一種基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)偏移載波調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法，具體涉及一種基于正弦脈沖三級(jí) 符號(hào)偏移載波調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)航調(diào)制信號(hào)波形是導(dǎo)航信號(hào)體制設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，信號(hào)波形通過(guò)影響導(dǎo)航信 號(hào)的自相關(guān)函數(shù)和功率譜，進(jìn)而影響導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。為了使多種信號(hào)可以更好地共享 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System, GNSS)的有限頻段，同時(shí)進(jìn) 一步提高信號(hào)的測(cè)距精度及抗干擾性能，新的信號(hào)調(diào)制方式不斷呈現(xiàn)。二進(jìn)制偏移載波 (Binary Offset Carrier, BOC (n, m))是一種能夠滿足上述要求的新型調(diào)制方式，其中擴(kuò)頻 碼頻率為mX I. 023MHz，子載波頻率為nX I. 023MHz，其實(shí)現(xiàn)方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)Betz. J，"The Offset Carrier Modulation for GPS Modernization, '，ION NTM, San Diego, CA, January 25-27, 1999.
[0003] Betz. J在文獻(xiàn)"Binary Offset Carrier Modulations for Radionavigation, % avigation: Journal of the Institute of Navigation, vol. 48, No. 4, Winter 2001-2002. 中指出，在同一波段、占用相同帶寬以及對(duì)信號(hào)發(fā)射器和接收機(jī)做同樣簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的條件下， BOC調(diào)制信號(hào)的性能比BPSK調(diào)制信號(hào)更優(yōu)越。BOC調(diào)制目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于GPS、Galileo 和Compass等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中。
[0004] 隨著衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)數(shù)量的不斷增加，頻譜資源緊張，在有限帶寬下提高信號(hào)性能 以及減小相鄰信號(hào)間的干擾成為目前的研究重點(diǎn)。文章中給出的BOC調(diào)制方法會(huì)帶來(lái)帶 外大幅度旁瓣使功放效率降低，且信號(hào)的碼跟蹤性能、抗多徑和抗干擾能力仍不夠理想，因 此本發(fā)明提出一種基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)偏移載波調(diào)制方法（Sinusoidal Three-levels Offset Carrier，ST0C(n，m，P))，其中子載波信號(hào)可取值為±1和0,且±1信號(hào)波形由正 弦脈沖表示，該方法可以靈活調(diào)整子載波信號(hào)波形碼片時(shí)間占空比，為導(dǎo)航信號(hào)的設(shè)計(jì)提 供了更多的選擇，并通過(guò)所選適當(dāng)?shù)膮?shù)，可以靈活調(diào)節(jié)信號(hào)功率譜的主瓣及旁瓣的分裂 程度，使得導(dǎo)航信號(hào)具有良好的碼跟蹤性能、抗干擾和抗多徑能力、與其它系統(tǒng)信號(hào)兼容能 力，對(duì)于提升衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航和定位性能有重要的意義，同時(shí)也為我國(guó)未來(lái)Compass 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)波形設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種可以靈活調(diào)節(jié)信號(hào)功率譜的主瓣及旁瓣的分裂程度， 使得導(dǎo)航信號(hào)具有良好的碼跟蹤性能、抗干擾和抗多徑能力、與其它系統(tǒng)信號(hào)兼容能力的 基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)偏移載波調(diào)制方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] (1)首先確定擴(kuò)頻碼周期T。，子載波周期Ts。，正弦脈沖時(shí)間寬度占空比P，正弦 或余弦相位子載波調(diào)制方式，構(gòu)造出一種基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦或余弦相位子載波信 號(hào)，具體表不為：
[0008] 基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦相位子載波信號(hào)Xs sub (t，P )為：
[0009]
[0010] 基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)余弦相位子載波信號(hào)X。sub (t，P )為：
[0011]
[0012] 其中Ρτ (t，P )是時(shí)間寬度為P τ的正弦脈沖波形，即
^ sign (t)為符號(hào)函數(shù)，SP
[0013] (2)根據(jù)確定的擴(kuò)頻碼周期T。，子載波周期Ts。，利用偽隨機(jī)序列對(duì)導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行 擴(kuò)頻，然后將得到的擴(kuò)頻信號(hào)與步驟（1)所確定的正弦或余弦相位子載波信號(hào)進(jìn)行時(shí)域 相乘，得到一種基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦或余弦相位偏移載波基帶調(diào)制信號(hào)，具體表示 為：
[0014] 基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦相位偏移載波基帶調(diào)制信號(hào)SST__ p)⑴為：
[0015]
[0016] 基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)余弦相位偏移載波基帶調(diào)制信號(hào) ^STOCc (n, m, P ) ⑴為：
[0017]
[0018] 其中d(t)為導(dǎo)航信號(hào)數(shù)據(jù)通道信息；&1是偽隨機(jī)擴(kuò)頻序列的第1個(gè)擴(kuò)頻碼；L為 偽隨機(jī)序列的碼片長(zhǎng)度；rect (t)是矩形門函數(shù)，BP

[0019] (3)將步驟（2)所述的一種基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦或余弦相位偏移載波基帶 調(diào)制信號(hào)進(jìn)行正交支路的載波調(diào)制，得到基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦或余弦相位偏移載波 調(diào)制信號(hào)，具體表示為：
[0020] 基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦相位偏移載波調(diào)制信號(hào)p) (t，P )為：
[0021] CN 105137455 A 說(shuō)明書 3/8 頁(yè)
[0022] 基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)余弦相位偏移載波調(diào)制信號(hào)MST^ninii p) (t，P )為：
[0023]
[0024] 其中d(t)為導(dǎo)航信號(hào)數(shù)據(jù)通道信息；p(t)為導(dǎo)頻通道信息，取值為全+1或-I ;ai 是同相支路偽隨機(jī)擴(kuò)頻序列的第1個(gè)擴(kuò)頻碼；bk是正交支路偽隨機(jī)擴(kuò)頻序列的第k個(gè)擴(kuò)頻 碼；是載波頻率。
[0025] (4)將步驟（3)中得到的基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)偏移載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航信號(hào) 的性能評(píng)估，若信號(hào)的碼跟蹤精度、抗多徑和兼容性不滿足所設(shè)計(jì)的導(dǎo)航系統(tǒng)性能需求及 約束條件，則返回步驟（1)，重新確定擴(kuò)頻碼周期T。，子載波周期T s。，正弦或余弦相位子載 波調(diào)制方式，以及正弦脈沖時(shí)間寬度占空比P。
[0026] 本發(fā)明還可以包括：
[0027] 所述的擴(kuò)頻碼頻率f。和子載波頻率f s。的取值為I. 023MHz的整數(shù)倍。
[0028] 所述的基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦相位偏移載波基帶調(diào)制信號(hào)功率譜密度 ^STOCs (n, m, P ) (f)為：
[0029]
[0030] 所述的基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)余弦相位偏移載波基帶調(diào)制信號(hào)功率譜密度 ^STOCc (n, m, P ) (f)為：
[0031] UiN 丄 UiJlCU Λ J ^ 吁/ ο X
[0032] 其中h為調(diào)制指數(shù)，艮[
[0033] 本發(fā)明的方法的主要特點(diǎn)如下：
[0034] (1)信號(hào)設(shè)計(jì)的靈活性高：靈活調(diào)整正弦脈沖碼片時(shí)間占空比，為導(dǎo)航信號(hào)的設(shè) 計(jì)提供了更多的選擇，并通過(guò)所選適當(dāng)?shù)膮?shù)，可以靈活調(diào)節(jié)信號(hào)功率譜的主瓣及旁瓣的 分裂程度。
[0035] (2)跟蹤精度高：在接收機(jī)帶寬內(nèi)，本發(fā)明調(diào)制信號(hào)的功率譜具有分裂能力且幅 值較大，在帶寬受限的條件下，具有更高的Gabor帶寬與較低的碼跟蹤誤差。
[0036] (3)抗多徑能力強(qiáng)：本發(fā)明調(diào)制信號(hào)具有恒包絡(luò)特性，特別適合于采用高效非線 性放大器的功率和帶寬均受限的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，其多徑誤差包絡(luò)衰減的更快且幅度更低。
[0037] (4)兼容性高：本發(fā)明調(diào)制信號(hào)的功率譜旁瓣衰減速度更快且幅度更低，對(duì)同頻 段的其它導(dǎo)航信號(hào)干擾較小。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為STOC信號(hào)調(diào)制模型和實(shí)現(xiàn)方法流程圖；
[0039] 圖2為STOC信號(hào)子載波信號(hào)波形；
[0040] 圖3為STOC實(shí)施例信號(hào)在不同正弦脈沖時(shí)間占空比P下的功率譜密度；
[0041] 圖4為傳統(tǒng)的BOC和本發(fā)明所提的STOC實(shí)施例信號(hào)的功率譜密度；
[0042] 圖5為傳統(tǒng)的BOC和本發(fā)明所提的STOC實(shí)施例信號(hào)的Gabor帶寬；
[0043] 圖6為傳統(tǒng)的BOC和本發(fā)明所提的STOC實(shí)施例信號(hào)的碼跟蹤精度；
[0044] 圖7為傳統(tǒng)的BOC和本發(fā)明所提的STOC實(shí)施例信號(hào)的多徑誤差包絡(luò)；
[0045] 圖8為傳統(tǒng)的BOC和本發(fā)明所提的STOC實(shí)施例信號(hào)的平均多徑誤差。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0047] 圖1和圖2為本發(fā)明所提的STOC信號(hào)調(diào)制模型，實(shí)現(xiàn)方法流程圖以及子載波信 號(hào)波形，其中圖1中的各符號(hào)的定義如下：
[0048] d(t):導(dǎo)航信號(hào)數(shù)據(jù)通道信息；
[0049] p (t):導(dǎo)頻通道信息；
[0050] a1:同相支路的偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼序列；
[0051] b1:正交支路的偽隨機(jī)擴(kuò)頻碼序列；
[0052] rec(t):矩形門函數(shù)；
[0053] Xs sub (t，P ):所述的一種基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)正弦相位子載波信號(hào)波形；
[0054] Xe sub (t，P ):所述的一種基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)余弦相位子載波信號(hào)波形；
[0055] Msra (t，P ):所述的一種基于正弦脈沖三級(jí)符號(hào)偏移載波調(diào)制信號(hào)；
[0056] fc:擴(kuò)頻碼頻率；
[0057] fcar:載波頻率；
[0058] fsc:子載波頻率；
[0059] 結(jié)合圖1，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法如下：
[0060] (1)首先確定擴(kuò)頻碼頻率f·?；驍U(kuò)頻碼周期T。（頻率和周期互為倒數(shù)可任意確定其 中一個(gè)參數(shù)），子載波頻率f s?；蜃虞d波周期Ts。，正弦脈沖時(shí)間寬度占空比P以及