窄帶干擾信號(hào)對(duì)北斗三號(hào)B2信號(hào)質(zhì)量的影響

王鵬博,賀成艷,楊倩倩,佟文華

(1. 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心, 陜西 西安 710600; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)微電子學(xué)院, 北京 101408;3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)電子電氣與通信工程學(xué)院, 北京 101408)

0 引 言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)空間信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣決定了整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的極限,是影響定位、測(cè)速和授時(shí)(position, velocity, timing, PVT)性能的關(guān)鍵因素。然而,導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量在產(chǎn)生、傳輸和接收的每個(gè)環(huán)節(jié)均可能發(fā)生惡化,導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、可靠性、連續(xù)性、完好性都將受到威脅,直接影響系統(tǒng)的服務(wù)性能。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,空間電磁環(huán)境日趨復(fù)雜,人們對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)PVT精度需求越來(lái)越高。然而地面實(shí)際接收到的信號(hào)功率非常微弱,當(dāng)有用信號(hào)的功率完全淹沒(méi)于強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí),可能會(huì)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量造成很大影響,進(jìn)而引起測(cè)距誤差,影響用戶(hù)定位精度,因此干擾問(wèn)題對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響不容忽視。

影響導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾信號(hào)分為欺騙干擾和壓制干擾兩種,根據(jù)干擾及導(dǎo)航信號(hào)頻譜寬度的相對(duì)大小,可將干擾分為單音干擾、窄帶干擾和寬帶干擾。窄帶干擾是指干擾信號(hào)所占帶寬小于導(dǎo)航信號(hào)帶寬的10%,否則認(rèn)為是寬帶干擾。窄帶干擾相比于寬帶干擾的突出特點(diǎn)是頻域集中,干擾功率集中在較小的頻段內(nèi),易操作且影響效果顯著,是空間環(huán)境中最常見(jiàn)的干擾類(lèi)型,因此本文主要研究窄帶干擾對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。

目前已有很多文獻(xiàn)研究干擾對(duì)接收機(jī)性能的影響:受干擾環(huán)境影響,接收機(jī)的捕獲和跟蹤能力將會(huì)降低,接收機(jī)的量化損耗會(huì)顯著增加,并與干擾功率呈正相關(guān)。文獻(xiàn)[9-10]分析了連續(xù)波和脈沖干擾信號(hào)對(duì)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS) L1 C/A信號(hào)載噪比的影響。文獻(xiàn)[11]重點(diǎn)分析了伽利略信號(hào)對(duì)窄帶干擾的魯棒性。文獻(xiàn)[12]認(rèn)為窄帶干擾下伽利略1信號(hào)比GPS L1 C/A信號(hào)具有更好的跟蹤性能。文獻(xiàn)[13]研究分析窄帶和寬帶干擾信號(hào)對(duì)民用L1/E1信號(hào)的影響,指出在某些干擾情況下傳統(tǒng)的GPS L1 C/A信號(hào)譜線(xiàn)密度較低,比現(xiàn)代信號(hào)具有更高的可用性。文獻(xiàn)[14]指出軟件接收機(jī)能夠在干信比(jamming to signal ratio, JSR)高達(dá)45 dB的情況下依舊保持跟蹤回路。針對(duì)干擾問(wèn)題對(duì)信號(hào)質(zhì)量信號(hào)層的時(shí)域、頻域、相關(guān)域等影響的研究較少。文獻(xiàn)[2]研究分析了干擾對(duì)GPS L1的影響,指出干擾會(huì)引起碼抖動(dòng)及S曲線(xiàn)失真,導(dǎo)致測(cè)距誤差。文獻(xiàn)[15-16]對(duì)比了單音干擾、多音干擾、部分頻帶干擾對(duì)北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)功率值、星座圖、相關(guān)損耗的影響,但是沒(méi)有結(jié)合北斗空間信號(hào)接口文件(interface control document, ICD)規(guī)定指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)影響程度進(jìn)行評(píng)估,部分頻帶干擾中沒(méi)有區(qū)分寬帶干擾與窄帶干擾,缺少干擾信號(hào)強(qiáng)度變化對(duì)信號(hào)質(zhì)量及其測(cè)距性能的影響研究。

2020年7月31日,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)BDS-3)正式開(kāi)通,標(biāo)志著我國(guó)北斗事業(yè)進(jìn)入全球服務(wù)新時(shí)代。BDS-3 B2信號(hào)新增播發(fā)B2a信號(hào),采用非對(duì)稱(chēng)恒包絡(luò)二進(jìn)制偏移載波(asymmetric constant envelope binary offset carrier, ACEBOC)調(diào)制,相比于老信號(hào)結(jié)構(gòu)更靈活,分量更多,帶寬更寬,對(duì)空間信號(hào)質(zhì)量提出了新的挑戰(zhàn)及更高的要求。本文對(duì)B2新信號(hào)及窄帶干擾信號(hào)仿真建模,結(jié)合文獻(xiàn)[17-18]中提出的信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法,對(duì)比ICD對(duì)信號(hào)質(zhì)量指標(biāo)做出的要求,重點(diǎn)研究窄帶干擾信號(hào)中頻、帶寬及JSR參數(shù)變化對(duì)BDS-3 B2信號(hào)質(zhì)量頻域、相關(guān)域的影響情況和變化趨勢(shì),再結(jié)合昊平觀測(cè)站的40 m大口徑高增益天線(xiàn)采集窄帶干擾下的實(shí)測(cè)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

1 BDS-3 B2頻點(diǎn)信號(hào)特性

1.1 B2頻點(diǎn)信號(hào)基本結(jié)構(gòu)

北斗B2頻點(diǎn)信號(hào)采用ACEBOC調(diào)制方式,載波頻率為1 191.795 MHz,B2信號(hào)由B2a和B2b兩路信號(hào)構(gòu)成,其中B2a載波為1 176.45 MHz,B2b載波為1 207.14 MHz,兩個(gè)信號(hào)帶寬均為20.46 MHz,B2信號(hào)總帶寬為51 MHz。其中B2a為ACEBOC(B2a/b) 的下邊帶,采用正交相移鍵控(quadrature phase shift keying, QPSK)調(diào)制;B2b為B2的上邊帶,其正交分量B2bI和B2bQ均采用二進(jìn)制相移鍵控(binary phase shift keying, BPSK)調(diào)制,B2各支路信號(hào)的功率比為5∶5∶4∶4。根據(jù)ICD定義,兩路信號(hào)的基本參數(shù)如表1所示。

表1 B2信號(hào)結(jié)構(gòu)

1.2 B2信號(hào)生成

B2信號(hào)生成原理如圖1所示。

圖1 B2信號(hào)生成圖Fig.1 B2 signal generation organigram

數(shù)據(jù)分量中待傳輸?shù)膶?dǎo)航電文信息通過(guò)偽碼進(jìn)行擴(kuò)頻,再與導(dǎo)頻分量通過(guò)ACEBOC調(diào)制器分配到載波上,經(jīng)高功率放大器(high power amplifier, HPA)輸出即可得到B2信號(hào)。其中,B2b用于數(shù)據(jù)傳輸,B2a用于導(dǎo)航,且可與Galileo E5a和GPS L5實(shí)現(xiàn)互操作,所以本文重點(diǎn)研究窄帶干擾對(duì)B2a新信號(hào)的影響,B2a信號(hào)建模如下。

B2a信號(hào)由數(shù)據(jù)分量B2a_data和導(dǎo)頻分量B2a_pilot構(gòu)成,兩者均采用BPSK(10)的調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)制,可將信號(hào)表示為經(jīng)載波調(diào)制后的帶通信號(hào):

(1)

式中:為信號(hào)載波頻率;為信號(hào)功率;()為數(shù)據(jù)分量,由導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)()和測(cè)距碼()調(diào)制而成;導(dǎo)頻分量()僅包括測(cè)距碼()。

2 窄帶干擾信號(hào)建模

本文采用BPSK信號(hào)通過(guò)銳截止濾波器得到窄帶干擾信號(hào),對(duì)其建模如下:

(2)

式中:表示窄帶干擾功率;表示窄帶干擾頻率;表示窄帶干擾中心頻率;()表示窄帶干擾信號(hào)偽碼;為窄帶干擾帶寬。

接收機(jī)接收到干擾下的B2信號(hào)可表示為

(3)

調(diào)整、、就可以分別調(diào)整干擾信號(hào)的功率、帶寬和中頻。可見(jiàn)干擾部分位于信號(hào)功率譜的頂部,因此為了表征干擾信號(hào)和導(dǎo)航信號(hào)相對(duì)功率強(qiáng)度,以JSR作為度量指標(biāo),表達(dá)式為

(4)

本文主要研究的是、、JSR 3個(gè)參數(shù)的變化對(duì)B2信號(hào)質(zhì)量的影響。

3 信號(hào)質(zhì)量評(píng)估參數(shù)

信號(hào)質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)主要包括時(shí)域、頻域、相關(guān)域、調(diào)制域。其中,合成功率譜偏差是評(píng)估頻域的重要項(xiàng),是信號(hào)失真最直觀的體現(xiàn)之一。相關(guān)損耗直接引起信號(hào)接收功率下降,信號(hào)載噪比降低,進(jìn)而影響用戶(hù)的測(cè)距精度。S曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)偏差(S-curve offset biases, SCB)是衡量導(dǎo)航載荷失真引起的測(cè)距誤差的關(guān)鍵指標(biāo),反映導(dǎo)航信號(hào)測(cè)距定位性能,信號(hào)失真時(shí),相關(guān)函數(shù)變形,使得鑒相函數(shù)產(chǎn)生畸變,導(dǎo)致接收機(jī)超前-滯后碼跟蹤產(chǎn)生相應(yīng)的跟蹤誤差。所以本文主要從功率譜、相關(guān)損耗、S曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)偏差3個(gè)方面對(duì)受窄帶干擾的BDS-3 B2信號(hào)進(jìn)行評(píng)估。

3.1 功率譜偏差

采用Welch周期圖法來(lái)評(píng)估BDS信號(hào)功率譜,設(shè)導(dǎo)航信號(hào)為(),分段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為,則導(dǎo)航信號(hào)功率譜可表示為

(5)

在確保功率譜分辨率相同并優(yōu)于1 kHz情況下,將實(shí)際信號(hào)功率譜與理論信號(hào)功率譜相減,在指定的帶寬內(nèi)計(jì)算功率譜殘差,通過(guò)分析功率譜殘差曲線(xiàn)特性可反映出信號(hào)畸變帶來(lái)的頻域影響。

3.2 相關(guān)域

導(dǎo)航信號(hào)相關(guān)函數(shù)常作為信號(hào)質(zhì)量評(píng)估的重要內(nèi)容。相關(guān)函數(shù)主要在信號(hào)跟蹤過(guò)程中,得到載波頻率和為碼相位,對(duì)接收的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行載波剝離和多普勒去除,得到兩路正交基帶信號(hào),使用互相關(guān)方程(cross correlation function, CFF)對(duì)基帶信號(hào)與本地參考碼進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算,而相關(guān)函數(shù)異常,則會(huì)導(dǎo)致偽距誤差。衛(wèi)星信號(hào)的相關(guān)函數(shù)曲線(xiàn)為

(6)

式中:表示實(shí)測(cè)衛(wèi)星信號(hào)測(cè)距碼;Re為本地接收機(jī)產(chǎn)生的理想復(fù)制碼;為相關(guān)積分時(shí)間,多采用測(cè)距碼周期。通過(guò)對(duì)比實(shí)測(cè)相關(guān)函數(shù)與理想相關(guān)函數(shù),分析實(shí)測(cè)相關(guān)函數(shù)的相關(guān)損耗,S曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)偏差,可以直觀地從相關(guān)峰的對(duì)稱(chēng)性和平滑性來(lái)判斷信號(hào)異常,評(píng)估接收到的受干擾衛(wèi)星信號(hào)在測(cè)距性能方面的影響。

321 相關(guān)損耗

相關(guān)損耗指的是同頻帶帶寬下實(shí)測(cè)信號(hào)與理想信號(hào)的功率差,表達(dá)式如下:

=max(20lg(CCF())

(7)

CL=CCF-CCF

(8)

式中:CCF表示實(shí)測(cè)信號(hào)功率,CCF表示理想信號(hào)功率,單位為dB;CL表示相關(guān)損耗,單位為dB。相關(guān)損耗值越大,信號(hào)相關(guān)峰峰值下降程度越嚴(yán)重。ICD中規(guī)定B2的相關(guān)損耗不超過(guò)06 dB。

322 SCB

理論上,接收機(jī)碼環(huán)鑒相曲線(xiàn)的過(guò)零點(diǎn),即碼環(huán)的鎖定點(diǎn),應(yīng)位于碼跟蹤誤差為零處,而實(shí)際上由于各種干擾的影響會(huì)引起碼環(huán)鎖定存在偏差,相關(guān)峰的對(duì)稱(chēng)性發(fā)生畸變,由于用戶(hù)接收機(jī)設(shè)置帶寬和相關(guān)器間隔之間的差異,會(huì)造成嚴(yán)重的測(cè)距誤差。

以具有代表性的非相干超前減滯后功率型鑒相器為例,設(shè)其相關(guān)器的超前-滯后間距為, S曲線(xiàn)的表達(dá)式為

(9)

S曲線(xiàn)偏差()滿(mǎn)足

((),)=0

(10)

則SCB表示為

SCB=max(())-min(())

(11)

4 干擾對(duì)B2信號(hào)質(zhì)量影響研究

4.1 仿真建模

本文依據(jù)第2和第3節(jié)內(nèi)容,仿真建模B2信號(hào)和干擾信號(hào),其中B2信號(hào)仿真的是BDS-3 偽隨機(jī)噪聲碼PRN=22的衛(wèi)星信號(hào),時(shí)長(zhǎng)為1.5 s,中頻為62.5 MHz,采樣率為250 MHz,干擾信號(hào)參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 干擾信號(hào)參數(shù)設(shè)置表

(1) 干擾中頻:選擇47.5 MHz及52.5 MHz頻點(diǎn)。圖2給出了未加干擾、干擾帶寬為4.092 MHz且JSR為12 dB條件下,不同干擾中頻的B2功率譜對(duì)比圖。

圖2 不同干擾中頻下的B2信號(hào)功率譜對(duì)比圖Fig.2 Comparison of the B2 signal power spectrum under interference of different center frequencies

(2) 干擾帶寬:B2信號(hào)帶寬為51 MHz,B2a信號(hào)帶寬為20.46 MHz。干擾信號(hào)帶寬選擇1.023 MHz、2.046 MHz、4.092 MHz,分別為B2信號(hào)帶寬的2%、4%、8%。圖3給出了干擾中頻為47.5 MHz且JSR為0 dB條件下,干擾帶寬分別為1.023 MHz、2.046 MHz、4.092 MHz以及未加干擾的B2功率譜對(duì)比圖。JSR為0 dB時(shí),導(dǎo)航信號(hào)和干擾信號(hào)功率相等,由于干擾帶寬較窄,所以即使干擾功率低于信號(hào)功率,干擾功率峰值仍然會(huì)高于信號(hào)峰值,所以仍能監(jiān)測(cè)到干擾,并且在相同干擾功率情況下,干擾功率譜峰值隨干擾帶寬增大而降低。

圖3 不同干擾帶寬下的B2信號(hào)功率譜對(duì)比圖Fig.3 Comparison of the B2 signal power spectrum under interference signals of different bandwidths

(3) JSR:本文仿真分析了JSR值分別為-15、-14、-13、-12、-9、-6、-3、0、3、6、9、12 dB時(shí)的窄帶干擾信號(hào)對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響情況。這里為了便于分析說(shuō)明,圖4僅給出了未加干擾、JSR為0 dB、3 dB和6 dB時(shí)的B2功率譜對(duì)比圖。從圖4中可以看出隨JSR增大, B2信號(hào)中疊加干擾信號(hào)處的功率譜峰值隨之增高。

圖4 不同JSR下的B2信號(hào)功率譜對(duì)比圖Fig.4 Comparison of the B2 signal power spectrum under interference signals of different JSRs

圖5給出了圖4條件下B2a的相關(guān)曲線(xiàn)對(duì)比圖。

圖5 不同JSR下的B2a相關(guān)曲線(xiàn)對(duì)比圖Fig.5 Comparison of the B2a branch correlation curve under interference signals of different JSRs

由圖5分析可得,未加干擾的相關(guān)峰值在橫坐標(biāo)為0時(shí)達(dá)到最高為1,干擾存在后,相關(guān)峰峰值下降,隨JSR增大,相關(guān)峰峰值下降幅度明顯加大,在JSR為6 dB時(shí),相關(guān)峰峰值最大值接近0.55,相關(guān)曲線(xiàn)受到很大影響,所以下一節(jié)我們將重點(diǎn)研究不同程度的干擾對(duì)信號(hào)質(zhì)量影響情況。

4.2 干擾對(duì)信號(hào)質(zhì)量影響仿真分析

4.2.1 功率譜偏差仿真分析

圖6是干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)功率譜偏差變化對(duì)比圖,圖中純色矩形條為干擾中頻為47.5 MHz時(shí)的評(píng)估結(jié)果,斜線(xiàn)矩形條為干擾中頻為52.5 MHz時(shí)的評(píng)估結(jié)果。

圖6 干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)功率譜偏差變化仿真對(duì)比圖Fig.6 Comparison of power spectrum bias assessment simulation results when center frequencies are 47.5 MHz and 52.5 MHz respectively

從圖6中可以看出:

(1) 干擾越接近主瓣中心處,對(duì)功率譜偏差影響越大。相同干擾帶寬,相同JSR條件下,干擾中頻為47.5 MHz比中頻為52.5 MHz的功率譜偏差最大差1 dB。

(2) 功率譜偏差受JSR影響較大。相同干擾中頻及帶寬條件下,JSR由-15 dB增大至12 dB,干擾信號(hào)功率譜峰值增高,功率譜偏差變化范圍從1.1～1.6 dB增大至16.7～20.5 dB,上升趨勢(shì)先平緩后逐漸陡峭,說(shuō)明隨JSR遞增,評(píng)估結(jié)果增幅逐漸加大。在帶寬為4.092 MHz條件下,JSR為12 dB時(shí)比JSR為9 dB時(shí)的功率譜偏差大4.2 dB,此時(shí)增幅相對(duì)較大,為圖6功率譜偏差結(jié)果中的最大增幅。

(3) 功率譜偏差受帶寬影響較大。相同干擾中頻及JSR條件下,干擾帶寬由1.023 MHz增大至4.092 MHz,干擾信號(hào)功率譜峰值降低,功率譜偏差隨之增大,且增長(zhǎng)趨勢(shì)先平緩后逐漸陡峭,增幅從0.1 dB增大到1.5 dB。

4.2.2 相關(guān)損耗仿真分析

JSR為-14 dB時(shí)相關(guān)損耗已經(jīng)接近指標(biāo)臨界值,因此為清晰地體現(xiàn)超差變化,圖7只給出截取臨界值附近的相關(guān)損耗變化對(duì)比圖。

圖7 干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)的相關(guān)損耗 變化仿真對(duì)比圖Fig.7 Comparison of correlation loss assessment simulation results when center frequencies are 47.5 MHz and 52.5 MHz respectively

從圖7中可以看出:

(1) 干擾越接近主瓣中心處,對(duì)相關(guān)損耗影響越大。相同干擾帶寬、相同JSR條件下,干擾中頻為47.5 MHz時(shí)比中頻為52.5 MHz時(shí)的相關(guān)損失最大差0.02 dB。

(2) 相關(guān)損耗受JSR影響較大。JSR為-14 dB時(shí),相關(guān)損耗在指標(biāo)范圍臨界處(規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)0.6 dB);JSR為-13 dB時(shí),相關(guān)損耗結(jié)果超差,且超差隨JSR增大而愈加嚴(yán)重。

(3) 相關(guān)損耗受干擾帶寬影響甚微。相同干擾中頻、相同JSR條件下,干擾帶寬增大,相關(guān)損耗各結(jié)果之間相差小于0.005 dB。

4.2.3 SCB仿真分析

SCB數(shù)值較小,因此圖8只給出干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)數(shù)值變化較明顯的SCB對(duì)比圖。

圖8 干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)的SCB變化 仿真對(duì)比圖Fig.8 Comparison of SCB assessment simulation results when center frequencies are 47.5 MHz and 52.5 MHz respectively

從圖8中可以看出:

(1) SCB結(jié)果未超差,但存在超差趨勢(shì)。

(2) 干擾越接近主瓣中心處,對(duì)SCB影響越大。相同干擾帶寬、JSR條件下,干擾中頻為47.5 MHz時(shí)比干擾中頻為52.2 MHz時(shí)的SCB結(jié)果最大差0.023 ns。

(3) SCB受干擾JSR影響較大。相同干擾條件下,JSR由0 dB遞增至12 dB,SCB變化范圍從0.003～0.014 ns增大到0.024～0.075 ns,上升趨勢(shì)先平緩后陡峭,說(shuō)明隨JSR遞增,評(píng)估結(jié)果增幅逐漸加大,在帶寬為4.092 MHz條件下,JSR為12 dB比JSR為9 dB的SCB大0.13 ns,為圖8所示結(jié)果中的最大增幅。

(4) SCB受干擾帶寬影響較大。相同干擾中頻及JSR條件下,干擾帶寬由1.023 MHz增大至4.092 MHz,SCB隨之增大,且增長(zhǎng)趨勢(shì)愈加陡峭,增幅從0.001 ns增大到0.028 ns。

5 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析

本文采用某觀測(cè)站40 m大口徑高增益天線(xiàn)采集BDS-3 B2頻點(diǎn)PRN=22的衛(wèi)星信號(hào),干擾信號(hào)由E8267D矢量信號(hào)發(fā)生器生成,天線(xiàn)采集的B2頻點(diǎn)信號(hào)經(jīng)LNA和射頻通道后,與干擾信號(hào)在合路器進(jìn)行疊加,利用頻譜儀得到受干擾的信號(hào)頻譜圖,由采集卡采集1.5 s的數(shù)據(jù),中頻為62.5 MHz,采樣率為250 MHz,在軟件接收機(jī)搜索帶寬為5 kHz,相關(guān)器間隔為0.2碼片條件下進(jìn)行捕獲、跟蹤以及評(píng)估分析。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采集框圖如圖9所示。

圖9 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采集框圖Fig.9 Actual signal data collection organigram

5.1 功率譜偏差驗(yàn)證分析

圖10是干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)的功率譜偏差結(jié)果變化對(duì)比圖。

圖10 干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)功率譜偏差 變化實(shí)測(cè)對(duì)比圖Fig.10 Comparison of power spectrum bias assessment actual results when center frequencies are 47.5 MHz and 52.5 MHz respectively

從圖10中可以看出:

(1) 相同條件下,實(shí)測(cè)信號(hào)與仿真信號(hào)評(píng)估結(jié)果相近,相差不到0.02 dB。

(2) 實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果變化趨勢(shì)相同。實(shí)測(cè)信號(hào)功率譜偏差隨JSR、帶寬增大而增大,且上升趨勢(shì)線(xiàn)的上升角度先平緩后愈加陡峭;干擾越接近主瓣中心處,對(duì)信號(hào)質(zhì)量影響越大。

5.2 相關(guān)損耗驗(yàn)證分析

圖11是干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)的相關(guān)損耗結(jié)果變化對(duì)比圖。

圖11 干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)的相關(guān)損耗 結(jié)果變化實(shí)測(cè)對(duì)比圖Fig.11 Comparison of correlation loss assessment actual results when center frequencies are 47.5 MHz and 52.5 MHz respectively

從圖11中可以看出:

(1) 實(shí)測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)空間信道傳輸、通過(guò)射頻通道由采集卡采集,不可避免地受到空間電磁干擾及實(shí)驗(yàn)器件的影響,由于本文主要分析信號(hào)質(zhì)量隨干擾變化趨勢(shì)之間的關(guān)系,所以在計(jì)算相關(guān)損耗時(shí)并未扣除空間和地面接收通道的影響。從圖7和圖11中可以看出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比仿真信號(hào)的評(píng)估結(jié)果大0.02 dB,但整體來(lái)看變化趨勢(shì)與仿真信號(hào)相同。

(2) 干擾越接近主瓣中心處,對(duì)相關(guān)損耗影響越大。相同干擾帶寬及JSR條件下,干擾中頻為47.5 MHz時(shí)比中頻為52.5 MHz時(shí)的相關(guān)損耗最大差0.1 dB。

(3) 相關(guān)損耗受JSR影響較大。JSR為-14 dB時(shí),相關(guān)損耗在指標(biāo)范圍臨界處;JSR為-3 dB時(shí),相關(guān)損耗最小為1.2 dB,超差嚴(yán)重,且超差隨JSR增大而愈加嚴(yán)重。

(4) 相關(guān)損耗受干擾帶寬影響甚微。相同干擾中頻及JSR條件下,干擾帶寬增大,相關(guān)損耗各結(jié)果之間相近。

5.3 SCB驗(yàn)證分析

圖12是干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)的S曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)偏差結(jié)果變化對(duì)比圖。

圖12 干擾中頻分別為47.5 MHz和52.5 MHz時(shí)的SCB 變化實(shí)測(cè)對(duì)比圖Fig.12 Comparison of SCB assessment actual results when center frequencies are 47.5 MHz and 52.5 MHz respectively

從圖12中可以看出:

(1) 從圖8和圖12中可以看出受空間電磁干擾及器件的影響,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比仿真信號(hào)的評(píng)估結(jié)果大0.13 ns,說(shuō)明該指標(biāo)對(duì)通道特性比較敏感,能夠比較好的反映信號(hào)質(zhì)量情況。但仍在指標(biāo)要求范圍內(nèi),整體來(lái)看SCB隨著干擾功率增大存在超差趨勢(shì),與仿真結(jié)果變化趨勢(shì)相同。

(2) 實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果變化趨勢(shì)相同:實(shí)測(cè)信號(hào)功率譜偏差隨JSR、帶寬增大而增大;干擾越接近主瓣中心處,對(duì)信號(hào)質(zhì)量影響越大。

不同窄帶干擾參數(shù)對(duì)信號(hào)質(zhì)量影響結(jié)果如表3所示。

表3 不同窄帶干擾參數(shù)對(duì)BDS-3 B2信號(hào)質(zhì)量影響結(jié)果

6 結(jié) 論

本文在窄帶干擾條件下對(duì)BDS-3 B2信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估,仿真分析了干擾信號(hào)中頻、帶寬參數(shù)及JSR變化對(duì)功率譜、相關(guān)損耗和S曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)偏差的影響,并用實(shí)測(cè)信號(hào)對(duì)比驗(yàn)證。可以看出:

(1) 干擾越接近主瓣中心處對(duì)信號(hào)質(zhì)量影響越大。

(2) 功率譜偏差受干擾帶寬和JSR影響較大。功率譜偏差隨JSR和干擾帶寬增大而增大,功率譜畸變嚴(yán)重,信號(hào)質(zhì)量堪憂(yōu),將對(duì)用戶(hù)的接收產(chǎn)生較大影響,用戶(hù)定位結(jié)果的可靠性受到威脅。

(3) 相關(guān)損耗受JSR影響較大,受干擾帶寬甚微。相關(guān)損耗隨JSR增大而增大,在JSR為-14 dB處達(dá)到指標(biāo)臨界值,而后超差,產(chǎn)生測(cè)距誤差且呈惡化趨勢(shì),進(jìn)而對(duì)用戶(hù)定位產(chǎn)生惡劣影響。

(4) S曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)偏差受干擾帶寬和JSR影響較大。S曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)偏差隨JSR和干擾帶寬增大而增大,相關(guān)函數(shù)畸變,從而導(dǎo)致偽距測(cè)量誤差,進(jìn)而影響用戶(hù)定位精度。