衛(wèi)星導航系統(tǒng)星載擴頻接收機關鍵技術研究.pdf

1、星載導航接收機是全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)衛(wèi)星有效載荷的重要組成部分，可用于上行注入信號接收和星間鏈路信號接收。由于受限于器件和空間環(huán)境、可靠性的約束，其研制難度遠大于地面應用的接收機，其中硬件資源與高性能、高可靠性、實時性的矛盾尤為突出。本文圍繞星載接收機資源強約束下的前端優(yōu)化設計、有限字長效應、高精度載波跟蹤、空間存儲器抗輻照展開研究。
　　本研究主要內容包括：⑴針對擴頻信號的模數(shù)轉換時的無失真采樣和最優(yōu)量化問題，建立了濾波、采樣和量化

2、綜合作用下的解擴輸出模型，在分析采樣時鐘頻率偏移和抖動以及量化對解擴輸出性能影響的基礎上，推導得到濾波、采樣和量化作用下解擴輸出信噪比定量的解析關系，揭示了三種因素對解擴輸出性能的影響。通過理論分析和仿真實驗表明了解析公式的正確性。研究成果為接收機前端的優(yōu)化設計奠定了理論基礎。⑵針對輸入信號字長效應對數(shù)字信號處理性能影響的問題，建立了接收機中非線性信號處理的通用模型，分析輸入有限字長偽碼捕獲、載波跟蹤、偽碼跟蹤等模塊輸出性能的影響，在此

3、基礎上提出了基于改進蟻群算法的最優(yōu)字長設計方法。得到在滿足性能要求前提下，系統(tǒng)代價最小的各組成模塊字長設計方案。研究結果為接收機中的字長優(yōu)化設計提供理論依據。⑶針對星載接收機鎖相環(huán)路高精度跟蹤與資源強約束的問題，分別提出了基于相位預壓縮的點積鑒相器設計與基于坐標旋轉數(shù)字計算原理的反正切鑒相器設計方法。改進的鑒相器將收斂區(qū)間擴大1倍，有效提高了線性鑒相范圍和環(huán)路跟蹤精度，改進的實現(xiàn)方法較傳統(tǒng)方法，在相同的誤差精度下（≤2-8），收斂時間約

4、提高3倍，在相同的迭代次數(shù)下（8次），精度約提高30倍。⑷針對空間單粒子效應導致的存儲器瞬時錯誤問題，推導出多因素影響下的存儲器系統(tǒng)平均無故障時間和可靠性公式。提出了一種基于編碼復雜度、存儲容量、刷新間隔等因素加權的多目標優(yōu)化算法。通過對編碼方式、刷新間隔、糾錯能力和存儲器容量等因素對系統(tǒng)平均無故障時間的影響分析，得到滿足系統(tǒng)可靠性要求的最優(yōu)代價函數(shù)的設計策略。理論分析與仿真結果表明，降低刷新時間間隔和增加編碼的糾錯能力均能有效提高存儲

5、器的可靠性；糾錯能力不變時，采用的編碼方式對可靠性有影響；要得到滿足可靠性要求的最優(yōu)實現(xiàn)方案必須綜合考慮以上因素對實現(xiàn)代價的影響。研究成果為存儲器抗輻照的最優(yōu)工程設計提供了理論指導。⑸針對空間輻照環(huán)境下存儲器以字節(jié)為單位存取時的多位翻轉問題，設計了一種基于（13,8）循環(huán)碼構成的（26,16）交織碼，能糾正小于二位隨機錯誤和四位突發(fā)錯誤，相比傳統(tǒng)糾一位隨機錯誤的（13,8）循環(huán)碼，在資源占用和編譯碼延時基本相同的情況下，具有更強的糾錯能

6、力。針對存儲器以塊為單位存取時的多位翻轉問題，改進了一種n1行n2列的A(n1，n2,1)乘積碼，采用對角線間隔為1的方式傳輸，相比使用相同循環(huán)碼進行n1次交織形成的交織碼，具有減少1個譯碼器資源和增加糾正n1?1個突發(fā)錯誤的優(yōu)點，適用于硬件資源和實時性約束強的應用場合。⑹基于空間無線電通信系統(tǒng)的架構，設計并實現(xiàn)了XX衛(wèi)星導航系統(tǒng)星載上行擴頻接收機，整機測試和在軌運行結果表明，接收機在功耗、可靠性、測距性能上均達到并超越設計指標要求。同