为提高师生对北斗卫星系统相关技术的了解和学术兴趣，2024年5月22日，我院邀请了武汉大学卫星导航定位技术研究中心郭文飞教授，做了名为“GNSS接收机阵列信号载波相位联合跟踪技术”的学术讲座。北斗学院院长田茂教授、全体教师以及导航、通信工程专业学生聆听了本次讲座，现场讨论气氛热烈，北斗学院师生表示收获颇丰。

一、卫星导航接收机阵列信号处理研究现状

随着卫星导航技术应用范围的逐渐拓展，其在复杂信号环境下的导航、定位与授时需求日益增加。卫星导航天线阵接收机可在空域对信号进行滤波处理，通过阵列处理技术，可有效提高自身的接收信号增益和抗干扰能力，因此在众多领域得到了应用。然而目前卫星导航阵列信号处理大都针对强干扰的抑制，相关前对中频信号进行处理，然后再进入传统接收机基带信号处理流程。这种处理方式难以对信号载波相位进行精细合成，不能有效应用于对载波相位要求精度较高的领域，因此需要深入研究适用于高精度观测的阵列信号处理方法。

二、阵列信号相位合成方法

针对弱信号环境下输入到卫星导航接收机基带处理部分的中频信号质量低，难以实现信号相位的连续稳定跟踪问题，报告介绍了一种基于最小均方误差准则的信号互相关相位合成方法(Cross-correlation Phase Combining，CPC)。该方法以合成信号载噪比作为目标函数，估计阵元信号之间的载波相位差，然后利用阵列信号之间的相干性，对来自同一卫星的信号进行相干合成，从而提高接收信号的增益。该方法是利用频谱合成获取天线信号之间的相位差，相较于传统阵列信号处理技术利用互相关矩阵对信号相位差进行分析，其方法简单易实现且计算量较小。在相位差获取过程中，不需要外部信号源输入，只利用接收到的阵列信号进行统计分析，因此该方法适用于分布式天线阵列。仿真结果表明，在使用六元分布式天线阵列，算法在输入信号为32dB-Hz时，提高信号载噪比约6dB。

三、阵列信号载波相位联合跟踪方法

面向利用多天线信号之间的载波相位进行定向测姿的应用，针对复杂信号环境下接收信号质量差导致信号跟踪性能下降的问题，报告讲解了一种基于动态分解的阵列信号载波联合跟踪方法。该方法利用阵列信号动态之间具有强相关性的特点，对多天线之间的动态多普勒进行联合估计跟踪，从而消除每个天线的动态性，再对每个阵元的接收信号进行低带宽精细跟踪，最终达到提高跟踪灵敏度的目的。在对动态多普勒进行跟踪时，采用极大似然估计器(Maximum Likelihood Estimation，MLE)和扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter，EKF)进行精密估计，并对单个阵元信号的跟踪进行辅助，而对残余载波相位使用低带宽锁相环以提高跟踪灵敏度，从而实现多天线协同的载波相位联合跟踪。方法对相关后信号进行处理，符合卫星导航直接序列扩频的信号特性，更适合作为阵列信号处理优化目标。仿真结果表明，相较于各阵元独立跟踪环路，跟踪环路可实现24dB-Hz的联合跟踪。

报告以GNSS仿真信号生成器采集的四元阵列信号为例，展示了对载波联合跟踪方法进行了实验验证与分析所得的实验结果：与单路信号相比，载波联合跟踪方法利用信号之间的相关性，可以有效提高观测值的准确性。

四、总结与讨论

北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。北斗系统的建设和发展与通信电子，以及信号处理的相关知识紧密相关。

在报告后，郭老师对北斗/GNSS相关技术进行了讲解，引导同学们思考自己所学的知识与前沿技术的相关性，主动参与到力所能及的科研工作中来，抓住北斗应用与产业化发展的机遇，为社会发展和技术进步做出贡献。通过本次讲座，北斗学院的老师和同学们对北斗技术有了进一步的了解，开阔了学术视野，树立了科研意识和志向。