一种新的BOC（15，2.5）调制信号同步方法

摘 要： 二进制偏移载波(BOC)调制方式由于调制信号自相关函数具有多峰性，在同步阶段易产生捕获模薄膜电感糊性的情况。针对此问题，提出了一种适用于Sine-BOC(15，2.5)调制信号的方法。新方法利用本地设计的一个辅助函数，将辅助函数与BOC调制信号自相关函数作和，按照一定规则构造出无边峰合成相关函数，实现信号的无模糊跟踪。仿真结果表明，该算法能够极大消除相关函数边峰，同时显著提高主峰检测峰值，并且使主峰宽度维持不变。

关键词： BOC(15，2.5)；无模糊；合成相关函数

0 引言

为了使卫星导航频段能够实现频带共享以及频谱分离，同时达到较高的检测精度和性能要求，最新建设改造的卫星导航系统(如GPS的现代化、Galileo以及中国的北斗系统)都预计要采用一种新型的调制方式，即二进制偏移载波(Binary Offset Carrier，BOC)的调制方法，这类调制方式比传统的BPSK调制方法存在着一些优势：能够对频谱进行分裂处理，使信号大部分能量分布到频带边缘处，可以有效地利用频带带宽；具有较强的抗噪声、抗干扰以及抗多径能力。当然BOC调制方式也有其不足之处，那就是自相关函数（Autocorrelation Function，ACF）具有多边峰特性，并且边峰的个数会随着调制阶数的提高而增加，当接收机在对信号进行捕获和跟踪时，这些边峰会带来模糊现象，使接收机出现误捕获情况，为后续的测距处理带来误差。因此，如何消除BOC调制信号自相关函数的模糊性就成了国内外学者研究的热点问题。

当前，为了消除这类调制信号的模糊问题，已经有学者提出了一些方法：(1)bump and jump法[1]增加两路额外的相关器，即远超前和远滞后相关器，通过比较相邻主峰的接收功率，确保即时支路所产生的本地码能够与接收信号对齐，保证即时支路捕获到主峰，降低误锁概率。该方法优点是一旦锁定主峰，就具有较高的跟踪精度；缺点是由于它是基于主峰和两侧边峰功率大小比较，所以当信噪比较低时会有很高的漏检和虚警概率，并且一旦发生误锁情况，所需的恢复时间较长，因此对于实时性的场合不太适合[2-3]。(2)BPSK-like方法[4-5]，该方法主要有两种典型的代表应用，分别被命名为“B&F”法和“M&H”法，其核心思想是将BOC调制信号频谱上的2个边带当作2个BPSK调制信号分别进行处理。该方法可以消除新型调制信号的多峰性，获得较宽的稳定S曲线区域；缺点是由于应用了滤波器，对于单边带处理过程会有3 dB的衰减，对于双边带则会有0.5 dB的衰减，而且该方法也丧失了BOC调制信号高精度跟踪性能的优势。(3)参考文献[6-7]提出了一种新的BOC调制信号捕获方法，该方法的主要思想是利用折叠原理将调制信号的相关函数进行重构处理。但是，对于BOC（15，2.5）调制信号，由于其主峰与两侧边峰高度之间相差不是很大，应用该方法很容易捕错主峰，发生误捕。(4)参考文献[8]中提出了一种自相关边峰消除技术(Auto-correlation Side-Peak Cancellation Technique，ASPeCT)，通过利用BOC自相关函数平方与BOC/PRN互相关函数平方之间波形的特殊特点来实现去除边峰的目的，但是该方法只适用于SinBOC(n，n)型。

本文基于合成相关函数的基本思想，针对即将应用于北斗导航系统中的BOC(15，2.5)调制方式，提出了一种新的合成相关函数方法。新提出的方法不仅能够完全消除边峰、提高主峰峰值，还可以保持主瓣宽度不变化，提高信号的跟踪精度。所以，新方法不仅可以优化信号的检测性能，使其检测概率得到提高，也可以保持新型调制方式在信号跟踪部分的优势。

1 BOC调制方式原理和特点

1.1 BOC调制模型

BOC调制信号可以认为是一个BPSK调制序列与一个高频的方波副载波进行相乘的结果，其扩频符号可以由下式表示[9]：

式中，C(t)表示频率为fc的扩频序列，fs代表副载波频率值，Ψ代表BOC调制的相位，可以是0°或者90°，分别对应着Sine-BOC和Cosine-BOC两种不同的调制方式。在其中一个扩频符号内的方波半周期数k是正整数，且k=2fs/fc。一般情况下经常使用BOC(m，n)简化形式表达BOC调制方式，其中方波副载波频率为fs=m×1.023 MHz，扩频码频率为fc=n×1.023 MHz。在本文中所用的BOC调制方式均指Sine-BOC。

1.2 BOC调制的主要特点

功率谱密度函数以及自相关函数是在卫星导航系统中相当重要的两个信号参数。

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