科技成果

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成果名称: 北斗全球系统试验卫星工程下行信号体制、系统时间体制验证方案论证

成果登记号: 9612018Y0180

第一完成单位: 中国科学院国家授时中心

联 系 人: 张雪芳

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 电子信息

应用行业: 科学研究和技术服务业

成果简介:

试验卫星工程信号体制集成了目前最新的信号体制研究结果,广泛的使用TDDM-BOC、MBOC、AltBOC、TD-AltBOC等BOC调制体制,利用副载波可以将频谱分裂到中心频率的两侧,提高了频谱的利用率,利用BOC相关峰的尖锐性,可以有效地提高码相位跟踪精度,抗多径能力和伪距测量精度。同时,由于导航载荷是功率受限、通道带宽受限系统,在设计上需要在同一个频点上调制多路的信号或进行多幅度多相位的高阶导航信号调制使试验卫星工程信号复杂度远远大于现有的BPSK信号。与北斗区域系统BPSK信号相比,试验卫星工程信号具有占用带宽大、单频点多分量以及复杂波形调制等特点,必然对卫星有效载荷平台的信号发射功率、幅度平衡性、严格的码间相位关系、调制波形实现、射频兼容性、宽带射频非线性、宽带增益平坦度、宽带群时延平坦度、通道时延一致性等诸多方面提出了新要求,并且空间传输链路的通带特性对宽带信号影响也需要进一步的分析和验证。了解各因素对相应数据和信号质量指标变动的影响程度,发现引起误差的原因,有助于定位系统设计问题、排除设备使用中可能的故障,有利于系统质量的分析、控制。

依托GNSS空间信号质量评估系统,以试验卫星工程下行信号为主要对象,针对试验卫星发播的平稳过渡信号(B1I、B3I\Q)和全球信号(B1、B2、B3和S频段),利用高增益天线系统测试下行信号功率、谐波与杂波抑制、基带信号波形、信号功率谱特性、信号调制误差、信号相关曲线性能、频间/频内各支路信号测距码相位相对一致性和载波与测距码相位相对一致性等信号质量关键指标,验证下行导航信号质量是否符合信号体制设计及ICD指标要求,描述导航信号出现的异常现象,配合大系统完成异常现象排查,协助大系统分析异常发生的原因。

本课题开展了下行信号质量监测评估的总体论证工作,形成了试验验证方案。方案涵盖了试验大纲中要求的信号质量监测评估内容,形成了试验卫星工程下行信号质量监测评估项目体系,为后续的下行信号质量监测评估工作提供了依据文件。另外,项目组在制定试验方案期间,解决了两项关键技术:

(1)信号质量评估试验技术

试验卫星下行信号体制包括北斗二号一期、平稳过渡和全球信号,试验卫星信号具有新型调制方式(TMBOC+BOC、BOC(14,2)、TDDM-BOC(14,2)、AltBOC、TD-AltBOC)、占用带宽大、同频点多分量信号多路复用,导频与数据分离、电文编码等新技术。其验证评估要素及评估指标体系与原有BPSK信号验证与评估体系相比较,具有评估指标更加丰富、计算复杂度、参数精度要求高等特点。

在本方案中建立了信号质量试验指标8大项,每项内容中包含若干细项。大部分指标可找到相应明确的验证与评估指标,其它指标需要在信号设计论证及地面测试中提取。因此,需要在试验过程中,从系统建设和服务性能角度建立起下行信号的质量评估方法,并充分结合信号体制设计要点、信号发射性能、对外服务承诺指标及观测系统测量指标等,建立起完备、可信的信号质量评估指标体系,实现信号功率、频谱特性、时域特性、调制特性、相关特性、测距性能等指标评估。

(2)新体制宽带导航信号精密处理与误差修正技术

1)导航信号精密处理技术

由于新型导航信号具有调制复杂、占用带宽大等特点,因此需要高信噪比、高精度、高采样率的数据采集设备实现信号采集处理。利用信号处理技术实现信号的I/Q支路波形恢复,完成信号纳秒级码片波形的时域分析;星座图迹线及眼图迹线可分析信号码片并可统计分析翻转边缘特性;利用高精度的GNSS软件接收机实现细致化的毫秒级伪距等观测数据输出,可分析信号瞬时伪距观测量的变化。

2)在线通道校准技术

天线、射频通道、数据采集设备和测量仪器都将影响GNSS空间信号质量监测评估中各个观测量输出结果的精度。为保证信号质量观测数据的准确性,观测结果中必须扣除自身设备的因素。因此,在系统设计过程中考虑了系统接收通道的多个环路校准功能,如:矢量网络分析仪校准通道和信号产生器校准通道,并利用实测数据分析各个模块的测量不确定度等参数。