BOC信号调制分析与GNSS接收机性能仿真系统

资 源 简 介

该项目提供了一套完整的二进制偏移载波（BOC）调制信号分析工具，旨在解决全球卫星导航系统（GNSS）中广泛采用的新型扩频调制技术仿真需求。 程序针对BOC信号特有的调制机制，实现了包括正弦相位BOC和余弦相位BOC在内的多种信号生成算法。 其核心功能专注于分析BOC信号自相关函数（ACF）的多峰特性，深入探讨因副载波调制引入的多个相关峰对接收机性能的影响。 由于BOC信号自相关函数在主峰两侧存在多个副峰，传统扩频接收机所用的延迟锁定环（DLL）在处理该信号时，往往无法正确地进行码相位的捕获与稳定跟踪，容易

详 情 说 明

BOC信号分析与性能评估MATLAB仿真程序

项目介绍

本项目是一套专门用于二进制偏移载波（BOC）调制信号特性的深度分析与性能评估工具。BOC调制作为现代全球卫星导航系统（GNSS，如GPS III、Galileo、北斗等）的核心扩频技术，通过在伪随机码（PRN）上叠加方波副载波，实现了频谱的分裂转移，有效提高了码跟踪精度和抗干扰能力。

本程序针对BOC(1,1)信号，通过数值仿真模拟了信号从生成到接收机基带处理的全过程。重点攻克了BOC信号自相关函数（ACF）多峰带来的捕获歧义性问题，提供了频谱分析、鉴相器特性评价及多径环境下的误差模型，为导航接收机基带算法的研究提供数据支撑。

功能特性

1. 高精度信号生成：完整实现了C/A码发生器逻辑及正弦相位BOC（Sin-BOC）调制算法，支持灵活调整采样频率与扩频速率。
2. 相关特性分析：计算并展示BOC信号特有的多峰自相关函数，直观呈现主峰窄化及副峰分布特征。
3. 频域综合评估：结合周期图法（Welch法）实测功率谱与理论数学模型，验证信号频谱的分裂特性及能量分布。
4. 码跟踪性能仿真：模拟延迟锁定环（DLL）的非相干判别过程，生成不同相关器间距下的鉴相器S曲线。
5. 多径鲁棒性测试：建立了多径误差包络模型，定量分析不同延迟和相位条件下的码跟踪误差波动。

使用方法

1. 确保计算机已安装MATLAB开发环境。
2. 将程序源代码保存在MATLAB当前工作路径下。
3. 在命令行窗口输入主程序名运行。
4. 程序将自动生成包含时域波形、自相关函数、功率谱、S曲线及多径包络的综合可视化图窗。
5. 用户可通过修改源码顶部的参数（如fsc、fc、alpha等）来观测不同BOC参数组合或多径强度下的性能变化。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
2. 必备工具箱：Signal Processing Toolbox（用于功率谱密度计算及信号处理函数）。
3. 硬件配置：基础运算配置即可，建议内存4GB以上以确保平滑绘图。

实现逻辑与功能细节

1. 信号合成逻辑

程序首先初始化基准频率（1.023 MHz）和采样率（40 MHz）。通过一个基于10位反馈移位寄存器（G1与G2线性序列）的逻辑生成PRN 1号C/A码。生成的码序列经过上采样处理，使其每个码片包含对应的采样点数。随后，利用符号函数（sign）生成与副载波频率一致的方波，与PRN码相乘完成Sin-BOC调制。

2. 功率谱密度（PSD）分析

实现中对比了两种分析手段：

• 实测法：使用Welch平均周期图法对时域信号进行变换，反映真实采样下的频谱形状。
• 理论法：基于BOC信号的闭式功率谱密度公式，考虑sinc函数与正切函数的组合特征。理论模型明确展示了由于副载波存在导致的频谱中心剥离和侧瓣能量增强。

3. 鉴相器S曲线计算

为了模拟接收机码跟踪环路的工作原理，程序实现了不同早迟相干间距（d = 0.1, 0.2, 0.5 码片）下的鉴相输出计算。通过在相关函数上选取“早”和“迟”两个采样点并求差，生成S曲线。该功能揭示了BOC信号在相关间距较大时可能出现的伪锁定点（非零均值点），这对于设计抗模糊算法至关重要。

4. 多径误差包络仿真

程序模拟了存在一个反射多径信号的环境。通过设定多径与直射径的幅度比（alpha=0.5）以及0到1.5个码片范围内的延迟变化，计算环路达到平衡（鉴相器输出为零）时的码偏差。分别针对同相（0度）和反相（180度）两种极端多径相位情况生成包络线，定量展示了BOC信号对多径干扰的敏感程度。

关键函数与算法分析

1. C/A码生成算法（generate_ca_code）：严格遵循GPS标准定义，通过两个10位移位寄存器的状态转移和特定抽头取模运算，生成周期为1023的伪随机序列，体现了扩频通信的基础特征。
2. 自相关插值算法（get_acf_val）：由于仿真步长限制，程序采用线性插值技术（Interp1）在离散的相关值中获取精确的码相位偏差对应值，补偿了有限采样频率带来的量化误差。
3. 多径判别函数（dll_disc_multipath）：该算法构建了复合信号模型，将直射径与含有相位的多径信号叠加后的相关特性进行建模，是评估接收机在复杂环境下稳定性的核心公式。
4. 零点搜索算法（find_dll_zero）：采用改进的数值搜索法，在码相位偏差范围内寻找鉴相器的平衡点。通过计算最小绝对值索引，高效找寻跟踪环路的稳定工作点，用于绘制误差包络。