avatar avatar 我的文献 GNSS空间信号质量评估方法研究及测距性能影响分析 作者 贺成艳 单位 中国科学院研究生院(国家授时中心) 关键词 GNSS空间信号; 信号质量; 监测评估; 畸变; 测距性能
摘要
GNSS(Global Navigation Satellite System)导航信号是卫星导航系统最重要的组成部分之一,导航信号质量的优劣,将直接反映卫星导航系统的PVT(Position, Velocity, Time)性能,同时也能够反映卫星有效载荷的工作状态及各种电性能指标。进行GNSS空间信号质量的评估,是卫星导航系统设计和运行过程中最重要的环节之一,不仅可以为导航系统信号设计、关键技术在轨验证提供技术手段和支撑,还可以监测评估其他导航卫星系统,为自身科学研究和应用提供有价值的参考。为保证给用户提供高质量服务,GPS和Galileo均已建设配套的导航信号质量监测评估环境,在对各自卫星系统下行信号质量进行监测和评估的同时,还积极监测分析其他国家卫星导航信号。论文开展的GNSS空间信号质量评估方法的研究,其成果在我国北斗卫星导航系统的信号设计、信号体制验证、性能指标评估、完好性监测、卫星故障快速定位等方面,将发挥非常重要的作用。其成果不仅可以推动我国卫星导航信号体制设计和评估理论的发展,得到准确的信号质量评估结果,还可为系统的维护和管理提供决策支持信息,保证系统的高质量服务,有利于提高北斗卫星导航系统在国际上的影响力,具有重要的应用价值。同时,该论文的研究成果也将会在国际领域的合作中产生影响并发挥重要作用。本论文主要针对GNSS空间信号质量评估内容及方法、GNSS空间信号畸变现象产生机理、GNSS空间信号畸变对测距性能影响三个方面来展开研究,并在文章的最后给出GNSS信号质量评估结果。文章的主要内容可归纳为:(1)GNSS信号体制论文较详细地研究了国际上已建成或正在建设的GNSS各类调制信号的产生机理及信号特点,并分析不同调制方式下导航信号的码跟踪性能和抗多径性能,在此基础上,给出了目前及将来GNSS可能采用的信号体制,为提炼GNSS空间信号质量评估对象及评估准则提供参考依据。(2)GNSS空间信号质量评估的对象及评估准则在分析GNSS信号体制的基础上,结合信号体制设计的理论值或标准图形曲线、卫星载荷研制技术要求或地面测试结果、接口控制文件(ICD)等公开服务性能规范,论文详细地研究了GNSS下行信号的评估对象及相应的评估指标,提出了GNSS空间信号质量评估准则,为GNSS空间信号质量评估提供判断依据和准则。(3)GNSS空间信号质量评估方法论文分别从卫星射频信号监测数据、卫星信号离线采集数据、监测接收机测距数据、干扰监测数据、标校数据和气象监测数据等方面,对信号质量评估所需的各种数据处理方法(包括数据预处理方法)进行了详细介绍。并依据信号体制设计要素、卫星导航信号PVT性能评估内容、有效载荷研制技术要求,提炼信号质量评估单项要素内容及综合评估内容。本论文详细介绍了各项评估内容的评估算法,并建立了一套信号质量评估方法体系,能够全面分析接收GNSS空间信号质量。(4)信号畸变模型库论文创新性的研究了GNSS导航信号各类常见畸变,给出了数学分析模型,建立了信号畸变模型库,分析了各类畸变对信号质量评估结果和测距性能的影响。对载波泄漏和频谱不对称畸变、码片波形畸变、码间串扰畸变、多径畸变、干扰和噪声畸变、杂散和AM-AM饱和失真、AM-PM失真等的产生机理进行深入研究,定性或定量的给出了各种信号畸变对信号质量评估结果的影响,并基于分析模型,严格推导出各类畸变最终可能对测距性能的影响。为多次故障排查与定位提供了依据。(5)GNSS空间信号质量评估结果分别从射频仪器监测、功率及功率谱、测距码时域波形、调制性能、相关函数、测距稳定性、相干性、接收性能、多径性能和干扰分析等方面,对北斗、GPS和Galileo在轨卫星进行了全面的信号质量监测与评估,论文中有针对性地展示出了具有代表性的典型结果。
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