AltBOC信號捕獲技術研究
2012-04-12 00:00:00張中英張立新蒙艷松張偉
現代電子技術 2012年5期
摘 要：交替二進制偏移載波(AltBOC)信號是應用于Galileo導航系統E5頻段的新型導航信號，該信號包含E5a和E5b兩個邊帶，調制四路獨立的導航信號。傳統的捕獲技術是對其中的一路信號進行捕獲，僅能利用25%的信號功率，影響了捕獲性能。因此在單邊帶捕獲的基礎上，采用雙邊帶非相干聯合和相干聯合捕獲兩種方法，并進行了理論分析。最后仿真驗證了理論分析的正確性。
關鍵詞：AltBOC; 單邊帶捕獲; 雙邊帶捕獲; 檢測概率
中圖分類號：
TN967.134
文獻標識碼：A
文章編號：1004373X(2012)05
0055
05
Study of acquisition technology for AltBOC signal
ZHANG Zhongying1， ZHANG Lixin1， MENG Yansong1， ZHANG Wei2
(1. Xi’an Branch， China Academy of Space Technology， Xi’an 710100， China;
2.State Administration of Science， Technology and Industry for National Defense， Beijing 100037， China)
Abstract：
Alternate Binary Offset Carrier (AltBOC) signal is a new navigation signal on the E5 frequency of Galileo system. This signal includes double sideband， E5a and E5b， and modulates four independent navigation signals. The traditional acquisition technology usually adopts one signal and 25% total signal power， which influence the acquisition performance. On the basis of single sideband acquisition， two methods of double sideband noncoherent combination acquisition and double sideband coherent combination acquisition are used， and the theory analysis is performed. The simulation validates the performance of these schemes.
Keywords： AltBOC; single sideband acquisition; double sideband acquisition; detection probability
收稿日期：20110922
0 引 言
Galileo計劃是歐洲獨立開發的全球多模式衛星導航定位系統，其提供高精度高穩定性的導航定位服務。在Galileo的頻段中，E5頻段是一個重要的信號頻段，涵蓋了開放服務、商業服務和生命安全服務等多項導航定位業務。這種新型的導航信號采用了交替二進制偏移載波(Alternate Binary Offset Carrier，AltBOC)調制技術，使該頻段可以獨立地傳輸四路導航信號，充分利用了頻譜資源，并且具有良好的偽碼跟蹤精度和抗多徑能力，因此研究該種信號的接收技術，尤其是捕獲技術具有重要意義。
AltBOC信號包含四路獨立的導航信號，分別占據信號總功率的25%，它們通過調制不同的偽碼和采用正交的載波實現獨立傳輸。傳統的捕獲技術是對其中的一路信號進行捕獲，但這意味著將有75%的信號能量被浪費，影響了信號的捕獲性能。
因此本文在介紹單邊帶捕獲的基礎上，分別研究了雙邊帶非相干和雙邊帶相干聯合捕獲技術，給出了捕獲的原理結構圖和檢測概率的理論分析，并通過仿真驗證了其性能。
1 AltBOC信號模型
1.1 AltBOC信號調制
Galileo E5頻段采用的是AltBOC(15，10)信號，中心頻率為1 191.795 MHz，偽碼速率為10.23 MHz，副載波速率為15.345 MHz。該信號可以分為E5a和E5b兩個邊帶，中心頻率分別為1 176.45 MHz和1 207.14 MHz，每個邊帶又分為帶有導航電文的數據通道和不帶導航電文的導頻通道。因此E5信號可以分為四個不同的信道，即E5aD，E5aP，E5bD，E5bP。E5信號的頻譜分布如圖1所示［1］。
AltBOC信號可以采用圖2的方式生成，其中，dE5aD表示E5a數據通道的導航信息;dE5bP表示E5b數據通道的導航信息;cE5aD表示E5a數據通道擴頻碼;cE5aD表示E5a導頻通道的擴頻碼;cE5bD表示E5b數據通道擴頻碼;cE5bP表示E5b導頻通道擴頻碼，擴頻碼是調制了次級碼，次級碼是固定的碼序列。
3 仿真結果與分析
仿真得到的自相關函數如圖7所示，在次級碼符號關系判定正確的情況下，雙邊帶相干聯合捕獲在次級碼同步實現和未實現情況下得到的相關函數是一致的，如果以雙邊帶相干聯合捕獲相關值為1，雙邊帶非相干聯合捕獲的相關值為0.5，單邊帶捕獲的相關值為0.5，可以看出雙邊帶相干聯合捕獲的相關峰值為分別比另外兩種捕獲方法高出3 dB和6 dB，充分利用了信號能量。
圖7 捕獲的歸一化相關峰
仿真得到的檢測概率隨載噪比C/N0變化趨勢如圖8所示，其中虛警概率為1×10-3，相干積分時間為1 ms，即一個偽碼周期。
從圖中可以看出，雙邊帶捕獲要比單邊帶捕獲性能更為優越。聯合捕獲中，次級碼同步情況下的相干捕獲性能最好，次級碼同步未實現情況下的相干捕獲性能要略低，但都要優于雙邊帶非相干捕獲，這是由于非相干捕獲在進行非相干積分過程中存在平方損耗，而相干積分則可以有效地避免這種損耗。雖然次級碼同步實現時的檢測性能最好，但是在捕獲的初始階段，接收機對于次級碼的相位未知，很難實現次級碼同步，因此接收機應先按照次級碼未同步的情況來實現相干聯合捕獲。
4 結 語
本文研究了AltBOC信號的四種捕獲方法，即單邊帶捕獲、雙邊帶非相干聯合捕獲、次級碼同步實現下的雙邊帶相干聯合捕獲和次級碼同步未實現下的雙邊帶相干聯合捕獲。單邊帶捕獲簡單，但不能有效地利用信號能量，性能較差。雙邊帶聯合捕獲中， 次級碼同步情況下的相干聯合捕獲和次級碼未同步情況下的相干聯合捕獲均能充分的利用信號能量，前者的檢測性能要優于后者，但是由于在捕獲的初始階段，次級碼的同步難以實現，所以一般應先按照次級碼未同步的情況實現相干聯合捕獲，然后待次級碼同步后再按照次級碼同步情況實現相干聯合捕獲。非相干聯合捕獲由于存在平方損耗，無法完全利用信號能量，檢測性能要低于相干聯合捕獲，但是這種方法可以有效地去除次級碼帶來的模糊性，并且捕獲結構也更為簡單。
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作者簡介：
張中英 1986年出生，在讀碩士研究生。目前從事新型導航信號的接收技術研究。
張立新 1968年出生，碩士生導師，研究員。長期從事衛星導航系統及衛星有效載荷系統方面的研究工作。
蒙艷松 1980年出生，高級工程師。主要從事衛星導航、星間鏈路方面的研究工作。
張 偉 博士生導師，研究員。長期從事航天工程管理及衛星數據傳輸與處理方面的研究工作。
