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随着航天科技的快速发展,保证导航系统的完好性已经成为导航技术中的前沿热门课题,而有害波形检测则是完好性系统中信号质量检测的重要组成部分。本文从完好性局域增强系统中的有害波形检测技术出发,适应完好性监测的实施场景从地面转向空间的发展趋势,提出了利用在星上自主完好性监测系统上进行有害波形检测的技术。本文的主要工作体现在以下几点:
(1)分析了卫星导航系统有害波形的时频特性与产生来源。以此为基础,推导得出了ICAO推荐的二阶模型的相关函数。分析其应用于有害波形检测的性质,进一步得到了PSK调制和BOC调制下导航信号有害波形对系统测距与定位的影响规律。
(2)提出了与多相关器地基检测技术相对等的,适用于星上SAIM系统的有害波形检测方案。该方案将相关次数降低为1次,减弱了算法对捕获跟踪模块的依赖性,提高了检测速度与动态应力。仿真结果表明,相对地基检测技术,星上有害波形检测的检测概率与检测速度都有较大提高。
(3)根据星上信号C/N0≥60dB-Hz的高载噪比条件,本文突破了以往利用相关函数对有害波形只能进行定性检测的局限,提出了利用ICAO二阶模型相关函数的一阶差分进行有害波形参数估计的方法,通过理论与仿真证明了无须码跟踪环的校准,直接对接收信号与本地扩频码的相关函数求差分的方法即可完成参数估计。
(4)针对卫星导航信号有害波形的ICAO二阶模型的下降沿畸变量△、振荡阻尼因子σ与振荡频率fd三个参数,分别提出了差分函数零点扫描,包络检波与FFT的方法进行参数估计,以完成有害波形检测。仿真结果表明,通过补零与内插,二阶模型的振荡频率fd阻尼系数σ的检测精度可以达到95%。
(5)针对(3)中的理论分析,并利用(4)中的参数估计技术,提出了独立于码环的有害波形检测结构,并根据星上信号的载噪比要求推导了检测的门限,将有害波形的参数估计与存在性判决纳为一体,为星上自主完好性监测系统的实现提供了技术参考。