卫星导航BOC信号调制仿真分析平台

资 源 简 介

本项目专注于卫星导航系统（GNSS）中核心的BOC（Binary Offset Carrier）调制技术，通过MATLAB构建一套完整的信号仿真与性能评估系统。

详 情 说 明

卫星导航BOC信号调制仿真分析平台

本项目是一个基于MATLAB开发的卫星导航系统核心调制技术仿真工具，专门针对BOC（Binary Offset Carrier，二进制偏移载波）信号进行多维度的性能分析。通过该平台，用户可以深入研究GNSS（全球卫星导航系统）中现代信号结构的时域特性、频域分布以及码跟踪性能。

项目核心介绍

BOC调制技术通过在伪随机码（PRN）上叠加副载波，使信号功率谱向中心频率两侧偏移，从而实现与传统码分多址（CDMA）信号的频谱共存，并显著提高多径抑制能力和码跟踪精度。本项目完整模拟了从信号生成到接收机鉴相器输出的全过程。

核心功能特性

1. 标准BOC(m, n)信号产生：支持自主配置副载波频率因子及伪码速率因子。
2. 高仿真度噪声环境：内置载噪比（CN0）模型，通过高斯白噪声（AWGN）模拟真实的卫星信号接收环境。
3. 功率谱分析：采用Welch法进行精细的功率谱密度估计，直观展示频谱分裂特性。
4. 相关特性评估：计算并展示BOC信号特有的多峰自相关函数。
5. 码跟踪性能仿真：模拟码跟踪环路中的鉴检波器，生成反映相位跟踪特性的S曲线。
6. 数据报告自动生成：运行结束后自动计算主副峰间隔信号斜率等关键战术指标。

实现逻辑与详细功能说明

本项目的主程序逻辑严密，按照信号链路线路进行模块化实现：

1. 仿真参数初始化 系统以L1波段基准频率1.023MHz为基础，设置BOC(2, 1)调制参数。采样率通过采样因子（fs_factor）动态调整，以满足奈奎斯特采样定理并保证仿真精度。程序定义了完整的1ms信号周期，对应典型的C/A码周期。

2. BOC调制信号生成 首先生成符合随机分布的二进制伪随机码序列，并根据采样率进行上采样处理（矩形脉冲成形）。接着生成对应的方波副载波（BOCsin调制）。通过将伪码序列与副载波点乘，得到最终的BOC基带信号。

3. 信噪比转化与噪声叠加 程序接收以dB-Hz为单位的载噪比（CN0），并根据系统采样带宽将其转化为样本信噪比（SNR）。调用加性高斯白噪声算法，模拟信号在空间传输并被接收机获取后的带噪状态。

4. 功率谱密度（PSD）估计 应用Welch功率谱估计方法，设置矩形窗口和特定的分段长度，计算信号的归一化功率谱。该部分能够清晰展示BOC信号在中心频率处功率为零、能量集中在两个主瓣的典型频谱特征。

5. 自相关函数（ACF）计算 通过偏相关算法（Biased Correlation）计算信号的自相关特性。该功能揭示了BOC信号相比于BPSK信号更窄的主峰宽度（带来更高精度）以及存在的副峰模糊性。

6. 码跟踪S曲线仿真 这是本项目最复杂的逻辑部分。程序通过模拟滞后-超前相关器（Early-Minus-Late, EML）：

• 设定0.2 chips的相关器间隔。
• 在-1.5到+1.5个码片范围内步进引入码相位偏差。
• 采用循环移位技术近似实现本地码与接收码的相位偏移。
• 计算超前支路（Early）与滞后支路（Late）的相关功率。
• 采用非相干功率差值鉴相算法计算S曲线输出。

关键函数与算法分析

• 调制算法：本质上是符号函数作用下的正弦载波与码序列的模二加运算，在仿真中使用 sign(sin(...)) 结合数组点乘实现。
• PSD估计：利用Welch法平衡了频谱分辨率与估计方差，准确捕捉副载波频率处的高峰。
• 鉴相器逻辑：采用了平方差形式的鉴相器输出，即 S = R_E^2 - R_L^2。这种方式能够反映非相干接收机在处理BOC信号时对相位偏差的辨别能力。
• 自动特征提取：利用峰值检测算法分析相关函数的主副峰间距，并利用差分算子计算鉴相器在零点附近的线性斜率。

系统要求

• 软件运行环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 所需工具箱：Signal Processing Toolbox（用于pwelch、awgn、findpeaks等函数）。

使用方法

1. 启动MATLAB软件，进入脚本所在的工作目录。
2. 在命令行窗口直接输入主程序名称并按回车。
3. 系统将自动弹出仿真波形窗口，包括：

- 信号时域波形（展示BOC调制对PRN码的相位翻转效应）。 - 归一化功率谱（展示频谱分裂特性）。 - 自相关函数图（展示多峰特征）。 - 码跟踪S曲线（展示鉴相器线性工作区）。

1. 在MATLAB控制台查看性能报告，获取主副峰斜率等量化指标。