卫星导航系统多径抑制技术

多径效应是制约卫星导航精度与可靠性的关键因素，在高精度定位、城市峡谷及恶劣环境下尤为突出。本书系统阐述该问题的机理与解决方案，以卫星导航系统的多径抑制为重点，从天线设计、信号处理等方面对多种多径抑制技术进行较为全面的梳理，并基于作者多年的研究成果，提出若干具有创新性的多径抑制技术，可有效提升抑制效果。本书通过系统、深入的理论分析，旨在全面呈现卫星导航系统多径抑制领域的算法原理、解决方案、技术实现与分析结果，帮助读者系统掌握该领域现状，深入理解相关理论技术的发展脉络，形成对卫星导航高精度接收技术的深刻认识。本书不仅适合高等院校导航、测绘、电子信息等相关专业的研究生和教师阅读参考，还可为卫星导航接收机研发人员、高精度定位算法工程师及相关领域科研工作者提供系统的理论指导与技术借鉴。

徐成涛，博士，湖南长沙人，国防科技大学系统工程学院副研究员，管理科学与工程硕士导师，曾长期从事北斗卫星导航系统信号多径抑制与质量评估技术研究工作，近年来主要从事指挥信息系统方面的研究工作。作为核心骨干参与了北斗二号和北斗三号国家重大专项、网络信息体系建设等重大工程研制工作。主持了国家自然科学基金1项，以及装备预研、基础加强等十余项军队项目；以第一发明人身份获国家发明专利4项，获得军队科技进步二等奖2项，参与出版专著教材1部，发表学术论文30余篇。

第1章 卫星导航系统概述 1

1.1 全球卫星导航系统 1

1.2 卫星导航定位的基本原理 2

1.3 卫星导航系统的信号体制 4

1.3.1 卫星导航信号的格式 4

1.3.2 主要卫星导航系统的信号格式 7

1.4 GNSS接收机的工作原理 9

1.4.1 捕获 10

1.4.2 跟踪 10

1.5 本章小结 13

第2章 多径信号的特性 14

2.1 多径信号的产生原理和特点 14

2.2 多径信号模型 15

2.3 多径信号对跟踪的影响 17

2.3.1 多径信号对码跟踪环的影响 17

2.3.2 多径信号对载波跟踪环的影响 17

2.4 多径抑制技术 19

2.5 多径抑制性能评估指标 20

2.5.1 通用多径抑制性能评估方法 20

2.5.2 DLL类多径抑制技术的多径抑制性能评估方法 24

2.5.3 参数估计类多径抑制技术的多径抑制性能评估准则 46

2.6 多径误差提取方法 54

2.6.1 双频一阶电离层模型多径提取方法 54

2.6.2 三频二阶电离层模型多径提取方法 56

2.6.3 三频电离层模型多径提取通用方法 56

2.7 本章小结 59

参考文献 59

第3章 半开放场地多径误差评估及多径抑制技术 61

3.1 天线实际接收环境下的多径误差估计 62

3.1.1 多径信号的参数 62

3.1.2 天线接收环境对多径信号的影响及其建模 63

3.1.3 考虑反射介质和天线特性的多径误差 67

3.2 半开放场地多径信号模型 70

3.2.1 半开放场地的几何描述 70

3.2.2 半开放场地的多径信号特征 72

3.3 基于多径抑制考虑的固定站选址 78

3.3.1 传统多径误差减小方法的失效 78

3.3.2 固定站选址研究 80

3.4 多径抑制对天线性能的约束 83

3.4.1 多径信号的去极化特性 83

3.4.2 天线多径抑制指标约束 85

3.5 多频段混合扼流圈技术 87

3.5.1 扼流圈的作用 87

3.5.2 混合扼流圈的设计 88

3.6 锯齿改进垂直扼流圈的设计及优化 89

3.6.1 锯齿改进垂直扼流圈的基本结构 89

3.6.2 关键参数仿真分析 89

3.6.3 L/S频段兼容小型化扼流圈 96

3.7 本章小结 97

参考文献 98

第4章 基于吸波抑径板的天线多径抑制性能提升技术 100

4.1 吸波抑径板技术 101

4.1.1 吸波抑径板技术的提出 101

4.1.2 吸波抑径板的工作原理 102

4.2 吸波抑径板的结构设计 105

4.2.1 吸波抑径板的设计和优化 106

4.2.2 吸波抑径板的实现及性能 109

4.3 基于吸波超材料的吸波抑径板技术 111

4.3.1 吸波超材料的原理和设计 111

4.3.2 基于吸波超材料的吸波抑径板外形设计 115

4.3.3 基于吸波超材料的吸波抑径板的性能 116

4.4 本章小结 118

参考文献 118

第5章 BPSK及BOC(1,1)信号多径抑制技术 121

5.1 BPSK信号多径抑制技术 121

5.1.1 窄相关技术 122

5.1.2 Double-Delta技术 124

5.1.3 CCRW技术 125

5.2 BOC(1,1)信号多径抑制技术 134

5.2.1 窄相关技术 135

5.2.2 Double-Delta技术 137

5.2.3 CCRW技术 139

5.2.4 ASPeCT技术 142

5.3 实测数据分析 144

5.3.1 有线多径测试 145

5.3.2 对天测试 147

5.4 本章小结 151

参考文献 152

第6章 基于最优多径抑制鉴别曲线线性化的多径抑制参考波形设计 154

6.1 多径抑制鉴相函数 154

6.1.1 最优鉴相函数 155

6.1.2 参考波形设计准则 158

6.2 BPSK信号简单参考波形设计 160

6.2.1 BPSK第一类参考波形设计 160

6.2.2 BPSK第二类参考波形设计 163

6.3 BOC(1,1)信号简单无模糊参考波形设计 165

6.3.1 BOC(1,1)第一类参考波形 165

6.3.2 BOC(1,1)第二类参考波形 167

6.4 多径抑制参考波形设计 173

6.4.1 线性最优鉴相函数下的参考波形设计 173

6.4.2 改进的多径抑制鉴相函数下的参考波形设计 176

6.4.3 带限下的波形性能分析 177

6.5 极限性能分析 181

6.5.1 两类参考波形极限性能比较 181

6.5.2 BPSK及BOC(1,1)性能比较 182

6.6 本章小结 183

参考文献 184

第7章 带限条件下的最优鉴别曲线及参考波形设计 186

7.1 鉴别曲线最小二乘逼近方法 187

7.1.1 带限信道下的信号模型 187

7.1.2 最优鉴别曲线的改进 188

7.1.3 最小二乘逼近方法求解鉴别曲线 189

7.2 基于最优鉴别曲线最小二乘逼近的相关器设计 192

7.2.1 基于相关器线性组合的最优鉴别曲线 192

7.2.2 方法性能评估 196

7.2.3 基于截断的奇异值分解方法的最小二乘求解相关器权值 200

7.3 基于最优鉴别曲线最小二乘逼近的CCRW设计 213

7.3.1 CCRW技术的原理 213

7.3.2 基于CCRW的最优鉴别曲线设计 215

7.3.3 跟踪精度 217

7.3.4 基于截断的奇异值分解方法的最小二乘求解CCRW 218

7.4 基于最优鉴别曲线最小二乘逼近方法的数值量化 229

7.4.1 相关器权值的量化精度 230

7.4.2 码参考波形幅度的量化精度 231

7.5 本章小结 232

参考文献 232

第8章 高阶BOC信号的多径抑制技术 234

8.1 BOC调制 235

8.2 高阶BOC信号的无模糊接收方法 237

8.2.1 上下边带法 237

8.2.2 双环路法 239

8.2.3 双载波跟踪环法 243

8.3 高阶BOC信号的跟踪技术 246

8.3.1 双载波跟踪环多径抑制技术 247

8.3.2 改进的TK算法 259

8.3.3 双环路与CCRW联合技术 267

8.3.4 边带与CCRW联合技术 268

8.4 本章小结 277

参考文献 278

第9章 MBOC信号的多径抑制技术 280

9.1 引言 280

9.2 MBOC调制 281

9.3 适用于MBOC的通用与专用多径抑制技术 283

9.3.1 窄相关技术 284

9.3.2 加权双差技术 286

9.3.3 BOC-PRN技术 287

9.3.4 双相关器 289

9.3.5 CCRW技术 290

9.3.6 导频数据通道联合技术 291

9.3.7 TMBOC时分双参考波形技术 295

9.3.8 CBOC联合双参考波形多径抑制技术 301

9.4 本章小结 308

参考文献 309

第10章 总结与展望 310

附录A 导频数据通道联合技术的码跟踪误差方差 311

附录B CBOC JDST的码跟踪误差方差 313

附录C 缩略语表 315