多载波-二进制偏移载波调制信号捕获性能分析与参数优化研究

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为了实现军民信号分离,提高定位精度,适应频谱资源匮乏的环境,涌现了很多新型的导航信号,其中多载波-二进制偏移载波调制(MC-BOC)信号以其良好的恒包络特性、频谱利用率高等特点,具有很大的研究价值。为了更好使用MC-BOC信号,本文将重点研究MC-BOC信号的捕获性能和参数优化问题。传统的优化方法没有考虑非理想前端对其的影响,而且对于捕获过程中频率和码相位搜索间隔的优化研究比较少,对于新的导航信号,并没有较好的通用方法,则本文将借鉴BPSK捕获算法研究MC-BOC信号的捕获性能和参数优化问题。主要内容如下:  (1)通过分析MC-BOC信号的功率谱和自相关函数,将其作为一种特殊的BPSK信号进行捕获,针对三种常用的捕获算法,首先分析其捕获性能和输出信噪比与相干积分时间和后积累次数的关系式,然后采用蒙特卡洛仿真验证理论推导的MC-BOC捕获性能与仿真结果相吻合,最后利用等效损耗和输出信噪比优化捕获算法中相干积分时间和后积累次数,得出如下结论:匹配滤波器算法中相干积分时间优化值与多普勒频率成反比,随着载噪比的提高,相干积分时间和后积累次数优化值在不断减小,但是相干积分时间变化幅度不大。  (2)针对非理想前端主要是量化误差与有限带宽对MC-BOC捕获性能的影响,首先分析了量化误差对捕获输出信噪比的影响,以捕获输出信噪比为指标优化量化增益(量化间隔),得出结论:基于捕获的量化增益优化值与直接采用量化损耗优化量化增益值一致。然后,分析有限带宽对捕获输出信噪比的影响,可知有限带宽引起了信噪比的损耗;最后综合考虑非理想前端,以捕获输出信噪比最大原则,优化捕获算法中的相干积分时间和后积累次数;通过与理想前端下优化结果对比可知,其相干积分时间优化值略微增加,后积累次数优化值增加明显,说明非理想前端引起的输出信噪比的损耗对相干积分影响不大,但是需要更长的后积分时间来达到一定的捕获性能。  (3)针对新的导航信号传统捕获搜索间隔不再适用的问题,本文提出基于单位复杂度等效理想检测因子联合优化频率和码相位搜索间隔方法。首先推导出MC-BOC信号在匹配滤波器算法中频率和码相位搜索间隔优化公式,并推广到并行频率搜索和码相位搜索捕获算法,实现了捕获性能与复杂度统一优化设计;然后考虑了非理想前端影响,给出了单位复杂度等效理想检测因子表达式;最后通过与已有的单独优化频率和码相位搜索间隔方法对比,证明本文方法优化间隔对应捕获性能高于单独优化结果,且在本文设置的条件下相干积分信噪比高约3dB,并对不同载噪比,相干积分和非理想前端等条件下优化搜索间隔,得出结论:码相位间隔优化值与自相关函数息息相关,频率搜索优化间隔与相干积分时间成反比,载噪比和非理想前端对优化结果影响较小。综合考虑后,MC-BOC信号捕获算法码相位优化间隔为1/8码片,频率搜索优化间隔1/(2Tc)。
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