本發明專利技術的目的在于提出一種基于正弦脈沖三級符號偏移載波調制方法，其實現過程如下：首先確定擴頻碼頻率fc、子載波頻率fsc、正弦脈沖時間寬度占空比ρ以及正弦或余弦相位子載波調制方式，并構造出一種基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位子載波信號。然后利用偽隨機序列對導航信號進行擴頻，再進行子載波調制，最終將所得信號進行正交支路的載波調制。本方法產生的信號可以靈活調節信號功率譜的主瓣及旁瓣的分裂程度，使得導航信號具有良好的碼跟蹤性能、抗干擾和抗多徑能力、與其它系統信號兼容能力。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種衛星導航系統信號的實現方法，具體涉及一種基于正弦脈沖三級 符號偏移載波調制方法。
技術介紹
導航調制信號波形是導航信號體制設計中的關鍵環節，信號波形通過影響導航信 號的自相關函數和功率譜，進而影響導航系統的性能。為了使多種信號可以更好地共享 全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System, GNSS)的有限頻段，同時進 一步提高信號的測距精度及抗干擾性能，新的信號調制方式不斷呈現。二進制偏移載波 (Binary Offset Carrier, BOC (n, m))是一種能夠滿足上述要求的新型調制方式，其中擴頻 碼頻率為mX I. 023MHz，子載波頻率為nX I. 023MHz，其實現方法詳見文獻Betz. J，"The Offset Carrier Modulation for GPS Modernization, '，ION NTM, San Diego, CA, January 25-27, 1999. Betz. J在文獻"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信號發射器和接收機做同樣簡單設計的條件下， BOC調制信號的性能比BPSK調制信號更優越。BOC調制目前已經廣泛應用于GPS、Galileo 和Compass等全球衛星導航系統中。 隨著衛星導航信號數量的不斷增加，頻譜資源緊張，在有限帶寬下提高信號性能 以及減小相鄰信號間的干擾成為目前的研究重點。文章中給出的BOC調制方法會帶來帶 外大幅度旁瓣使功放效率降低，且信號的碼跟蹤性能、抗多徑和抗干擾能力仍不夠理想，因 此本專利技術提出（Sinusoidal Three-levels Offset Carrier，ST0C(n，m，P))，其中子載波信號可取值為±1和0,且±1信號波形由正 弦脈沖表示，該方法可以靈活調整子載波信號波形碼片時間占空比，為導航信號的設計提 供了更多的選擇，并通過所選適當的參數，可以靈活調節信號功率譜的主瓣及旁瓣的分裂 程度，使得導航信號具有良好的碼跟蹤性能、抗干擾和抗多徑能力、與其它系統信號兼容能 力，對于提升衛星導航系統的導航和定位性能有重要的意義，同時也為我國未來Compass 衛星導航系統的信號波形設計提供了一個新的選擇。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種可以靈活調節信號功率譜的主瓣及旁瓣的分裂程度， 使得導航信號具有良好的碼跟蹤性能、抗干擾和抗多徑能力、與其它系統信號兼容能力的 基于正弦脈沖三級符號偏移載波調制方法。 本專利技術的目的是這樣實現的： (1)首先確定擴頻碼周期T。，子載波周期Ts。，正弦脈沖時間寬度占空比P，正弦 或余弦相位子載波調制方式，構造出一種基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位子載波信 號，具體表不為： 基于正弦脈沖三級符號正弦相位子載波信號Xs sub (t，P )為： 基于正弦脈沖三級符號余弦相位子載波信號X。sub (t，P )為： 其中Ρτ (t，P )是時間寬度為P τ的正弦脈沖波形，即^ sign (t)為符號函數，SP (2)根據確定的擴頻碼周期T。，子載波周期Ts。，利用偽隨機序列對導航信號進行 擴頻，然后將得到的擴頻信號與步驟（1)所確定的正弦或余弦相位子載波信號進行時域 相乘，得到一種基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位偏移載波基帶調制信號，具體表示 為： 基于正弦脈沖三級符號正弦相位偏移載波基帶調制信號SST__ p)⑴為： 基于正弦脈沖三級符號余弦相位偏移載波基帶調制信號 ^STOCc (n, m, P ) ⑴為： 其中d(t)為導航信號數據通道信息；&1是偽隨機擴頻序列的第1個擴頻碼；L為 偽隨機序列的碼片長度；rect (t)是矩形門函數，BP (3)將步驟（2)所述的一種基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位偏移載波基帶 調制信號進行正交支路的載波調制，得到基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位偏移載波 調制信號，具體表示為： 基于正弦脈沖三級符號正弦相位偏移載波調制信號p) (t，P )為： CN 105137455 A 說明書 3/8 頁 基于正弦脈沖三級符號余弦相位偏移載波調制信號MST^ninii p) (t，P )為： 其中d(t)為導航信號數據通道信息；p(t)為導頻通道信息，取值為全+1或-I ;ai 是同相支路偽隨機擴頻序列的第1個擴頻碼；bk是正交支路偽隨機擴頻序列的第k個擴頻 碼；是載波頻率。 (4)將步驟（3)中得到的基于正弦脈沖三級符號偏移載波調制信號進行導航信號 的性能評估，若信號的碼跟蹤精度、抗多徑和兼容性不滿足所設計的導航系統性能需求及 約束條件，則返回步驟（1)，重新確定擴頻碼周期T。，子載波周期T s。，正弦或余弦相位子載 波調制方式，以及正弦脈沖時間寬度占空比P。 本專利技術還可以包括： 所述的擴頻碼頻率f。和子載波頻率f s。的取值為I. 023MHz的整數倍。 所述的基于正弦脈沖三級符號正弦相位偏移載波基帶調制信號功率譜密度 ^STOCs (n, m, P ) (f)為： 所述的基于正弦脈沖三級符號余弦相位偏移載波基帶調制信號功率譜密度 ^STOCc (n, m, P ) (f)為： UiN 丄 UiJlCU Λ J ^ 吁/ ο X 其中h為調制指數，艮[ 本專利技術的方法的主要特點如下： (1)信號設計的靈活性高：靈活調整正弦脈沖碼片時間占空比，為導航信號的設 計提供了更多的選擇，并通過所選適當的參數，可以靈活調節信號功率譜的主瓣及旁瓣的 分裂程度。 (2)跟蹤精度高：在接收機帶寬內，本專利技術調制信號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。 (3)抗多徑能力強：本專利技術調制信號具有恒包絡特性，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星導航服務，其多徑誤差包絡衰減的更快且幅度更低。 (4)兼容性高：本專利技術調制信號的功率譜旁瓣衰減速度更快且幅度更低，對同頻 段的其它導航信號干擾較小。【附圖說明】 圖1為STOC信號調制模型和實現方法流程圖； 圖2為STOC信號子載波信號波形； 圖3為STOC實施例信號在不同正弦脈沖時間占空比P下的功率譜密度； 圖4為傳統的BOC和本專利技術所提的STOC實施例信號的功率譜密度； 圖5為傳統的BOC和本專利技術所提的STOC實施例信號的Gabor帶寬； 圖6為傳統的BOC和本專利技術所提的STOC實施例信號的碼跟蹤精度； 圖7為傳統的BOC和本專利技術所提的STOC實施例信號的多徑誤差包絡； 圖8為傳統的BOC和本專利技術所提的STOC實施例信號的平均多徑誤差。【具體實施方式】 下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明： 圖1和圖2為本專利技術所提的STOC信號調制模型，實現方法流程圖以及子載波信 號波形，其中圖1中的各符號的定義如下： d(t):導航信號數據通道信息； p (t):導頻本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于正弦脈沖三級符號偏移載波調制方法，其特征在于包括以下步驟：(1)首先確定擴頻碼周期Tc，子載波周期Tsc，正弦脈沖時間寬度占空比ρ，正弦或余弦相位子載波調制方式，構造出一種基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位子載波信號，具體表示為：基于正弦脈沖三級符號正弦相位子載波信號XS?sub(t,ρ)為：XS-sub(t,ρ)=sign(sin(2πfsct))×Σi=0+∞PTsc2(t-iTsc2,ρ),t>0;]]>基于正弦脈沖三級符號余弦相位子載波信號XC?sub(t,ρ)為：XC-sub(t,ρ)=sign(cos(2πfsct))×Σi=0+∞PTsc4(t-iTsc4,ρ),t>0;]]>其中Pτ(t,ρ)是時間寬度為ρτ的正弦脈沖波形，即sign(t)為符號函數，即sign(t)={1,t>0-1,t<0;]]>(2)根據確定的擴頻碼周期Tc，子載波周期Tsc，利用偽隨機序列對導航信號進行擴頻，然后將得到的擴頻信號與步驟(1)所確定的正弦或余弦相位子載波信號進行時域相乘，得到一種基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位偏移載波基帶調制信號，具體表示為：基于正弦脈沖三級符號正弦相位偏移載波基帶調制信號SSTOCs(n,m,ρ)(t)為：SSTOCs(n,m,ρ)(t)=d(t)Σl=0L-1alrect(t-lTc)×XS-sub(t,ρ),t>0;]]>基于正弦脈沖三級符號余弦相位偏移載波基帶調制信號SSTOCc(n,m,ρ)(t)為：SSTOCc(n,m,ρ)(t)=d(t)Σl=0L-1alrect(t-lTc)×XC-sub(t,ρ),t>0;]]>其中d(t)為導航信號數據通道信息；al是偽隨機擴頻序列的第l個擴頻碼；L為偽隨機序列的碼片長度；rect(t)是矩形門函數，即或n=1Tsc×1.023MHz;m=fc1.023MHz]]>或m=1Tc×1.023MHz;]]>(3)將步驟(2)所述的一種基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位偏移載波基帶調制信號進行正交支路的載波調制，得到基于正弦脈沖三級符號正弦或余弦相位偏移載波調制信號，具體表示為：基于正弦脈沖三級符號正弦相位偏移載波調制信號MSTOCs(n,m,ρ)(t,ρ)為：MSTOCs(n,m,ρ)(t,ρ)=[d(t)Σl=0L-1alrect(t-lTc)×sign(sin(2πfsct))×Σi=0+∞PTsc2(t-iTsc2,ρ)]cos(2πfcart)+[p(t)Σk=0L-1bkrect(t-kTc)×sign(sin(2πfsct))×Σi=0+∞PTsc2(t-iTsc2,ρ)]sin(2πfcart);]]>基于正弦脈沖三級符號余弦相位偏移載波調制信號MSTOCc(n,m,ρ)(t,ρ)為：MSTOCc(n,m,ρ)(t,ρ)=[d(t)Σl=0L-1alrect(t-lTc)×sign(cos(2πfsct))×Σi=0+∞PTsc4(t-iTsc4,ρ)]cos(2πfcart)+[p(t)Σk=0L-1bkrect(t-kTc)×sign(cos(2πfsct))×Σi=0+∞PTsc4(t-iTsc4,ρ)]sin(2πfcart);]]>其中d(t)為導航信號數據通道信息；p(t)為導頻通道信息，取值為全+1或?1；al是同相支路偽隨機擴頻序列的第l個擴頻碼；bk是正交支路偽隨機擴頻序列的第k個擴頻碼；fcar是載波頻率。(4)將步驟(3)中得到的基于正弦脈沖三級符號偏移載波調制信號進行導航信號的性能評估，若信號的碼跟蹤精度、抗多徑和兼容性不滿足所設計的導航系統性能需求及約束條件，則返回步驟(1)，重新確定擴頻碼周期Tc，子載波周期Tsc，正弦或余弦相位子載波調制方式，以及正弦脈沖時間寬度占空比ρ。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙旦峰，孫巖博，薛睿，曹慶銘，孫兵兵，呂雪，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23
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