摘要：针对北斗软件接收机在复杂电磁环境下面临干扰的问题,本文建立了软件接收机MATLAB性能仿真平台。基于载噪比相关原理,对北斗卫星导航信号在干扰下的接收性能进行理论建模与仿真。首先,分析等效载噪比随干扰的变化情况；其次,分析干扰对载波跟踪性能的影响；最后,分析干扰对码跟踪性能的影响。本文为北斗软件接收机在复杂电磁环境下的性能分析、抗干扰参数优化提供了理论依据。

　　关键词：软件接收机；干扰评估；北斗导航；MATLAB

　　0引言

　　传统接收机硬件架构在抗干扰灵活性方面存在局限,而软件接收机（Software De■ned Receiver,SDR）通过对部分信号处理的软件化,为抗干扰算法的快速验证与部署提供了理想平台。在软件接收机设计中,准确评估干扰对信号接收性能的影响是进行抗干扰算法优化与参数自适应调整的前提。

　　北斗卫星导航系统作为我国自主可控的重要时空信息基础设施,目标是为全球用户提供不间断的高精度导航定位和授时服务[1],其信号接收性能直接影响定位、导航与授时服务的可靠性。由于采用了直接序列扩频方式[2],其信号本身具备一定的抗干扰能力,然而北斗SDR在复杂电磁环境中工作时,仍易受到各类有意或无意干扰的影响,导致定位精度下降甚至服务中断。

　　接收机捕获到信号后,在跟踪环节持续跟踪信号的两种动态变化,即载波频率偏移和扩频码相位偏移。因此,接收机需要进行两种跟踪处理,即对载波频率的跟踪和扩频码相位的跟踪,二者分别使用载波跟踪环路和码跟踪环路实现。

　　本文面向软件接收机工程实现需求,开展以下三方面工作。首先,使用MATLAB建立基于等效载噪比的干扰分析模型,软件仿真分析干扰功率与频偏对信号质量的影响规律[3]；其次,建立载波跟踪误差模型,分析干扰环境下接收机载波环路的跟踪性能；最后,通过码跟踪误差研究干扰对码跟踪环路的影响,并与载波跟踪环路进行对比。通过上述理论与仿真研究,揭示干扰对北斗SDR性能的影响原理,为后续抗干扰算法设计和SDR参数优化提供理论依据。

　　1软件仿真平台设计

　　为验证理论模型并支持后续算法开发,本文采用MATLAB设计了北斗B1I信号干扰分析软件平台。平台采用模块化设计,包含参数配置层、信号处理层、性能评估层与可视化层,各模块通过标准化接口通信,便于扩展至多干扰类型与多信号体制。

　　软件仿真流程图如图1所示。

　　参数配置层包含干扰信号参数配置、北斗信号参数配置和SDR参数配置,干扰信号参数主要包括干扰功率、干扰频偏、干扰类型,北斗信号参数主要包括载波频率、码速率、信号功率、码片周期等,SDR参数主要包括相干积分时间、相关器间距、环路噪声带宽等。SDR信号处理层将北斗信号及干扰信号输入SDR进行导航算法处理,主要处理模块包括信号捕获、跟踪、导航数据解析、误差修正、定位解算等。性能评估层对干扰效果进行分析,包括捕获概率、跟踪性能、定位精度等分析,并通过可视化工具进行绘图显示。

　　2软件测试结果与分析

　　2.1等效载噪比测试模块

　　在GNSS中,通常用捕获、跟踪及数据解调来衡量信号的接收性能,而这些性能主要取决于SNIR,即信号功率与噪声加干扰功率比。由于对SNIR分析比较复杂,一般可通过SNR和载噪比的关系导出等效载噪比来衡量其性能。

       小于35dB.Hz时,码跟踪误差急剧变大。与载波跟踪误差图3对比可得,在相同等效载噪比条件下,码跟踪误差大于载波跟踪误差,这主要是由于北斗B1I信号波长λL和码宽A的差异造成的。

　　3结语

　　本文建立了干扰环境下北斗B1I信号接收性能的理论分析模型,并开发了相应的MATLAB软件测试平台。通过软件仿真得出以下结论：随着干扰功率变大以及导航信号中心频率之间的频差越小,等效载噪比变小；载波跟踪误差和码跟踪误差随干扰功率增加而变大。通过对软件接收机干扰原理的分析,为抗干扰算法软件设计、软件接收机参数优化及性能门限设定提供了理论依据,对提升接收机软件在复杂电磁环境中的性能具有工程应用价值。

参考文献

　　[1]中华人民共和国国*院新闻办公室.《中国北斗卫星导航系统》白皮书[R].北京:人民出版社,2016.

　　[2]北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件公开服务信号2.1版[S].中国卫星导航系统管理办公室,2016.

　　[3]黄旭方.GNSS无线频率兼容及高功放非线性效应影响的研究[D].武汉:华中科技大学,2009.

　　[4]郭文飞.抗干扰GPS接收系统关键技术研究与实现[D].武汉:武汉大学,2011:28.

　　[5]易维勇.GNSS单频软件接收机应用与编程[M].北京:国防工业出版社,2010:209.

　　[6]谢钢.GPS原理与接收机设计[M].北京:电子工业出版社,2009.

　　[7]白燕.GNSS空间信号干扰评估及抑制方法研究[D].西安:中国科学院研究生院(国家授时中心),2014.