衛星載荷I/Q失真對導航信號的影響分析

王 森，王 雪，霍 翔，饒永南

(1.中國科學院國家授時中心，陜西西安710600；2.中國科學院大學電子電氣與通信工程學院，北京101408；3.中國科學院精密導航定位與定時技術重點實驗室，陜西西安710600)

1 引言

衛星有效載荷基帶導航信號生成、傳輸、播發過程中受各類失真及非理想因素的影響，導致衛星導航信號發生畸變，直接影響導航系統跟蹤精度和測距性能[1]。受星載設備的限制，衛星導航基帶信號生成頻率較低，有效載荷射頻通道播發導航信號需實現精準的頻率變換達到播發頻率，因此變頻器必不可少的存在于每一個導航衛星和通信衛星載荷中，其非理想特性直接影響導航信號性能，最終導致測距誤差的出現。針對引起導航信號畸變原因及其對導航信號性能產生的影響展開研究，可為衛星有效載荷射頻通道設計提供參考。

射頻通道變頻器的作用是實現衛星導航基帶信號上變頻到射頻信號的過程，一般有三種變頻方式，分別為直接上變頻方式、兩次上變頻方式、直接正交上變頻方式。直接上變頻方式具有電路設計簡單、成本低等優點，但由于射頻濾波器設計要求相對帶寬非常小，在實際工程中很難實現，且不能很好的濾除本振信號[2]；兩次上變頻方式作為導航信號模擬源通常采用的射頻電路變頻方式，可得到較好的信號質量，但經過兩次變頻、高功率放大器、濾波器等器件，特別是中頻段、射頻段的兩級濾波器，影響信號帶寬內通帶平坦度、相位線性度，且電路實現體積偏大，增加電路設計的功耗、成本和調試難度[3]；直接正交上變頻方式可通過一級混頻實現上變頻過程，不需要經過濾波器即可達到很好的效果，降低整個發射機體積、重量、功耗和成本，得到了廣泛應用。但這種方式存在不同支路分量不平衡的問題，例如正交輸入信號與正交本振信號幅度、相位不平衡以及直流偏置等問題[4]。文獻[5]研究了直接正交上變頻發射機中邊帶和本振泄漏問題，推導了調制信號和本振信號I/Q幅度、相位不平衡與邊帶及本振泄漏抑制的定量關系，但研究模型未考慮信道非理想對導航信號性能產生的影響。文獻[6]研究了I/Q幅相誤差對導航信號測距零值的影響，但研究模型將部分模型參數理想化，相比實際信道特性有所差異。文獻[7]分析了不同變頻方式的優劣，以正交上變頻方式作為研究對象，分析了變頻方式中的邊帶抑制等指標影響因素，但研究未從導航信號畸變角度分析變頻器對導航信號性能產生的影響。

針對上述現狀，本文基于直接正交上變頻方式進行研究，建立衛星導航基帶信號直接正交上變頻I/Q失真模型，仿真分析了I/Q支路分量中存在直流偏置、本振泄漏、I/Q失配、諧波分量、相位噪聲影響因素對導航信號性能、載波跟蹤性能產生的影響，將相關損耗、S曲線過零點偏差、S曲線過零點斜率偏差、星座圖、功率譜密度、碼片時域波形作為性能評估指標，與經濾波器輸出導航信號進行對比。

2 直接正交上變頻方式I/Q失真模型

衛星有效載荷射頻通道模型如圖1所示，導航信號基帶生成，經過恒包絡處理，首先通過前置濾波器濾除鏡頻信號和諧波信號后，變頻器對其進行上變頻調制，再通過后置濾波器濾除無用帶外雜散和諧波信號，經過高功率放大器進行非線性放大，最后通過多工器合成信號由天線播發。本文主要研究直接正交上變頻方式對導航信號產生的影響，即圖1虛框內的分析模型。其中，濾波器采用理想帶限濾波器，消除濾波器的附加影響，且前后濾波器的帶寬相等。

圖1 導航衛星有效載荷射頻通道模型

變頻器在理想情況下，僅產生差頻及和頻的載波信號，使基帶導航信號上變頻為射頻信號；實際情況下，基帶信號可能存在直流分量且變頻器可能存在時延、增益、相位等非理想影響因素。針對實際環境下直接正交上變頻情況，建立如圖2所示的直接正交上變頻I/Q失真模型。

圖2 直接正交上變頻I/Q失真模型

如圖2所示，SI(t)、SQ(t)分別表示I、Q支路基帶信號，τI、τQ分別表示I、Q支路時延分量，DI、DQ分別表示I、Q支路直流偏置分量，AI、AQ分別表示I、Q支路幅度增益，ωc表示載波中心頻率，φ表示I、Q支路正交相位偏差，SIF(t)表示射頻信號，表達式為

SIF(t)=AI(SI(t-τI)+DI)cos(ωct)-

AQ(SQ(t-τQ)+DQ)sin(ωct+φ)

(1)

根據式(1)，分解直接正交上變頻方式中存在的直流偏置、本振泄漏、I/Q失配、諧波分量、相位噪聲失真參數[8]，將各失真參數等效到基帶分析模型中。

1)直流偏置對導航信號性能產生的影響

存在直流偏置影響因素時，I、Q支路等效基帶信號表達式為

Sbase_I(t)=xi(t)+di+DI

(2)

Sbase_Q(t)=xq(t)+dq+DQ

(3)

式中，xi(t)、xq(t)分別表示理想基帶I、Q支路信號，di、dq分別表示I、Q支路基帶信號中存在的直流分量。根據式(2)、(3)，研究直流偏置影響因素對導航信號性能產生的影響，等效基帶分析模型在理想基帶信號基礎上增加直流偏置分量；

2)本振泄漏對導航信號性能產生的影響

本振泄漏影響因素下，射頻信號SIF(t)表達式為

(4)

根據式(4)，I、Q支路等效基帶信號表達式為

Sbase_I(t)=xi(t)+αsin(2πΔfint erft)

(5)

Sbase_Q(t)=xq(t)+αsin(2πΔfint erft)

(6)

式中，PI、PQ分別表示I、Q支路射頻信號功率，dI、dQ分別表示I、Q支路導航電文信息，CI、CQ分別表示I、Q支路測距碼，α表示本振泄漏分量幅值，fint erf表示本振泄漏分量載波頻率，Δfint erf表示本振信號載波頻率與本振泄漏分量載波頻率差值。根據式(5)、(6)，本振泄漏影響因素導致I/Q支路等效基帶信號存在頻率干擾；

3)I/Q失配對導航信號性能產生的影響

I/Q失配主要表現為時延失配、增益失配、相位失配[9]，其中時延失配主要來源于濾波器群時延特性。I/Q失配惡化I、Q支路信號分量正交性，信號分量間產生交疊失真，影響導航信號性能。

I/Q失配影響因素下，I、Q支路等效基帶信號表達式為

Sbase_I(t)=AIxi(t-τI)-AQsin(φ)xq(t-τQ)

(7)

Sbase_Q(t)=AQcos(φ)xq(t-τQ)

(8)

4)諧波分量對導航信號性能產生的影響

變頻器非線性效應導致基帶信號上變頻過程產生高階諧波分量，影響原有信號頻率特性。以二階失真及三階失真為例，通道傳輸特性表達式為

(9)

以二階諧波分量為例，存在諧波分量影響因素時，I、Q支路等效基帶信號表達式為

Sbase_I(t)=xi(t)+βxi(t)cos(2πΔft)

(10)

Sbase_Q(t)=xq(t)+βxq(t)cos(2πΔft)

(11)

式中，β表示諧波分量幅值，Δf表示載波中心頻率與諧波分量頻率差值。

5)相位噪聲對導航信號性能產生的影響

研究上變頻過程中相位噪聲對導航信號性能產生的影響，首先仿真生成導航信號傳輸過程中的相位噪聲，依據文獻[10]，相位噪聲影響因素下信號載波功率譜變化情況如圖3所示。

圖3 相位噪聲下的載波功率譜

基于數學模型下的載波相位噪聲測量方法，存在相位噪聲影響因素時，I、Q支路等效基帶信號表達式為

Sbase_I(t)=xi(t)(β1(e-j2πΔf1t+ej2πΔf1t)+

β2(e-j2πΔf2t+ej2πΔf2t)+

β3(e-j2πΔf3t+ej2πΔf3t)+…)

(12)

Sbase_Q(t)=xq(t)(β1(e-j2πΔf1t+ej2πΔf1t)+

β2(e-j2πΔf2t+ej2πΔf2t)+

β3(e-j2πΔf3t+ej2πΔf3t)+…)

(13)

式中，β1、β2、β3分別表示相位噪聲影響因素下載波分量幅值，Δf1、Δf2、Δf3分別表示相位噪聲影響因素下載波頻率偏差。

3 信號調制評估指標

為實現更高精度更可靠的信號質量評估，更加有效的觀測信號異常，需進一步評估衛星導航信號的星座圖、功率譜密度。

3.1 調制性能評估指標

衛星導航信號一般采用擴頻調制，不同支路信號分量之間相互正交。I/Q正交性直接影響聯合偽碼跟蹤及載波跟蹤的跟蹤精度，正交誤差的存在導致偽碼跟蹤相位及載波跟蹤相位出現偏差，影響定位精度。星座圖可直觀反映導航信號調制域特性、計算信號調制參數，通過實際接收信號星座圖與理想信號星座圖作比較，可反映導航信號I/Q正交性的失真程度[11]。

將實際接收信號剝離載波，去除多普勒頻移的影響，輸出I、Q基帶信號分量，數學表達式為

s(t)=sI(t)+jsQ(t)

(14)

式中，s(t)表示實際接收基帶信號，sI(t)、sQ(t)分別表示I、Q基帶信號分量。將基帶信號s(t)映射到I/Q正交平面坐標系，反映不同信號分量間的相互關系，即為基帶信號星座圖。以QMBOC信號為例，理想基帶信號星座圖及經濾波器輸出基帶信號星座圖如圖4所示。

圖4 基帶信號星座圖

如圖4所示，有效載荷射頻通道存在的不同失真以及非理想因素都會惡化導航信號I/Q正交性，使理想基帶信號星座圖發生形變，最終導致跟蹤精度產生偏差。針對引起星座圖發生不同形變的影響因素，有如下分析[12]：

1)導航信號受加性噪聲干擾時，I、Q基帶信號分量散布于理想星座點附近，星座圖分布如云般形狀；

2)導航信號存在雜散信號干擾時，星座圖分布呈現圓圈形狀；

3)導航信號相位發生偏離時，I、Q支路信號分量分布繞復平面中心點旋轉；

4)導航信號存在I/Q正交不平衡及載波泄漏時，星座圖相位產生角度的偏差。

3.2 功率譜密度評估指標

基帶導航信號時域波形發生畸變會導致信號頻域分布上發生形變。分析信號頻域特性，主要包括信號功率譜及信號帶寬內功率分布情況[13]。信號失真反映在頻域上主要表現是載波泄漏和幅頻特性失真，體現為信號各個頻點處的畸變情況，其中載波泄漏導致信號功率譜產生突起，降低有用信號功率，影響實際接收信號信噪比[14]。

通過實際接收信號與理想信號功率譜作比較，直觀反映信號頻譜的失真程度。若存在頻譜失真，引起實際接收信號有用功率降低及相關函數畸變，影響導航信號解調、測距性能。以QMBOC信號為例，理想基帶信號功率譜密度如圖5所示。將實際接收信號功率譜密度幅值與理想信號功率譜密度幅值作差，可得到信號功率譜密度偏差值，衡量導航信號的失真程度。

圖5 基帶信號功率譜密度

4 相關性能評估指標

相關性能作為評估導航信號質量的重要指標，相關曲線的斜率、對稱性影響導航信號測距精度，反映定位誤差的大小[15]。因此，相關性能可以作為反映變頻器非理想因素影響導航信號性能的評估指標，將實際接收信號剝離載波，與本地復現信號做歸一化互相關運算，表達式為

(15)

式中，Sreal(t)表示剝離載波的實際接收信號，Sref(t)表示本地復現信號，τ表示碼相位偏差，積分時間T表示測距碼主碼周期。相關曲線對稱性及相關峰尖銳程度反映偽碼跟蹤性能優劣，影響偽距測量精度[16]。互相關函數峰值越大，實際接收信號相關損耗越小，信號跟蹤性能更優。

4.1 相關損耗

相關損耗(Correlation Loss，CL)指信號帶寬內實際接收信號與理想信號功率差值，量化接收機碼跟蹤環路中即時支路相關輸出值衰減幅度，去除接收通道引入的功率損失，可反映導航信號經星上載荷射頻通道及空間環境傳輸的失真程度[17]。相關損耗越低，信號載噪比越大，偽距測量精度更高。

導航信號相關功率PCCF表達式為

(16)

相關損耗CL表達式為

(17)

造成相關損耗的原因主要為：多支路信號分量復用相同的載頻，有用信號分量功率僅占總功率的一部分；信道帶寬受限、失真等影響因素使得實際接收信號碼片波形與理想信號碼片波形不匹配[18]。

4.2 S曲線過零點偏差

S曲線指接收機碼跟蹤環路中超前減滯后相關輸出差值所得的鑒相曲線[19]。理想環境下，S曲線過零點作為碼跟蹤環路的鎖定點，位于碼跟蹤誤差為零處；實際環境下，衛星導航信號受通道特性、噪聲干擾及多徑等影響會出現不同程度的失真，過零點鎖定在相位有偏差的位置。評估I/Q失真信號S曲線過零點偏差，可作為衡量變頻器影響導航信號碼跟蹤誤差程度，直觀反映變頻器不同失真因素對導航信號測距性能的影響。導航信號發生畸變，S曲線過零點隨相關間隔δ變化，遍歷相關間隔δ得到S曲線偏差(S Curve Bias，SCB)[20]，可作為衡量導航信號失真引起的測距誤差。不同碼跟蹤環路鑒相器下S曲線增益、線性區間范圍存在差異，以超前減滯后幅值型鑒相器為例，S曲線表達式為：

(18)

式中，d表示相關間隔。鎖定點偏差τbias(d)滿足

SCurve(τbias(d)，d)=0

(19)

當導航信號為BOC類調制方式時，S曲線存在多個過零點，選擇距離最大相關功率最近的過零點[21]。根據不同相關間隔δ得到鎖定點偏差，SCB表達式為：

(20)

實際接收信號鑒相曲線過零點斜率與調制方式有緊密的關系，S曲線過零點斜率(SCurveSlope，SCS)可作為衡量實際接收信號抗干擾及抗多徑性能評估指標，與碼跟蹤精度成正比。SCS表達式為

(21)

將實際接收信號SCS與理想信號SCS作差，得到SCS偏差值，可反映導航信號性能優劣。

5 載波跟蹤性能評估指標

載波相位反正切估計器如圖6所示，將中頻輸入信號分別與本地復現I、Q支路載波混頻相乘，混頻結果與本地復現即時碼做相關運算，相關輸出結果為載波環鑒相器輸入，鑒相結果經環路濾波后可調節載波數控振蕩器(Numerical Controlled Oscillator，NCO)修正載波頻率，使得本地復現載波頻率保持跟蹤輸入信號的變化，實現精確同步。將鎖相環(Phase Locked Loop，PLL)跟蹤抖動作為衡量變頻器非理想特性影響導航信號載波相位偏差程度，反映變頻器不同失真因素對導航信號測距性能的影響。

圖6 載波相位反正切估計器

如圖6所示，反正切鑒相器檢測量表達式為

(22)

式中，εφ表示載波相位誤差，I(k)、Q(k)分別表示I、Q信號分量即時支路相關輸出值。避免引入本地參考時鐘產生的相位噪聲，PLL跟蹤抖動由輸入相位噪聲功率譜密度SNe及PLL閉環傳遞參數HPLL決定，表達式為[22]

(23)

鑒相器增益Kd影響鑒相器估計精度，將檢測量γ(εφ)對εφ一階泰勒展開，鑒相器增益表達式為

(24)

聯立式(22)、(23)、(24)，PLL跟蹤抖動表達式為

(25)

式中，P表示輸入信號功率，S(f)表示環路濾波器輸出信號功率譜密度。將式(25)關于載波相位誤差εφ求導結果為

(26)

根據式(26)，PLL跟蹤抖動與載波相位誤差εφ為線性關系。變頻器不同失真因素引起載波環鑒相器產生載波相位估計誤差εφ，導致PLL跟蹤抖動增大，影響導航信號測距性能。

在變頻器不同失真因素下，將I/Q失真信號造成的PLL跟蹤抖動值與經濾波器輸出導航信號造成的PLL跟蹤抖動值作差，得到PLL跟蹤抖動差值，可反映失真因素對PLL跟蹤抖動的影響程度，同樣可作為衡量導航信號測距性能優劣的評估指標。

6 仿真結果與分析

針對直接正交上變頻方式中存在的直流偏置、本振泄漏、I/Q失配、諧波分量、相位噪聲五個失真參數，等效到基帶分析模型中進行仿真，以BOC(1，1)和BOC(6，1)信號分量構成的QMBOC信號為研究對象，根據各影響因素下I、Q支路等效基帶信號表達式，研究結果如下。

1)仿真直流偏置影響因素下I/Q失真模型，等效基帶信號失真因子參數如表1所示。

表1 直流偏置影響因素下失真因子參數

根據式(2)、(3)，以QMBOC信號中BOC(1，1)信號分量為例，直流偏置影響因素下碼片時域波形如圖7(a)所示，對比存在直流偏置影響因素和經濾波器輸出的BOC(1，1)信號SCB、SCS、星座圖、QMBOC信號功率譜密度，仿真結果分別如圖7(b)、7(c)、7(d)、7(e)所示。

圖7 直流偏置影響因素下導航信號性能

在直流偏置影響因素下，量化I/Q失真信號與經濾波器輸出導航信號調制性能及相關性能，結果如表2所示。

表2 直流偏置影響因素下量化分析結果

根據圖7及表2所示，直流偏置影響因素造成接收信號幅度改變，導致星座圖幅度發散，接收信號I/Q正交性發生畸變。由不同相關間隔下得到的SCB、SCS偏差值、QMBOC信號功率譜偏差值可知，仿真條件下直流偏置影響因素對碼跟蹤精度的影響較小。直流偏置影響因素下導航信號跟蹤結果如圖8所示。

圖8 直流偏置影響因素下PLL跟蹤抖動

根據式(24)，對圖8(b)所示的PLL跟蹤抖動差值進行一階擬合。一段跟蹤時間后，直流偏置引起PLL跟蹤抖動差值穩定在±2×10-5Hz范圍內。

2)仿真本振泄漏影響因素下I/Q失真模型，等效基帶信號失真因子參數如表3所示。

表3 本振泄漏影響因素下失真因子參數

根據式(5)、(6)，以QMBOC信號中BOC(1，1)信號分量為例，本振泄漏影響因素下碼片時域波形如圖9(a)所示，對比存在本振泄漏影響因素和經濾波器輸出BOC(1，1)信號SCB、SCS、星座圖、QMBOC信號功率譜密度，仿真結果分別如圖9(b)、9(c)、9(d)、9(e)所示。

圖9 本振泄漏影響因素下導航信號性能

在本振泄漏影響因素下，量化I/Q失真信號與經濾波器輸出導航信號調制性能及相關性能，結果如表4所示。

表4 本振泄漏影響因素下量化分析結果

根據圖9及表4所示，本振泄漏產生的頻率分量波形附加在BOC(1，1)信號分量碼片時域波形上，碼片幅度呈周期性變化，導致星座圖發散且相位出現角度的偏差，反映本振泄漏引起I/Q正交不平衡。由不同相關間隔下得到的SCB、SCS偏差值、QMBOC信號功率譜偏差值可知，仿真條件下本振泄漏對碼跟蹤精度造成影響。本振泄漏影響因素下導航信號跟蹤結果如圖10所示。

圖10 本振泄漏影響因素下PLL跟蹤抖動

根據式(24)，對圖10(b)所示的PLL跟蹤抖動差值進行一階擬合。觀測一段累積時間內的PLL跟蹤抖動差值情況，本振泄漏影響因素引起的PLL跟蹤抖動差值穩定在±0.03Hz范圍內。

3)仿真I/Q失配影響因素下I/Q失真模型，等效基帶信號失真因子參數如表5所示。

表5 I/Q失配影響因素下失真因子參數

根據式(7)、(8)，以QMBOC信號中BOC(1，1)信號分量為例，I/Q失配影響因素下碼片時域波形如圖11(a)所示，對比存在I/Q失配影響因素和經濾波器輸出BOC(1，1)信號SCB、SCS、星座圖、QMBOC信號功率譜密度，仿真結果分別如圖11(b)、11(c)、11(d)、11(e)所示。

圖11 I/Q失配影響因素下導航信號性能

在I/Q失配影響因素下，量化I/Q失真信號與經濾波器輸出導航信號調制性能及相關性能，結果如表6所示。

表6 I/Q失配影響因素下量化分析結果

根據圖11及表6所示，I/Q失配影響因素造成接收信號碼片幅度壓縮失真且相位失配引起BOC(6，1)信號分量部分映射到BOC(1，1)信號分量，導致星座圖幅度改變且相位出現角度偏差，接收信號I/Q正交性發生畸變。由不同相關間隔下得到的SCB、SCS偏差值、QMBOC信號功率譜偏差值可知，仿真條件下I/Q失配影響碼跟蹤精度。I/Q失配影響因素下導航信號跟蹤結果如圖12所示。

圖12 I/Q失配影響因素下PLL跟蹤抖動

利用式(24)，對圖12(b)所示的PLL跟蹤抖動差值進行一階擬合。一段累積時間內，I/Q失配影響因素引起的PLL跟蹤抖動差值穩定在(-0.3，0.05)Hz范圍內。

4)仿真諧波分量影響因素下I/Q失真模型，等效基帶信號失真因子參數如表7所示。

表7 諧波分量影響因素下失真因子參數

根據式(10)、(11)，以QMBOC信號中BOC(1，1)信號分量為例，諧波分量影響因素下碼片時域波形如圖13(a)所示，對比存在諧波分量影響因素和經濾波器輸出BOC(1，1)信號SCB、SCS、星座圖、QMBOC信號功率譜密度，仿真結果分別如圖13(b)、13(c)、13(d)、13(e)所示。

圖13 諧波分量影響因素下導航信號性能

在諧波分量影響因素下，量化I/Q失真信號與經濾波器輸出導航信號調制性能及相關性能，結果如表8所示。

表8 諧波分量影響因素下量化分析結果

根據圖13及表8所示，諧波分量影響因素造成接收BOC(1，1)信號分量碼片幅度附加周期性諧波分量，導致接收信號與本地復現信號不匹配，星座圖存在發散現象。由不同相關間隔下得到的SCB、SCS偏差值、QMBOC信號功率譜偏差值可知，仿真條件下諧波分量對碼跟蹤精度造成影響。諧波分量影響因素下導航信號跟蹤結果如圖14所示。

圖14 諧波分量影響因素下PLL跟蹤抖動

根據式(24)，對圖14(b)所示的PLL跟蹤抖動差值進行一階擬合。在諧波分量影響因素下，一段累積時間內的PLL跟蹤抖動差值穩定在(-3.5×10-5，2.1×10-5)Hz范圍內。

5)仿真相位噪聲影響因素下I/Q失真模型，等效基帶信號失真因子參數如表9所示。

表9 相位噪聲影響因素下失真因子參數

根據式(12)、(13)，以QMBOC信號中BOC(1，1)信號分量為例，相位噪聲影響因素下碼片時域波形如圖15(a)所示，對比存在相位噪聲影響因素和經濾波器輸出BOC(1，1)信號SCB、SCS、星座圖、QMBOC信號功率譜密度，仿真結果分別如圖15(b)、15(c)、15(d)、15(e)所示。

圖15 相位噪聲影響因素下導航信號性能

在相位噪聲影響因素下，量化I/Q失真信號與經濾波器輸出導航信號調制性能及相關性能，結果如表10所示。

表10 相位噪聲影響因素下量化分析結果

根據圖15及表10所示，相位噪聲影響因素造成接收信號碼片幅度由于相位噪聲的累加發生畸變，呈現一定波形幅度的變化，導致星座圖出現發散現象。由不同相關間隔下得到的SCB、SCS偏差值、QMBOC信號功率譜偏差值可知，仿真條件下相位噪聲影響因素對碼跟蹤精度的影響較大。相位噪聲影響因素下導航信號跟蹤結果如圖16所示。

圖16 相位噪聲影響因素下PLL跟蹤抖動

根據式(24)，對圖16(b)所示的PLL跟蹤抖動差值進行一階擬合。跟蹤累積時間內，PLL跟蹤抖動差值在(1.2，1.6)Hz范圍內，且呈一定程度的上升趨勢。

7 結束語

本文研究了直接正交上變頻方式中存在的直流偏置、本振泄漏、I/Q失配、諧波分量、相位噪聲五個非理想因素對導航信號性能產生的影響，建立了I/Q失真分析模型，仿真分析了不同非理想因素下導航信號相關域、頻域、時域、調制域產生的畸變情況以及載波跟蹤性能。研究結果表明，不同非理想因素均使得接收信號碼片時域波形失真，引起相關曲線扭曲變形，產生相關損耗及SCB；相比其它非理想因素，仿真條件下相位噪聲造成接收BOC(1，1)信號SCB在相關間隔為0.2chips時可達28.98ns，且在相關間隔為0.66chips時SCS偏差為61.19，碼跟蹤精度較差，接收信號抗干擾能力較弱，為提高導航信號測距精度，高靈敏度及高精度載波跟蹤環設計需要考慮累積時間內相位噪聲引起的PLL跟蹤抖動累加情況，建議采用較小的相關間隔；仿真條件下，直流偏置、本振泄漏、I/Q失配、諧波分量影響因素引起的PLL跟蹤抖動差值在較小的范圍內，相位噪聲影響PLL跟蹤抖動差值的量級最大，可達1.6Hz左右且呈一定的上升趨勢。本文研究結果對優化導航信號上變頻結構，提高導航信號性能有重要意義，可作為導航衛星載荷射頻通道正交上變頻結構設計參考。