_obs≥1/B_L，Δ表示超前減滯后相關器的間距；

相干超前-滯后TOA估計器實值算子輸出的誤差信號為：

其中，ϵ=t-τks,]]>

定義上式的前兩項分別為e_L(ε)和e_E(ε)，將s(t-t₀)轉換為頻域的表達形式，則e_L(ε)為

第二項被表示為：

得方差變量為：

Var{e(t0-τks)|τks}=2T2∫-β/2β/2Cs(f)Gs(f)Gw(f)sin2(πfΔ)df]]>

根據(jù)相干超前-滯后TOA估計器可得，非平滑的TOA估計值為

τku=τks+e(t0-τks)CsK]]>

在平滑估計的條件下，非平滑估計的條件方差為

Var{τku|τks}=∫-β/2β/2Gs(f)Gw(f)sin2(πfΔ)df2(2π)2TCs(∫-β/2β/2fGs(f)sin2(πfΔ)df)2]]>

因為w(t)＝n(t)+i(t)，w(t)的功率譜密度G_w(f)＝N₀+C_iG_i(f)，上式化為：

Var{τku|τks}=∫-β/2β/2Gs(f)Gw(f)sin2(πfΔ)df2(2π)2TCs(∫-β/2β/2fGs(f)sin2(πfΔ)df)2]]>

=∫-β/2β/2Gs(f)sin2(πfΔ)df+CiN0∫-β/2β/2Gi(f)Gs(f)sin2(πfΔ)df2(2π)2TCsN0(∫-β/2β/2fGs(f)sin2(πfΔ)df)2]]>

步驟3：確定基于碼跟蹤頻譜隔離系數(shù)；

由步驟2得到的條件方差，

代入平滑TOA估計的方差，得：

Var{τks}≅σu2BLT(1-0.25BLT)]]>

得到相干延遲跟蹤環(huán)的碼跟蹤誤差為：

σCELP2=BL(1-0.25BLT)N0∫-β/2β/2Gs(f)sin2(πfΔ)df+Σi=1NGi(f)Gs(f)sin2(πfΔ)df2(2π)2Cs(∫-β/2β/2fGs(f)sin(πfΔ)df)2]]>

其中：

Δ為超前-滯后相關器的間距；

B_L為碼跟蹤環(huán)的單側等效矩形帶寬；

β為接收機中的預相關濾波帶寬，其通過一個理想的線性相位和矩形帶寬濾波器來近似，單位為Hz；

T為預檢測積分時間；

應用等效載噪比原則，根據(jù)碼跟蹤誤差等式，等效的白噪聲為：

N_{0，eq，ELS}＝N₀+I_{0，eq，ELS}

其中，I_{0，eq，ELS}為所有干擾信號的等效功率譜密度，定義為：

I0,eq,ELS=Σi=1NCi∫-β/2β/2Gs(f)Gi(f)sin2(πfΔ)df∫-β/2β/2Gs(f)sin2(πfΔ)df]]>

其中，定義

ηs,j=∫-β/2β/2Gs(f)Gi(f)sin2(πfΔ)df∫-β/2β/2Gs(f)sin2(πfΔ)df]]>

所述的η_s，j為碼跟蹤頻譜隔離系數(shù)；

步驟4：確定碼跟蹤時的衛(wèi)星導航系統(tǒng)的等效載噪比；

在碼跟蹤誤差式中，任何非白干擾也必須被計算在內(nèi)，且必須以其功率譜密度和功率來表征，非白干擾必須等效虛構的白噪聲；非白干擾等效虛構的白噪聲的方法為，虛構一個白噪聲密度，可產(chǎn)生與實際的混合白噪聲和干擾相同的輸出碼跟蹤誤差，則利用這一等效白噪聲得到的等效載噪比(C/N₀）_eff；

根據(jù)虛構的白噪聲的原理，利用步驟3得出等效載噪比

Δ(CsN0)eff=CsN0CsN0,eq,ELS=CsN0CsN0+I0,eq,ELS=1+I0,eq,ELSN0]]>

步驟5：等效載噪比一直作為衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容性的評估指標，利用步驟4得出的等效載噪比評估衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號碼跟蹤狀態(tài)時導航干擾信號對目標信號的影響，確定衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容性。