文/李朝輝

相關(guān)峰、星座圖、眼圖、頻譜圖屬于較為傳統(tǒng)的在軌衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法，這類方法可較好服務(wù)于明顯信號(hào)異常的評(píng)估，但卻不能滿足微小信號(hào)異常的評(píng)估需要，而為了較好應(yīng)對(duì)微小信號(hào)異常引發(fā)的測(cè)距偏差，正是本文圍繞利用參考波形估計(jì)導(dǎo)航信號(hào)測(cè)距偏差開展具體研究的原因所在。

1 利用參考波形估計(jì)導(dǎo)航信號(hào)測(cè)距偏差的方法

1.1 參考波形定義

本文研究的參考波形指的是一種理想矩形脈沖波形，其上升沿零交叉點(diǎn)為軌衛(wèi)星信號(hào)波形的上升沿零交叉點(diǎn)，偽碼速率直接影響其脈沖寬度。相較于理想波形，參考波形可能出現(xiàn)滯后或超前情況，但不同衛(wèi)星存在的這類差異相對(duì)測(cè)距偏差而言可以忽略。本文研究中的實(shí)際衛(wèi)星信號(hào)由2OS模型代替，以此分析2OS模型、理想模型與參考模型的差異。在TMB模型對(duì)應(yīng)的參考波形中，理想波形與參考波形均屬于理想矩形脈沖，但存在滯后偏差。

1.2 測(cè)距偏差估計(jì)

理想波形的測(cè)距偏差為0，相對(duì)參考波形來說，實(shí)際衛(wèi)星發(fā)播信號(hào)波形存在測(cè)距偏差，衛(wèi)星發(fā)播信號(hào)質(zhì)量的評(píng)估可基于該測(cè)距偏差展開，測(cè)距受到的評(píng)估信號(hào)波形異常影響程度也能夠通過測(cè)距偏差進(jìn)行衡量。延遲鎖定環(huán)進(jìn)行接收信號(hào)偽碼跟蹤屬于導(dǎo)航接收機(jī)測(cè)距的典型原理，相關(guān)器、環(huán)路濾波器、鑒相器等構(gòu)成了延遲鎖定環(huán)，鑒相器曲線零交叉點(diǎn)的跟蹤屬于延遲鎖定環(huán)的主要工作內(nèi)容，由此即可保證輸入碼跟蹤誤差最小。如接收到正常導(dǎo)航信號(hào)，鑒相器在環(huán)路濾波器達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為零，但如果出現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航波形畸變，鑒相曲線零交叉點(diǎn)便會(huì)偏離正常位置，這一偏移量將直接影響測(cè)距偏差的大小，如（1）所示，式中的ε、分別為測(cè)距偏差、鑒相函數(shù)。

結(jié)合上述分析，可得出如下測(cè)距偏差估計(jì)方法：

（1）根據(jù)碼速率確定欠采樣速率，通過欠采樣處理采集數(shù)據(jù)，結(jié)合判讀符號(hào)獲得本地碼。

（2）零交叉點(diǎn)粗略位置由采樣數(shù)據(jù)的正負(fù)號(hào)變化確定，線性擬合以粗略位置為中心，獲得零交叉點(diǎn)的精確位置。

（3）進(jìn)行不同脈沖上升沿與第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)距離的計(jì)算，開展碼片寬度求模，求得偽碼周期起點(diǎn)與第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離。平均處理不同上升沿對(duì)應(yīng)距離值，即可獲得偽碼周期起點(diǎn)與第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離估計(jì)值。

（4）產(chǎn)生本地滯后信號(hào)和本地超前信號(hào)，分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理，求得兩者之差繪制鑒相器曲線。

（5）通過線性擬合處理鑒相器曲線，明確零交叉點(diǎn)精確位置。

（6）鑒相器曲線中心位置與零交叉點(diǎn)距離為測(cè)距偏差，其數(shù)值小于0代表滯后偏差，大于0為超前偏差。

2 仿真分析

2.1 2OS模型畸變波形測(cè)距偏差

為驗(yàn)證上述估計(jì)方法，本文以2OS模型為基礎(chǔ)產(chǎn)生畸變波形，并深入分析估計(jì)精度。設(shè)偽碼碼速率為1.023Mchip/s，TMB模型參數(shù)分別為：

衛(wèi)星發(fā)播信號(hào)狀態(tài)的不同采用3種TMB模型參數(shù)表示，結(jié)合對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，相關(guān)間距在同一參數(shù)下直接影響測(cè)距偏差，且不同參數(shù)對(duì)應(yīng)的測(cè)距偏差相差較大。

基于1.023Mchip/s的偽碼碼速率，采用0.05的TMC模型超前/滯后參數(shù)△，采用與TMB模型相同的振蕩頻率參數(shù)fd、衰減因子參數(shù)σ，不同衛(wèi)星的發(fā)播信號(hào)狀態(tài)通過TMC模型參數(shù)對(duì)應(yīng)。結(jié)合TMC模型測(cè)距偏差對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，相關(guān)間距直接影響同一參數(shù)的測(cè)距偏差，且不同參數(shù)對(duì)應(yīng)的測(cè)距偏差相差較大，二者存在25ns的滯后差距，這一差距源于參數(shù)△的影響。

2.2 測(cè)距偏差估計(jì)精度

為分析估計(jì)精度受到的噪聲影響，將高斯白噪聲引入畸變波形信號(hào)，由此即可分析信噪比與估計(jì)精度、信號(hào)長(zhǎng)度與估計(jì)精度的關(guān)系。采用同2.1節(jié)的偽碼碼速率參數(shù)設(shè)置，采用TMC模型的畸變波形，模型的參數(shù)為△=0.05，脈沖數(shù)設(shè)為1000，即可得出不同信噪比下測(cè)距偏差估計(jì)精度，結(jié)合對(duì)比可確定，測(cè)距偏差估計(jì)精度會(huì)隨著信噪比的升高而升高，且受到相關(guān)間距變化影響，因此通過降低噪聲電平、增加地面接收天線增益，即可有效提高估計(jì)精度；采用相同的偽碼碼速率參數(shù)、畸變波形參數(shù)，設(shè)信噪比為25dB，可得出不同脈沖數(shù)下測(cè)距偏差估計(jì)精度，結(jié)合對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，相關(guān)間距變化會(huì)直接影響測(cè)距偏差估計(jì)精度，測(cè)距偏差估計(jì)精度會(huì)隨著信號(hào)長(zhǎng)度的增大而升高，因此可采用增加信號(hào)長(zhǎng)度（信噪比較低時(shí)）的方式提升估計(jì)精度。

3 結(jié)論

綜上所述，參考波形能夠較好服務(wù)于導(dǎo)航信號(hào)測(cè)距偏差的估計(jì)，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的參考波形定義、測(cè)距偏差估計(jì)、2OS模型畸變波形測(cè)距偏差、測(cè)距偏差估計(jì)精度等內(nèi)容，則提供了可行性較高的導(dǎo)航信號(hào)測(cè)距偏差估計(jì)路徑，而為了進(jìn)一步提升研究的實(shí)用性，基于參考波形的在軌衛(wèi)星信號(hào)測(cè)距性能評(píng)估必須得到重視，這也將成為筆者下一步的研究方向。