M码卫星导航信号直接解调方法研究
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摘要：针对新一代M码卫星导航信号解调分析问题，在比较两种捕获方法特点的基础上，本文从工程可实现的角度提出了一种M码导航信号直接捕获方法，采用扩频码同步、载波剥离和亚载波剥离等技术，直接对载波C/A码、P（Y）码和M码复用信号进行解调处理。仿真结果表明，本文方法可以有效地降低C/A码和P码信号对于M码信号接收的影响，能够准确地恢复出原始扩频序列。
关键词：扩频码同步 载波剥离 亚载波剥离 直接解调
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0096-01
美国GPS卫星导航系统现代化进程中最核心的技术措施之一就是发射了新型军用M码导航信号。和现有C/A码和P（Y）码导航信号不同，M码导航信号采用了更为先进的编码和调制方式，并设计了专用的同步字，使其具备更高的伪距测量精度、更强的抗干扰能力和独立快速捕获能力。
M码信号捕获方法主要有两种方式：M码直接捕获和PA引导捕获。针对M码直接捕获方法中自相关累积时易出现比特翻转现象的问题，本文从工程可实现的角度，设计了一种M信号直接捕获方案，采用了扩频码的同步、载波的剥离和亚载波的剥离等技术，即使在L1载波同时存在C/A码信号， P（Y）码信号和M码信号的情况下，直接对载波C/A码、P（Y）码和M码信号的复用信号进行解调处理，可以有效地降低C/A码和P码信号对于M码信号接收的影响，能够准确地恢复出原始扩频序列。
1 M信号直接解调方案
如果要获得比较高的信噪比，首先使用高增益天线来接收卫星信号，而后进行Doppler补偿，并且要保证频偏范围足够大，最后观测和校正信号星座图，并确定相位偏差和信号的Doppler频移，这样便可直接解调信号，使我们有条件对扩频码的结构进一步进行分析。
卫星导航信号到达地球时是淹末在噪声中的，所以如果要将卫星导航信号从噪声中提取出来，那就需要采用高增益天线来接收卫星信号。获得信噪比，并且保证其足够高，在此之后，首先将接收到的信号处理为数字中频信号，然后通过载波的剥离、亚载波的剥离和扩频码的同步，最终便可得到调制了数据的扩频码。
2 M信号直接解调的关键技术
2.1 扩频码的同步
根据上面的讨论， 我们在处理BOC信号解调的扩频码同步问题时，可以类比BPSK信号解调的符号定时同步问题。采用定时同步算法。第一步采取输入符号样本，第二步用数字插值法调整采样时钟，这样便可得到输入符号的相位以及频率的比较准确的估算值。
2.2 载波的剥离
采用BPSK信号解调的数字Costas环对载波进行剥离其中鉴相算法为e（t）=-sign（I（t））Q（t）.
在FPGA中，因为运算方法采用的是二进制补码，所以只要判定同相支路的最高有效字节（MSB）的正、负号，就可以形成过零检测脉冲。
2.3 亚载波的剥离
依据BOC调制的特点，亚载波是方波（其占空比为50%），并且在发射时，亚载波和扩频码是对齐相乘的，同时一个扩频码码片含有方波的个数恰好是整数个周期。如此一来，实现了载波的剥离和扩频码的同步之后，由亚载波的周期性来判决输出数据，便可以成功剥离亚载波。
3 仿真试验与性能分析
仿真用基准频率fbase=1.023e6Hz，采样率为160fbase，扩频码速率为5fbase，亚载波频率为10fbase，产生BOC（10，5）调制的M码信号和扩频码信号频谱图如图1所示：
得到的数据与原始扩频序列值比较如图2所示，可以看出在信噪比满足的条件下，对接收到的M码信号进行直接解调，可以恢复出原始扩频序列值。
4 结语
由于实际导航信号在L1载波 =1575.42MHz上同时存在C/A码信号、P码信号和M码信号，本文对接收到的复用信号进行直接解调，由仿真试验可以看出C/A码信号对于M码信号有一些影响，但影响不大。由此可见，利用本文的M码解调方案对接收到的Interplex复用信号进行直接解调，可以正确恢复出M码的原始扩频序列值。
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