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1、沈阳理工大学硕士学位论文BOC信号机理及其检测技术研究姓名：宁鹏申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：冯永新20091201沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 为适应新一代导航系统现代化的发展需求，提高新一代导航信号的抗干扰能力和导航精度，新一代导航信号在原有直接序列扩频的基础上，加入 BOC 调制处理。BOC 调制信号将原集中于载频中心的信号能量分裂至以载频为中心的两侧，增强了信号的抗干扰能力。BOC 信号在新一代导航系统中的应用，提高了系统的健壮性和保密性。而检测技术能够对信号解调提供帮助，还可以对信息的高速处理、电子侦察、信息对抗等提供支持。因此，为进一步确立导航信息控制优势，增
2、强空天信息控制能力，本文提出针对 BOC 调制信号检测方法研究。 目前，国内外对直扩信号的检测提出了多种方法，这些方法都有一定的适应性，具有在某一方面的优点。不同的方法可以对不同的信号参数做出有效的估计。有的方法对信号某个参数估计非常有效，但有可能计算复杂度和计算量很大。而且这些方法都还面临如何实现更低的信噪比容限，以适应对淹没在噪声中信号参数的估计等问题。与直扩信号相比，BOC 信号的检测方法研究相对较少，相关文献也不是很多。为此，在深入研究 BOC 信号的特性并结合传统直扩信号的检测算法，本文提出了基于 BOC 调制技术的峰间距离检测法、直线方程检测法，并结合BOC 信号的相关性改进了自相
3、关积累检测算法。 软件仿真结果表明，峰间距离检测法、直线方程检测法以及自相关积累检测算法实现简单，并能够有效的对 BOC 调制信号的载波频率、副载波频率和码速进行检测。 进一步，在分析 BOC 信号产生机理的基础上，为增强信号源的实用性，进行基于 FPGA 的 BOC 调制信号产生模块的设计，从而为 BOC 检测算法的验证提供输入信号。 关键词：检测，BOC 调制，载波检测，码速估计，FPGA 沈阳理工大学硕士学位论文 Abstract In order to meet a new generation of navigation systems modern developmental de
4、mand, enhancing the new generation of navigation signals, anti-jamming capability and navigation accuracy, a new generation navigation signals which based on the original direct-sequence spread spectrum appended the BOC modulation. BOC modulated signal made the original signal energy which focused o
5、n the center carrier frequency splitting to the both sides of the carrier frequency to enhance the signal anti-jamming capability. The BOC signals application of the next generation navigation system improved systems robustness and the security. The detection technology could not only help the signa
6、l demodulation, but also provide technology support to high-speed information processing, electronic reconnaissance, and information countermeasure. Therefore, in order to further establish the control advantages of navigation information and enhance air and spaces control capabilities of informatio
7、n, The BOC modulated signal detection had been presented by the article. At present, great deal of methods of DS signal detection had been mentioned by many countries. These methods had certain compatibility and advantages. Different methods to the different signal parameters made an effective estim
8、ate. Some signals to the parameter estimation method were very effective, but possibly had to calculate a great deal of complexity and computing. And these methods were still faced with how to achieve a lower signal-to-noise ratio allowance to meet the signals parameter estimation and other issues.
9、To compare to the DS, scarcely of any methods of BOC signal detection had been studied, either relevant literatures. Therefore, on the basis of deep researching the characters of BOC signal, and combining the traditional methods of DS signal detection, based on the BOC modulating technology, peak sp
10、ace detection, linear equation detection and the correlative accumulation detection had been proposed by this article. 沈阳理工大学硕士学位论文 The result of simulation indicated that peak space detection, linear equation detection and correlative accumulation detection implemented simply and were efficient to
11、detect the frequency of carrier and subcarrier, and the speed of code. Furthermore, based on the analysis of the BOC signal generation mechanism, and enhancing the practicality of the signal resource, the BOC modulated signal generator module had been designed, which was based on FPGA technology. An
12、d the signal generator module supplyed the input signal to verify the BOC detection algorithm effective. Key words: Detection, BOC Modulation, Carrier Detection, Codes Speed Estimate, FPGA 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任
13、何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字） ： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期：
14、日 期： 第 1 章 绪 论 - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的目的及意义 卫星导航系统及其产业化发展正经历着重大转变：首先，从单一的全球定位系统时代发展为多星座共存兼容的 GNSS 新时代，形成卫星导航系统的全球化和多模化。其次，从经营与销售应用产品为主体过渡到以运营服务为主体的新格局，实现了应用的规模化和服务的大众化。第三，从以卫星导航为主体发展为以定位、导航、授时以及移动通信和因特网等信息产业相融合的新局面，实现了信息融合化和产业一体化。这几种变革的直接结果是使信息产业应用领域的扩大以及应用规模跃升。最终使大众化市场和产业化服务迅速形成。世界上现有的导航系统包括 BD-2
15、、GPS、GLONASS、GALILEO 四大系统 100 余颗卫星在天空中盘旋。其中以 GPS 与 GALILEO 系统尤为突出1。 伴随着伽利略系统第一颗试验卫星的发射，标志着欧盟设计的下一代卫星定位导航系统全面进入在轨试验阶段。与 GPS 卫星导航系统和 GLONASS 系统的对比分析可知，这个完全面向于民用设计的系统定位精度更高，定位服务更好以及应用场合更具多元化。伽利略系统所采用的导航信号是多种调制方式共存的。在 5个频段上有 BPSK 调制、BOC 调制、AltBOC 调制等多种调制方式。其中 BOC 调制方式是最常用和关键的一种。典型的反向不归零信号 90%以上的能量集中于载波频
16、率的附近，而 BOC 信号在伪随机码经过扩频后又与方波副载波进行调制，完成了频谱向中心频率两边的搬移，从而导致其自相关过程中多个副瓣峰值的存在，并且副瓣峰值的个数与副载波频率和码速的比值有关2。 与伽利略系统的设计类似， 美国的 GPS 导航系统也采用了 BOC 调制方式。 在美国 GPS 现代化发展过程中,新增添的 M 码军用信号实现了军用信号与民用信号的彻底分离,不需民用信号引导即可直接访问 M 码军用信号,这样就提高了军用信号的安全性和鲁棒性。 另外, GPS 卫星导航系统实现了信号发射功率的可重新分配,能够拒绝、阻断敌方使用。所以，新的 M 码军用信号是美国实现导航战战略的重要手段之一。该信号采用 BOC 调制，并与前向误差控制技术相结合，使其数据信沈阳理工大学硕士学位论文 - 2 - 息在位速率、内容、与结构等方面具有相当大的灵活性。它使不同的轨道平面、卫星,甚至同一颗卫星的不同载波可以配置不同的数据信息,从而实现相当高的操作灵活性，保证 GPS 军用服务的
