BOC调制信号多峰特性分析及抗模糊跟踪仿真系统

资 源 简 介

本项目设计并实现了一系列针对全球卫星导航系统（GNSS）二进制偏移载波（BOC）调制信号的专业分析例程。鉴于BOC信号通过在伪码基础上引入副载波，使得其自相关函数呈现出多个虚假峰值，导致传统扩频接收机的延迟锁定环（DLL）面临极大的码相位误锁定风险。本系统核心功能涵盖了BOC(m,n)信号的时域波形生成、高精度功率谱密度评估以及多径衰落环境下的相关特性分析。程序深入剖析了副载波频率与伪码速率对自相关函数包络的影响，详细展示了次峰分布规律。在此基础上，系统实现并集成了多种先进的抗模糊处理算法，包括ASPeC

详 情 说 明

BOC调制信号多峰特性分析及抗模糊跟踪仿真系统

项目介绍

本项目是一个专门针对全球卫星导航系统（GNSS）新型调制技术——二进制偏移载波（BOC）信号设计的综合性仿真与分析平台。BOC调制通过在伪码基础上引入副载波，实现了频谱的分裂，有效提高了信号的抗多径能力和测量精度。然而，其自相关函数（ACF）呈现出多峰特性，导致传统接收机在码跟踪阶段容易陷入“虚假锁定”。本系统基于MATLAB环境，实现了从BOC信号生成、频谱特性评估到多种抗模糊算法验证的完整链路，旨在为GNSS基带算法研究提供直观的理论依据和性能评估手段。

核心功能特性

1. 信号仿真生成：系统支持自定义BOC(m,n)参数，能够生成高保真的正余弦BOC时域信号波形，并模拟伪随机码（PRN）的生成过程。

1. 频域特性分析：利用现代谱估计方法计算信号的功率谱密度（PSD），直观展示BOC信号的频谱分裂现象及其与BPSK信号的差异。

1. 自相关与抗模糊处理：系统计算并对比了标准BOC信号的自相关函数与应用ASPeCT算法后的相关包络，清晰展示了副载波引入后的次峰分布规律。

1. 鉴相器S曲线模拟：实现非相干超前减滞后功率（ELP）鉴相器，通过绘制S曲线，深入剖析BOC信号跟踪中的伪锁点位置及捕获域范围。

1. 多径衰落模拟：系统构建了典型的单径多径干扰模型，能够分析在不同时延和衰减强度下，相关峰发生的畸变现象。

1. 动态误差评估：通过蒙特卡洛仿真实验，系统定量分析了在不同信噪比（SNR）环境下，标准BOC与抗模糊算法在估计码相位时的均方根误差（RMSE）。

系统实现逻辑

系统首先根据预设的采样率、基准频率以及m、n参数计算出伪码速率和副载波频率。通过对时间序列进行模运算产生伪随机码序列，并与sign函数生成的副载波进行点乘，合成完整的BOC时域信号。

在特性分析阶段，系统采用周期图法评估功率谱，通过循环移位法计算信号在不同时延下的自相关值。为了解决多峰模糊问题，系统重点实现了ASPeCT（自相关侧峰消除技术），其逻辑是利用BOC信号与纯PRN码的互相关函数来修正原始BOC自相关包络。

在性能评估阶段，系统模拟了包含高斯白噪声的接收过程。通过在每一个信噪比点下运行多次独立试验，寻找相关值最大的位置作为估计值。同时，系统还集成了次峰抑制比（SLSR）的自动计算功能，以及针对跳峰检测（BUMP-JUMPING）和双Delta相关器的逻辑预留。

关键算法与技术细节

1. ASPeCT算法逻辑：该算法是本系统的核心抗模糊方案。实现公式为：相关包络等于信号自相关平方减去权重值（本系统取0.5）乘以信号与本地码互相关的平方。该方法能够有效削弱次峰，保留主峰，从而消除误锁风险。

1. 鉴相器（S-Curve）设计：系统实现了早期与晚期功率值的差值运算。当存在多个过零点时，系统能够反映出BOC信号特有的多稳态点特性，这对于研究环路稳定性至关重要。

1. 多径信号建模：通过将原始信号进行时延偏移后加上衰减因子，并与原始信号叠加，模拟真实卫星信号在反射路径下的复合效果，系统记录并对比了多径环境导致的相关峰偏移。

1. 跟踪误差统计：采用统计学方法衡量性能。在-25dB到0dB的信噪比范围内，系统通过搜索最大相关峰的方法确定码偏移估计量，并计算估计值与真实值之间的RMSE数值，生成对比曲线。

使用方法

1. 配置开发环境：确保已安装MATLAB及其信号处理工具箱。

1. 设置仿真参数：根据需要调整程序顶部的m、n、fs（采样率）等关键参数。

1. 执行仿真：直接运行系统主程序。

1. 结果查看：仿真结束后，系统将弹出包含六个子图的综合分析界面。

* 第一行展示时域波形及频谱分布。 * 第二行展示ACF抗模糊处理前后的对比以及鉴相器S曲线。 * 第三行展示多径环境下的性能恶化情况及信噪比与跟踪误差的关系曲线。 * 命令行窗口将同步输出副载波频率、SLSR比值及BOC阶数等统计数据。

系统要求

• 软件平台：MATLAB R2018b 或更高版本。
• 核心工具箱：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。
• 硬件建议：双核以上CPU，4GB以上内存，以保证蒙特卡洛仿真阶段的运算速度。