基于BOC信号建模仿真与FFT频谱分析系统

资 源 简 介

该项目利用MATLAB软件构建一个完整的BOC信号仿真平台，旨在实现二进制偏移载波信号的产生、采样以及详细的频域特性分析。系统首先生成高精度的PRN伪随机码序列，并根据指定的副载波频率生成方波副载波，通过将扩频码与副载波进行时域乘积运算，合成典型的BOC(m,n)调制信号方案。在信号处理环节，项目通过配置采样频率对连续的BOC信号进行数字化采样，模拟实际接收机的信号获取过程。随后应用快速傅里叶变换（FFT）算法将信号从时域转换至频域，重点计算并绘制信号的功率谱密度分布，以直观展示BOC信号独特的双峰分裂频

详 情 说 明

基于MATLAB的BOC信号建模仿真与FFT频谱分析系统

项目介绍

本项目是一个专门用于二进制偏移载波（BOC）信号建模与特性分析的仿真平台。BOC调制作为全球卫星导航系统（GNSS）如GPS现代化和Galileo系统中的核心信号体制，具有显著的高带宽利用率和抗多径性能。本系统通过MATLAB实现了从伪随机码产生、副载波调制、数字采样到频域功率谱密度计算的全流程仿真，旨在通过量化的数据和直观的图形揭示BOC信号独特的双峰分裂频谱特性。

功能特性

1. 定制化BOC(m,n)信号生成：支持通过调整频率因子m（副载波）和n（扩频码）生成不同规格的信号。
2. 数字信号仿真：模拟连续信号的数字化采样过程，支持高采样率以满足奈奎斯特采样定律。
3. 伪随机码过采样映射：通过索引计算算法，将离散的PRN码序列平滑映射到高频采样时间轴上。
4. 副载波调制仿真：采用非正弦特性的方波副载波建模，真实还原卫星导航系统的工程实践。
5. 频域高精度分析：利用快速傅里叶变换（FFT）及其功率谱密度（PSD）算法，精准提取信号的频域分布特征。
6. 多方案对比展示：支持在同一坐标系下对比不同参数BOC信号的频谱偏移情况。

使用方法

1. 启动MATLAB软件，并将程序主文件所在的文件夹设置为当前工作路径。
2. 打开该主脚本文件。
3. 点击“运行”按钮或在命令行窗口输入函数名称。
4. 程序将自动计算并弹出波形分析图表，同时在命令行窗口通过文本形式输出关键仿真报告。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 基础组件：安装有信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）以获得最佳兼容性。
3. 硬件建议：4GB以上内存，以支持高点数FFT运算。

系统实现逻辑与关键点说明

1. 参数标准化初始化

系统以卫星导航的标准基准频率1.023 MHz为底数，根据用户定义的因子计算副载波频率和扩频码速率。通过统一的时间矢量，为后续的时域相乘奠定离散时间基准。

1. PRN扩频码发生与重采样

系统首先生成一组符合均匀分布的二进制随机序列（±1），代表伪随机噪声码。为了配合系统的采样频率，代码实现了基于 floor 运算的过采样逻辑，确保在每一个码片周期内，对应的采样点都能准确获取当前的码片电平。

1. 方波副载波生成算法

不同于常规的正弦载波，BOC信号要求使用方波副载波。代码通过 sign(sin(...)) 函数对正弦波进行硬限幅处理，从而产生具有丰富高次谐波特征的方波信号，这是导致BOC频谱双峰分裂的关键物理基础。

1. FFT频谱分析与功率谱密度计算

系统采用 2^nextpow2 算法优化了FFT的计算规模，显著提升了运算效率。频谱计算过程中，通过 abs(fft_res)^2 / (N * fs) 对幅度谱进行归一化处理，获取功率谱密度，并利用 fftshift 函数将零频分量移至坐标中心，便于观察双侧对称的功率分布。

1. 频谱对比验证逻辑

系统内置了对比模块，同步计算了另一组不同参数的BOC信号。通过在同一频域图中绘制两条不同颜色的功率曲线，直观展示了副载波频率变化如何导致频谱主瓣向两侧移动的物理现象。

关键算法与细节分析

• 时间轴构建：采用 1/fsamp 的步长，保证了仿真在时域上的高解析度。
• 能量单位转换：系统使用 10 * log10(...) 将计算出的线性功率谱密度转换为分贝（dB/Hz），以便于观察信号动态范围和噪底。
• 主瓣位置预测：代码自动计算理论主瓣中心频率（+/- fs_sub），并将其作为仿真报告输出，用于验证实验数据与理论模型的一致性。
• 可视化细节：绘图部分使用了子图布局，分别从局部时域波形、单信号功率谱、多信号频谱对比三个维度展现信号特征，并辅以图例和单位标注，增强了数据的可读性。