FDMA_TDMA体制下的导航信号设计方法.pdf

华中科技大学硕士学位论文

摘要

低轨卫星导航增强是综合PNT（Positioning,NavigationandTiming）体系中的重

要组成部分，它与低轨通信系统的融合有利于共用轨位、频率资源，是低轨系统发展

的重要趋势。FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）/TDMA（TimeDivision

MultipleAccess）体制有着易实现、分配机制灵活的优点，在低轨卫星通信中得到了

广泛应用。基于FDMA/TDMA框架设计导航信号，对于实现信号层面的通导融合有

重要意义，铱星系统的STL（SatelliteTimeandLocation）信号就是其中的典型代表。

本文针对当前此类信号存在的测频、测距精度偏低的问题，研究了FDMA/TDMA体

制下的低轨卫星导航信号设计方法。

针对单子带集中式导频测频精度低的问题，提出了基于稀疏导频的高测频精度

导航信号设计方法。采用时域间隔递增的稀疏导频PRN（PseudoRandomNoise）位

置分布结构，结合整数自举估计法，通过优选稀疏导频PRN位置分布，可在保证较

高测频精度以及较低模糊概率的前提下减少导频PRN开销。同时分析了根升余弦脉

冲成形扩频信号时延估计性能以及低扩频因子对PRN测距精度的影响，设计了PRN

调制段的频域测距算法，并通过仿真验证了方法的有效性。

在此基础上，针对单个子带导航信号测距精度低的问题，进一步提出了基于

FDMA体制中多子带空隙的导航信号设计方法。通过在空闲通信子频带中加载导航

信号，以提高测距精度。设计了空隙加载导航子带检测序列，给出了多子带导航信号

并行检测算法。基于多子带导航信号互功率谱模型，分析了多子带相干时延估计理论

性能。设计了多子带相量相干时延估计算法，提高了运算效率，并通过无模糊非相干

时延估计抑制了相干时延估计多峰模糊。仿真实验表明，多子带导航信号具有良好的

测距性能，在高信噪比以及子带空闲率较高时可以达到厘米级测距精度，在高精度测

距场景中具有明显优势。

关键词：低轨卫星；通导融合；频分多址/时分多址；单子带测距；多子带测距

I

华中科技大学硕士学位论文

Abstract

LowEarthOrbit(LEO)satellitenavigationaugmentationisanimportantpartofthe

integratedPositioning,NavigationandTiming(PNT)systemanditsintegrationwithlow-

orbitcommunicationsystemsisconducivetosharingorbitpositionandfrequencyresources,

whichisanimportanttrendinthedevelopmentoflow-orbitsystems.TheFrequency

DivisionMultipleAccess(FDMA)/TimeDivisionMultipleAccess(TDMA)systemhas

theadvantagesofeasyimplementationandflexibleallocationmechanismandhasbeen

widelyusedinlow-orbitsatellitecommunication.Designingnavigationsignalsbasedon

theFDMA/TDMAframeworkisofgreatsignificanceforrealizingsignal-level

communicationandnavigationf