基于msk擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，該方法基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)，將信號(hào)的基帶測(cè)距偽碼嵌入到通信信息碼中，在接收端測(cè)距，在整個(gè)過(guò)程采用兩次粗測(cè)距和一次精測(cè)距的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)距，同時(shí)還在碼元同步過(guò)程中采用新的濾波方式。本發(fā)明的有益效果在于：在不增加通信信道帶寬，不改變?cè)械男畔⑺俾?、擴(kuò)頻碼元速率和MSK調(diào)制模式的情況下，將測(cè)距幀嵌在信息幀中，簡(jiǎn)便快速實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離和高精度測(cè)距。由于系統(tǒng)工作在擴(kuò)頻調(diào)制的模式下，具有較強(qiáng)的抗干擾能力和抗捕獲能力。通過(guò)在碼元同步方法中采用了改進(jìn)型的濾波方法來(lái)減小位同步脈沖的相位偏離過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)縮短相位調(diào)整時(shí)間。
【專利說(shuō)明】基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的無(wú)線電測(cè)距方法主要有:偽碼測(cè)距、連續(xù)波測(cè)距、調(diào)頻測(cè)距、脈沖測(cè)距和多音相位測(cè)距。
[0003]在傳統(tǒng)的測(cè)距方法中，到達(dá)時(shí)間法應(yīng)用很廣泛，通過(guò)測(cè)量電波到達(dá)天線的時(shí)延來(lái)估計(jì)距離。因?yàn)殡姴ㄔ诳諝庵械膫鞑ニ俣仁呛愣ǖ?，因此只要獲得時(shí)延值，就可以得到測(cè)量距離。
[0004]測(cè)距系統(tǒng)采用測(cè)距機(jī)和應(yīng)答機(jī)，測(cè)距機(jī)發(fā)射當(dāng)測(cè)距機(jī)發(fā)射的測(cè)距信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射通道傳輸，空間傳輸，應(yīng)答機(jī)響應(yīng)，接收通道接收回應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，應(yīng)答信號(hào)與測(cè)距信號(hào)雖然內(nèi)容完全一致，但是兩者已經(jīng)出現(xiàn)了時(shí)間差，通過(guò)時(shí)間差來(lái)測(cè)算距離。測(cè)距機(jī)接收應(yīng)答機(jī)返回的應(yīng)答幀，同樣完成載波同步，碼元同步，解擴(kuò)，解調(diào)，完成應(yīng)答幀信息提取。
[0005]偽碼測(cè)距具有很強(qiáng)的抗干擾能力，良好的低截獲特性，受到廣泛關(guān)注。影響偽碼測(cè)距精度的因素有:偽隨機(jī)碼的碼片寬度，跟蹤偽碼相位的準(zhǔn)確度以及突發(fā)測(cè)距的時(shí)間。偽碼測(cè)距受到處理芯片采樣率、碼片長(zhǎng)度、信號(hào)帶寬的限制，若采樣率提高會(huì)大大增加硬件成本，若選用的擴(kuò)頻碼過(guò)長(zhǎng)，會(huì)增加信號(hào)計(jì)算的難度和延長(zhǎng)信息處理時(shí)間，若提高碼片速率則需要增加信號(hào)帶寬，因此，在傳統(tǒng)的方法中，不能做到既長(zhǎng)距離又高精度的測(cè)距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種不增加帶寬、不改變?cè)畔⑺俾?、擴(kuò)頻碼元速率基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離高精度的測(cè)量。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，包括以下步驟，
[0008]步驟一、測(cè)距機(jī)將基帶測(cè)距偽碼與通信信息碼一起組幀打包成為測(cè)距幀；
[0009]步驟二、測(cè)距幀信號(hào)通過(guò)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，MSK調(diào)制，測(cè)距機(jī)完成測(cè)距幀的發(fā)送；
[0010]步驟三、應(yīng)答機(jī)接收到測(cè)距幀后完成載波跟蹤、MSK解調(diào)、解擴(kuò)、碼元同步，提取測(cè)距幀信息，同時(shí)根據(jù)碼元同步的相位鎖定過(guò)程提取測(cè)距幀的同步時(shí)鐘，完成時(shí)鐘再生；
[0011]步驟四、應(yīng)答機(jī)應(yīng)用再生的時(shí)鐘發(fā)送應(yīng)答幀，應(yīng)答幀的內(nèi)容與測(cè)距幀的內(nèi)容一致，發(fā)送的應(yīng)答幀通過(guò)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻、MSK調(diào)制，完成應(yīng)答幀的發(fā)送；
[0012]步驟五、測(cè)距機(jī)接收應(yīng)答機(jī)返回的應(yīng)答幀，完成載波跟蹤、MSK解調(diào)、解擴(kuò)、碼元同步，提取應(yīng)答幀信息，完成接收再生時(shí)鐘；
[0013]步驟六、根據(jù)步驟五接收到的信息與步驟一組幀前的信息進(jìn)行相位比對(duì)，計(jì)算距離差。
[0014]優(yōu)選地，步驟一中的基帶測(cè)距偽碼嵌在通信信息碼之后，基帶測(cè)距偽碼前后都有保護(hù)位。
[0015]優(yōu)選地，MSK調(diào)制采用預(yù)編碼正交調(diào)制方式，MSK解調(diào)采用正交解調(diào)方法。
[0016]優(yōu)選地，正交解調(diào)方法包括以下步驟:
[0017]步驟一、中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字正交下變頻模塊；
[0018]步驟二、正交信號(hào)分別經(jīng)過(guò)低通濾波器，形成I路、Q路基帶信號(hào)；
[0019]步驟三、根據(jù)I路、Q路基帶信號(hào)計(jì)算出信號(hào)的瞬時(shí)相位與頻差，完成解調(diào)。
[0020]優(yōu)選地，上述步驟六計(jì)算距離差過(guò)程包括以下步驟，
[0021]步驟一、解調(diào)出的基帶偽碼與本地基帶偽碼匹配濾波，通過(guò)匹配相關(guān)計(jì)算出相關(guān)峰相對(duì)于測(cè)距幀的相關(guān)峰的延遲計(jì)數(shù)，計(jì)算出碼片整周期的偽碼延遲值的Tl，完成第一次粗測(cè)量。
[0022]步驟二、通過(guò)碼元同步，判決出每個(gè)擴(kuò)頻碼片的最佳采樣點(diǎn)，通過(guò)最佳采樣點(diǎn)采樣判決出擴(kuò)頻碼，與本地?cái)U(kuò)頻碼匹配相關(guān)，通過(guò)匹配相關(guān)計(jì)算出相關(guān)峰相對(duì)于發(fā)射的測(cè)距幀的相關(guān)峰的延遲計(jì)數(shù)，計(jì)算出碼片整周期的偽碼延遲值T2，完成第二次粗測(cè)量。
[0023]步驟三、通過(guò)碼元同步鎖相計(jì)算出測(cè)距機(jī)接收的應(yīng)答幀擴(kuò)頻碼相位相對(duì)于測(cè)距機(jī)發(fā)送的測(cè)距幀的擴(kuò)頻碼相位的延遲值T3，完成精測(cè)量。
[0024]步驟四、根據(jù)L=l/(T1+T2+T3-Tdly)計(jì)算出實(shí)際距離值，其中Tdly為整個(gè)信號(hào)在物理信道中傳輸?shù)难舆t值和信號(hào)處理時(shí)延。
[0025]優(yōu)選地，其中步驟三和步驟五所述的碼元同步中包括濾波方法，所述濾波方法包括以下步驟:
[0026]步驟一、檢測(cè)到連續(xù)的超前或滯后脈沖時(shí)，隨機(jī)徘徊濾波器工作；
[0027]步驟二、當(dāng)繼續(xù)檢測(cè)到連續(xù)的超前或滯后脈沖時(shí)，調(diào)整脈沖直接通過(guò)兩個(gè)與門輸出；
[0028]步驟三、檢測(cè)到零星的隨機(jī)出現(xiàn)的超前或滯后脈沖時(shí)，脈沖使觸發(fā)器置零，關(guān)閉兩個(gè)與門。
[0029]本發(fā)明的有益效果:在不增加通信信道帶寬，不改變?cè)械男畔⑺俾?、擴(kuò)頻碼元速率和MSK調(diào)制模式的情況下，將測(cè)距幀嵌在信息幀中，簡(jiǎn)便快速實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離和高精度測(cè)距。由于系統(tǒng)工作在擴(kuò)頻調(diào)制的模式下，具有較強(qiáng)的抗干擾能力和抗捕獲能力。通過(guò)在碼元同步方法中采用了改進(jìn)型的濾波方法來(lái)減小位同步脈沖的相位偏離過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)縮短相位調(diào)整時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]圖1為本發(fā)明中測(cè)距幀的組成結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖2為本發(fā)明測(cè)距原理框圖。
[0033]圖3為計(jì)算距離差的過(guò)程示意圖。
[0034]圖4為MSK正交調(diào)制框圖。
[0035]圖5為MSK正交解調(diào)框圖。
[0036]圖6隨機(jī)徘徊濾波器的原理圖。
[0037]圖7為改進(jìn)型隨機(jī)徘徊濾波器原理圖。[0038]圖8為碼元同步原理框圖。
[0039]圖9為測(cè)距機(jī)和應(yīng)答機(jī)相同部分的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0041]實(shí)施例:基于MSK(二進(jìn)制頻移鍵控)擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，是在FPGA中實(shí)現(xiàn)的，信號(hào)進(jìn)行MSK擴(kuò)頻調(diào)制后進(jìn)行兩次粗測(cè)距和一次精測(cè)距相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0042]為了實(shí)現(xiàn)測(cè)距幀測(cè)距和信息通信的通道復(fù)用，將測(cè)距幀嵌在數(shù)據(jù)幀之后，其前后都有保護(hù)位，這樣的組幀結(jié)構(gòu)可以在不改變信號(hào)傳輸速率、調(diào)制方式、帶寬等的情況下，完成測(cè)距。測(cè)距幀的組成如圖1所示。在系統(tǒng)組網(wǎng)方案中，根據(jù)需要，考慮其截短基帶測(cè)距偽碼長(zhǎng)度或者多次循環(huán)基帶測(cè)距偽碼的方案，也可以在此基礎(chǔ)上稍做修改，便可以完成更遠(yuǎn)距離的測(cè)距。
[0043]測(cè)距原理如圖2所示:在接收端測(cè)距，采用兩次粗測(cè)距與一次精測(cè)距結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)測(cè)距，具體步驟如下:
[0044]( I )、測(cè)距機(jī)將基帶測(cè)距偽碼與通信信息碼一起組幀打包組成測(cè)距幀；
[0045](2)、測(cè)距幀信號(hào)通過(guò)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，MSK調(diào)制，測(cè)距機(jī)完成測(cè)距幀的發(fā)送；
[0046](3)、應(yīng)答機(jī)接收到測(cè)距幀完成載波跟蹤，MSK解調(diào)，解擴(kuò)，碼元同步，完成測(cè)距幀信息的提取，同時(shí)根據(jù)碼元同步的相位鎖定過(guò)程提取測(cè)距幀的同步時(shí)鐘，完成時(shí)鐘再生；
[0047](4)、應(yīng)答機(jī)應(yīng)用再生的時(shí)鐘發(fā)送應(yīng)答幀，應(yīng)答幀的內(nèi)容與測(cè)距幀的內(nèi)容完全一致。發(fā)送應(yīng)答幀通過(guò)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻、MSK調(diào)制，擴(kuò)頻和MSK調(diào)制方式與步驟(2)中的擴(kuò)頻、調(diào)制方式完全相同；
[0048](5)、測(cè)距機(jī)接收應(yīng)答機(jī)返回的應(yīng)答幀，完成載波跟蹤，MSK解調(diào)，解擴(kuò)，碼元同步，完成應(yīng)答幀信息提取，其過(guò)程和步驟(3) —樣；
[0049](6)、根據(jù)步驟(5)得到的信息與步驟(I)組幀前的信息進(jìn)行相位比對(duì)，計(jì)算距離差。
[0050]其中步驟(6)中的計(jì)算距離差的過(guò)程分為4步，如圖3所示:
[0051](I)、解調(diào)出的基帶偽碼與本地基帶偽碼匹配濾波，通過(guò)匹配相關(guān)計(jì)算出相關(guān)峰相對(duì)于測(cè)距幀的相關(guān)峰的延遲計(jì)數(shù)，便可以求出碼片整周期的偽碼延遲值的Tl，完成第一次粗測(cè)量。
[0052](2)、通過(guò)碼元同步，可以判決出每個(gè)擴(kuò)頻碼片的最佳采樣點(diǎn)，通過(guò)最佳采樣點(diǎn)采樣判決出擴(kuò)頻碼，與本地?cái)U(kuò)頻碼匹配相關(guān)，通過(guò)匹配相關(guān)計(jì)算出相關(guān)峰相對(duì)于發(fā)射的測(cè)距幀的相關(guān)峰的延遲計(jì)數(shù)，便可以求出碼片整周期的偽碼延遲值T2，完成第二次粗測(cè)量。
[0053](3)、最后通過(guò)碼元同步鎖相計(jì)算出測(cè)距機(jī)接收的應(yīng)答幀擴(kuò)頻碼相位相對(duì)于測(cè)距機(jī)發(fā)送的測(cè)距幀的擴(kuò)頻碼相位的延遲值T3，完成精測(cè)量。
[0054](4)、混頻只改變頻率不改變相位。實(shí)際距離值L=I/ (Tl+T2+T3-Tdly)，其中Tdly為整個(gè)信號(hào)在物理信道中傳輸?shù)难舆t值和信號(hào)處理時(shí)延。Tdly值包括測(cè)距機(jī)收發(fā)通道延遲，應(yīng)答機(jī)收發(fā)通道延遲，應(yīng)答機(jī)信號(hào)處理，測(cè)距機(jī)信號(hào)處理延遲等。Tdly值可以通過(guò)實(shí)測(cè)和計(jì)算結(jié)合得到準(zhǔn)確的值，其中實(shí)測(cè)值為測(cè)距機(jī)初始的校準(zhǔn)值。
[0055]通過(guò)上述四步，完成計(jì)算距離的過(guò)程。由于測(cè)距信號(hào)之前有保護(hù)位，碼元同步和載波同步在進(jìn)行測(cè)距信號(hào)到來(lái)的時(shí)候已經(jīng)同步，因此不需要再考慮同步的時(shí)間。
[0056]碼元同步跟蹤環(huán)相位誤差的均值E(Te/Tc)=0，應(yīng)用多次測(cè)量平均會(huì)使誤差減小。由誤差理論可知，在測(cè)量次數(shù)n〈=10時(shí)，多次測(cè)量的平均誤差為δ/W，，當(dāng)η大于10以后，平均誤差減小明顯變緩。在工程中保證群延遲不過(guò)大的情況下取η>=25，測(cè)距精度提高4倍。
[0057]為了節(jié)省帶寬，采用MSK調(diào)制方式，該波形的時(shí)域相應(yīng)函數(shù)為:
[0058]
【權(quán)利要求】
1.基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟一、測(cè)距機(jī)將基帶測(cè)距偽碼與通信信息碼一起組幀打包成為測(cè)距幀； 步驟二、測(cè)距幀信號(hào)通過(guò)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，MSK調(diào)制，測(cè)距機(jī)完成測(cè)距幀的發(fā)送； 步驟三、應(yīng)答機(jī)接收到測(cè)距幀后完成載波跟蹤、MSK解調(diào)、解擴(kuò)、碼元同步，提取測(cè)距幀信息，同時(shí)根據(jù)碼元同步的相位鎖定過(guò)程提取測(cè)距幀的同步時(shí)鐘，完成時(shí)鐘再生； 步驟四、應(yīng)答機(jī)應(yīng)用再生的時(shí)鐘發(fā)送應(yīng)答幀，應(yīng)答幀的內(nèi)容與測(cè)距幀的內(nèi)容一致，發(fā)送的應(yīng)答幀通過(guò)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻、MSK調(diào)制，完成應(yīng)答幀的發(fā)送； 步驟五、測(cè)距機(jī)接收應(yīng)答機(jī)返回的應(yīng)答幀，完成載波跟蹤、MSK解調(diào)，解擴(kuò)，碼元同步，提取應(yīng)答幀信息,完成接收再生時(shí)鐘； 步驟六、根據(jù)步驟五接收到的信息與步驟一組幀前的信息進(jìn)行相位比對(duì)，計(jì)算距離差。
2.如權(quán)利要求1所述的基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，其特征在于:所述步驟一中的基帶測(cè)距偽碼嵌在通信信息碼之后，基帶測(cè)距偽碼前后都有保護(hù)位。
3.如權(quán)利要求1所述的基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，其特征在于:所述MSK調(diào)制采用預(yù)編碼正交調(diào)制方式，所述MSK解調(diào)采用正交解調(diào)方法。
4.如權(quán)利要求3所述的基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，其特征在于:所述正交解調(diào)方法包括以下步驟: 步驟一、中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字正交下變頻模塊； 步驟二、正交信號(hào)分別經(jīng)過(guò)低通濾波器，形成I路、Q路基帶信號(hào)； 步驟三、根據(jù)I路、Q路基帶信號(hào)計(jì)算出信號(hào)的瞬時(shí)相位與頻差，完成MSK解調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，其特征在于:所述步驟六計(jì)算距離差過(guò)程包括以下步驟， 步驟一、解調(diào)出的基帶偽碼與本地基帶偽碼匹配濾波，通過(guò)匹配相關(guān)計(jì)算出相關(guān)峰相對(duì)于測(cè)距幀的相關(guān)峰的延遲計(jì)數(shù)，計(jì)算出碼片整周期的偽碼延遲值的Tl，完成第一次粗測(cè)量; 步驟二、通過(guò)碼元同步，判決出每個(gè)擴(kuò)頻碼片的最佳采樣點(diǎn)，通過(guò)最佳采樣點(diǎn)采樣判決出擴(kuò)頻碼，與本地?cái)U(kuò)頻碼匹配相關(guān)，通過(guò)匹配相關(guān)計(jì)算出相關(guān)峰相對(duì)于發(fā)射的測(cè)距幀的相關(guān)峰的延遲計(jì)數(shù)，計(jì)算出碼片整周期的偽碼延遲值T2，完成第二次粗測(cè)量； 步驟三、通過(guò)碼元同步鎖相計(jì)算出測(cè)距機(jī)接收的應(yīng)答幀擴(kuò)頻碼相位相對(duì)于測(cè)距機(jī)發(fā)送的測(cè)距幀的擴(kuò)頻碼相位的延遲值T3，完成精測(cè)量； 步驟四、根據(jù)L=l/(T1+T2+T3-Tdly)計(jì)算出實(shí)際距離值，其中Tdly為整個(gè)信號(hào)在物理信道中傳輸?shù)难舆t值和信號(hào)處理時(shí)延。
6.如權(quán)利要求1中所述的基于MSK擴(kuò)頻調(diào)制模式的相參偽碼測(cè)距方法，其特征在于:其中步驟三和步驟五所述的碼元同步中包括濾波方法，所述濾波方法包括以下步驟: 步驟一、檢測(cè)到連續(xù)的超前或滯后脈沖時(shí)，隨機(jī)徘徊濾波器工作； 步驟二、當(dāng)繼續(xù)檢測(cè)到連續(xù)的超前或滯后脈沖時(shí)，調(diào)整脈沖直接通過(guò)兩個(gè)與門輸出； 步驟三、檢測(cè)到零星的隨機(jī)出現(xiàn)的超前或滯后脈沖時(shí)，脈沖使觸發(fā)器置零，關(guān)閉兩個(gè)與門。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK103533651SQ201310526918
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】折衛(wèi)東, 喻娜, 程皓, 蘇瑩, 余擎陽(yáng) 申請(qǐng)人:成都航天通信設(shè)備有限責(zé)任公司