姚铮博士的研究方向为导航信号处理。研究内容以卫星导航系统的下行信号为核心，紧密围绕信号的产生、传输、接收展开，主要包括下一代导航信号体制设计、导航信号多径抑制、新体制导航信号接收方法、实时软件接收机技术，陆基无线电导航系统设计，以及多用户协作定位技术等。

（一）下一代导航信号体制设计

信号体制是卫星导航系统的三大核心技术之一，信号的潜在性能决定了导航系统的先天性能。研究工作面向2020年后的PNT（定位、导航、授时）需求，为正在建设中的新一代卫星导航系统设计信号，以解决测距性能提升与功率带宽受限之间的矛盾，并为下一代导航卫星设计高灵活性的星上可重构信号生成技术。

十三五期间，在国家重大专项和国家自然科学基金项目的支持下，为北斗三号全球系统设计了两种新型卫星导航信号结构——正交复用二进制偏移载波调制（QMBOC）以及非对称恒包络二进制偏移载波调制（ACE-BOC）信号。这两种信号均能够在发射/接收带宽和发射功率受限的条件下最大程度满足定位服务的多样性，并同时提高用户的测距性能。其中ACE-BOC信号在同等发射功率条件下，与同频段的Galileo和新一代GPS的信号测相比，测距精度提高了33%，接收灵敏度提升了1.76 dB。

图1  多频联合调制复用原理示意

（二）区域无线电定位系统设计

面向卫星导航拒止条件，并兼顾卫星导航服务盲区有人、无人智能无人系统对精准、可靠、安全的定位、导航与授时服务的迫切需求，从功率和频谱资源的高效利用和恶劣环境下时空基准的建立与维持两方面入手，开展区域定位系统信号处理和信息处理关键技术研究，提升区域定位系统的时空信息服务性能。

十三五期间，在国家专项资助下开展了区域无线电定位系统关键技术研究，所提出的信号体制解决了地基导航系统的远近效应问题，并突破了TH-DSSS信号高精度相位锁定、收发一体伪卫星的快速组网及时间同步等多项核心关键技术。基于上述研究，研制开发了高精度区域定位系统原型，并开展了有线测试和小规模外场测试，测距精度和组网精度指标均达到国际领先水平。

（三）新体制导航信号接收方法研究

针对下一代导航系统普遍采用的谱分裂（Spectrum Split）调制和数据导频分离的信号结构，研究相应的信号捕获、跟踪、多径抑制等技术。在BOC、MBOC、AltBOC等新型信号的无模糊处理及多径抑制方面获突破性进展。研究工作得到了国家重大专项、国家自然科学基金、863计划、科技部国家重大仪器专项、教育部博士点基金、企业合作等资助。

图2  所提出的BOC信号抗多径方法的多径抑制效果

（四）实时GNSS软件接收机技术

作为STARx (Software-defined Tunable All-GNSS Receiver) Project负责人、国际卫星导航SDR元数据标准化工作组成员，瞄准未来导航接收机处理架构的变革趋势，研究基于软件无线电架构的实时导航接收机。

2013年带领小组研制成功国际上第一个可同时接收5大卫星导航系统（GPS、GLONASS、Galileo、北斗、日本准天顶系统）全部16种民用信号并联合定位的实时软件接收机（图3(a)），于2013年5月5日凌晨，在中国境内首次接收到在轨的4颗Galileo卫星信号并实现三维定位，验证了Galileo信号的实际服务精度，并为北斗全球信号设计提供参考。试验结果获得欧洲空间局（ESA）颁布的证书（图3(b)），并得到中央电视台新闻、北斗卫星导航系统官方主页、清华头条新闻、IEEE Spectrum中文版的报导。

近年来，北斗重大专项的多项关键技术攻关课题的研究在STARx上开展，取得了很好的效果。STARx还被航天科技514研究所选定为北斗重大专项信号源专题的测试验收设备。

(a)  STARx架构

(b)  欧洲空间局（ESA）颁发的证书

图3  实时GNSS软件接收机技术

（五）GNSS多用户协作定位技术

针对未来北斗卫星导航系统中群体性较强的位置服务应用等需求，对GNSS多用户点对点协作定位技术开展预先研究，以改善恶劣环境中卫星导航的定位服务质量。重点包括接收机之间有效协作方式的探索、交互数据的内容和格式的确定、协作的安全性问题等在内的一系列关键技术。

图4  GNSS多用户协作定位示意图