北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法和系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸方法和系統(tǒng)，本發(fā)明專利技術方法通過構建了大規(guī)模并行信號傳輸支路，將衛(wèi)星導航電文按次序進行大規(guī)模分組，依次送入并行信號傳輸支路，以復數移位偽隨機碼發(fā)生器獲得導航衛(wèi)星并行傳輸支路專用子測距碼，分別對各支路導航電文擴頻，先以不同頻率偏移的相同載波調制，再將所有支路載波調制導航信號疊加并添加噪聲形成復合衛(wèi)星導航信號,最后通過單天線發(fā)送，接收端以單天線接收方式將收到的導航信號按支路分別去載波、解擴、解調使導航電文由并變串，通過獲取導航電文實現北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的實時導航定位。本發(fā)明專利技術可廣泛應用于衛(wèi)星導航系統(tǒng)，也可用于各種測距系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、廣電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

【技術實現步驟摘要】
北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法和系統(tǒng)
本專利技術涉及衛(wèi)星導航
，尤其涉及北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法和系統(tǒng)。
技術介紹
全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)包括美國的GPS(GlobalPositioningSystem)衛(wèi)星導航系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)衛(wèi)星導航系統(tǒng)、歐盟的Galileo衛(wèi)星導航系統(tǒng)和中國的北斗(BeiDou)衛(wèi)星導航系統(tǒng)，它們通過為用戶提供導航電文實現導航定位，導航電文一般是由超幀、主幀和子幀構成，其中北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的導航電文分為D1和D2導航電文：D1導航電文的超幀為36000比特(bits)，每個超幀由24個主幀或頁面組成，每個主幀為1500比特，每個主幀由5個子幀構成，每個子幀為300比特，每個子幀由10個字構成，每個為30比特，每個字由導航電文數據和校驗碼組成，D2導航電文的超幀為180000比特，每個超幀由120個主幀或頁面組成，每個主幀為1500比特，每個主幀由5個子幀構成，每個子幀為300比特，每個子幀由10個字構成，每個為30比特，每個字由導航電文數據和校驗碼組成。傳輸D1導航電文的每個超幀需要12分鐘，傳輸D2導航電文的每個超幀需要6分鐘。上述各衛(wèi)星導航系統(tǒng)的幾十顆導航衛(wèi)星通過分別使用線性法由二進制移位偽隨機碼發(fā)生器產生的互不相關的Gold碼的測距碼擴頻各自的導航電文，通過相同的載波調制，再由同一導航頻點發(fā)射導航信號，這些載波調制的導航信號在用戶端接收并相互疊加，由于各顆導航衛(wèi)星的測距碼互不相關，其導航信號之間不會互相干擾，用戶通過截取導航信號使用多普勒頻移法去載波再用各導航衛(wèi)星測距碼由相關處理分別獲取各顆導航衛(wèi)星的導航電文，用戶通過使用至少四顆導航衛(wèi)星的導航電文就可以進行導航定位。用戶的導航定位時間包括導航信號接收時間和導航信號處理時間，由于后者時間相對固定，因此導航信號接收時間直接決定了用戶的導航定位時間。目前衛(wèi)星導航系統(tǒng)使用的是40年前的第二代導航信號實現技術通過擴頻技術以串行方式傳輸導航電文，用戶需要花費10～20分鐘時間接收衛(wèi)星導航電文，這種非實時性導航定位技術嚴重地影響到用戶的定位效率。因此，只有提高導航信號的傳輸速度，才能充分地縮短導航定位時間。為提高衛(wèi)星導航系統(tǒng)導航信號傳輸速度，相關文獻使用非線性方法獲得的復數移位偽隨機碼發(fā)生器，通過反饋端一組非線性函數的相互作用產生導航衛(wèi)星第三代測距碼(Hzb碼)和各并行信號傳輸支路專用子測距碼，使用中小規(guī)模并行信號傳輸支路使導航信號由串行傳輸變?yōu)椴⑿袀鬏攲崿F了導航信號的高速并行傳輸，全面提升了衛(wèi)星導航系統(tǒng)導航信號的傳輸效率。該方法按一定順序將導航電文由串行分配到各并行信號傳輸支路，利用數根天線發(fā)射導航信號，它可滿足用戶的準實時導航定位需求。此外，北斗導航衛(wèi)星采用的是太陽能充電的電池供電，除保證各頻點導航信號的發(fā)射功率外，還需為系統(tǒng)其它載荷供電，因此采用大規(guī)模多天線的并行信號傳輸支路發(fā)射方式將不能保證各天線發(fā)射的導航信號有足夠的使用功率，更無法實現導航信號的高速傳輸，滿足用戶實時定位需要。綜上所述，當前包括北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在內的全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)只能提供非實時性導航定位服務，而采用多天線的導航信號高速傳輸技術可實現準實時導航定位，因此，發(fā)展衛(wèi)星導航信號實時傳輸技術是北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能否為用戶提供實時導航定位服務需要解決的關鍵技術問題。
技術實現思路
針對上述技術問題，本專利技術提供一種可全面提高衛(wèi)星導航信號傳輸實時性的北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法和系統(tǒng)。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下的技術方案：北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法，包括：S1構建并行信號傳輸支路，以滿足后續(xù)分組的衛(wèi)星導航電文的實時傳輸，其中并行信號傳輸支路可分為中小規(guī)模并行信號傳輸支路(少于100路)、大規(guī)模并行信號傳輸支路(不低于100路)和超大規(guī)模并行信號傳輸支路(不低于1000路)；S2產生衛(wèi)星導航電文并以一定單位進行分組，所述以一定單位進行分組為按導航電文結構根據超幀或者主幀或者子幀或者字進行分組，或按一定長度字節(jié)分組；一種常用方式為：產生衛(wèi)星導航電文并以字為單位、以超幀中含有的總字數除以大規(guī)模并行信號傳輸支路數為分組數進行大規(guī)模分組；S3將分組的衛(wèi)星導航電文依次分別送入大規(guī)模并行信號傳輸支路；S4以含一種不同參數單狀態(tài)變量或多狀態(tài)變量或函數設計一組以不同擴散系數為權值的非線性函數構成實部，再以另一種含不同參數的單狀態(tài)變量或多狀態(tài)變量或函數設計另一組以不同擴散系數為權值的非線性函數構成虛部，通過相關寄存器抽頭值驅動非線性函數相互作用，以作用值為反饋端，構建復數移位偽隨機碼發(fā)生器；S5對復數移位偽隨機碼發(fā)生器的級數、產生的碼長等進行參數設置；S6以相同或不同復數數據初始化復數移位偽隨機碼發(fā)生器；S7通過復數移位偽隨機碼發(fā)生器相關寄存器狀態(tài)值的實部和虛部分別抽頭輸出偽隨機數，二值化模二和得Hzb碼的導航衛(wèi)星測距碼,并將它作為第1個并行信號傳輸支路專用子測距碼；S8由復數移位偽隨機碼發(fā)生器剩余的相關寄存器狀態(tài)值的實部和虛部抽頭輸出偽隨機數，二值化得所有導航衛(wèi)星公用子測距碼，其中所有導航衛(wèi)星測距碼數與所有導航衛(wèi)星公用子測距碼數之和不大于復數移位偽隨機碼發(fā)生器所有寄存器狀態(tài)值的實部和虛部抽頭總數；S9將導航衛(wèi)星測距碼分別與公用子測距碼模二和得該顆導航衛(wèi)星其余并行信號傳輸支路專用子測距碼，且導航衛(wèi)星這些專用子測距碼之間具有良好的互相關性；S10將導航衛(wèi)星專用子測距碼分別對大規(guī)模并行信號傳輸支路中的分組導航電文進行擴頻；S11以不同頻率偏移的載波或復數載波分別對大規(guī)模并行信號傳輸支路中的擴頻信號進行調制；S12所有并行信號傳輸支路的載波調制信號進行疊加并調整電路的增益控制使信號不失真，由于各并行信號傳輸支路的專用子測距碼互不相關，這些載波信號之間不會互相干擾；S13疊加信號加入一定信噪比的高斯白噪聲或其它噪聲，形成導航衛(wèi)星基帶發(fā)射信號；S14將導航衛(wèi)星基帶發(fā)射信號通過單天線發(fā)射；S15接收端以單天線單通道接收方式接收導航衛(wèi)星基帶導航信號，其中單天線單通道為每根天線只連接一個信號處理的通道，它負責對所有衛(wèi)星導航信號的接收處理；S16截取一段基帶衛(wèi)星導航信號；S17選擇發(fā)射端第1個并行信號傳輸支路；S18產生本地載波或復數載波；S19對步驟S16獲得的導航信號用多普勒頻移載波匹配法去載波獲得去載波信號；S20用第1個并行信號傳輸支路專用子測距碼與去載波信號以基于FFT的循環(huán)相關法進行相關處理，如果存在相關峰，表明接收信號中存在該顆導航衛(wèi)星信號,根據相關峰位置從該支路接收的基帶衛(wèi)星導航信號去載波信號解調導航電文,執(zhí)行步驟S21，否則，執(zhí)行步驟S16；S21選擇發(fā)射端第2個并行信號傳輸支路，取第2個并行信號傳輸支路的導航衛(wèi)星專用子測距碼；S22截取一段基帶衛(wèi)星導航信號；S23產生本地載波或復數載波；S24對步驟S22獲得的導航信號用多普勒頻移載波匹配法去載波獲得去載波信號；S25用該并行信號傳輸支路專用子測距碼與去載波信號以基于FFT的循環(huán)相關法進行相關處理，根據相關峰位置從該支路接收的基帶衛(wèi)星導航信號去載波信號解調導航電文；S26選擇發(fā)射端下一個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法，其特征在于，包括：S1構建中小規(guī)模并行信號傳輸支路或大規(guī)模并行信號傳輸支路或超大規(guī)模并行信號傳輸支路，以滿足后續(xù)分組的衛(wèi)星導航電文的準實時或實時傳輸；所述中小規(guī)模并行信號傳輸支路為傳輸支路數少于100路，大規(guī)模并行信號傳輸支路為傳輸支路數不低于100路，超大規(guī)模并行信號傳輸支路為傳輸支路數不低于1000路；S2產生衛(wèi)星導航電文并以一定單位進行分組，所述以一定單位進行分組為按導航電文結構根據超幀或者主幀或者子幀或者字進行分組，或按一定長度字節(jié)分組；S3將分組的衛(wèi)星導航電文依次分別送入并行信號傳輸支路；S4以一種含不同參數的單狀態(tài)變量或多狀態(tài)變量或函數設計一組以不同擴散系數為權值的非線性函數構成實部，再以另一種含不同參數的單狀態(tài)變量或多狀態(tài)變量或函數設計另一組以不同擴散系數為權值的非線性函數構成虛部，通過相關寄存器抽頭值驅動非線性函數相互作用，以作用值為反饋端，構建復數移位偽隨機碼發(fā)生器；S5對復數移位偽隨機碼發(fā)生器的級數和產生的碼長進行參數設置；S6以相同或不同復數數據初始化復數移位偽隨機碼發(fā)生器；S7通過復數移位偽隨機碼發(fā)生器相關寄存器狀態(tài)值的實部和虛部分別抽頭輸出偽隨機數，二值化模二和得Hzb碼的導航衛(wèi)星測距碼，并將其作為第1個并行信號傳輸支路專用子測距碼；S8由復數移位偽隨機碼發(fā)生器剩余的相關寄存器狀態(tài)值的實部和虛部抽頭輸出偽隨機數，二值化得所有導航衛(wèi)星公用子測距碼；S9將導航衛(wèi)星測距碼分別與導航衛(wèi)星公用子測距碼模二和得該顆導航衛(wèi)星其余并行信號傳輸支路專用子測距碼；S10通過導航衛(wèi)星專用子測距碼分別對并行信號傳輸支路中的分組導航電文進行擴頻；S11以不同頻率偏移的相同載波或復數載波或不同的相位正交的子載波或復數子載波分別對并行信號傳輸支路中的擴頻信號進行調制；S12對所有并行信號傳輸支路的載波調制信號進行疊加或混合并調整電路的增益控制使信號不失真；S13對疊加信號加入高斯白噪聲或其它噪聲，形成導航衛(wèi)星基帶發(fā)射信號；S14將導航衛(wèi)星基帶發(fā)射信號通過單天線發(fā)射；S15接收端以單天線單通道或單天線多通道接收方式接收導航衛(wèi)星基帶導航信號，其中單天線單通道為每根天線只連接一個信號處理的通道，該通道負責對所有衛(wèi)星導航信號的接收處理，所述單天線多通道為每根天線連接不低于兩個信號處理的通道，且每一通道負責對應衛(wèi)星導航信號的接收處理；S16截取一段基帶衛(wèi)星導航信號；S17選擇發(fā)射端第1個并行信號傳輸支路；S18產生本地載波或復數載波或不同的相位正交的子載波或復數子載波；S19對步驟S16獲得的信號用多普勒頻移載波匹配法進行去載波獲得去載波信號；S20用第1個并行信號傳輸支路專用子測距碼與去載波信號以基于FFT的循環(huán)相關法進行相關處理，如果存在相關峰，表明接收信號中存在該顆導航衛(wèi)星信號，根據相關峰位置從該支路接收的基帶衛(wèi)星導航信號去載波信號解調導航電文，執(zhí)行步驟S21，否則，執(zhí)行步驟S16；S21選擇發(fā)射端第2個并行信號傳輸支路，取第2個并行信號傳輸支路的導航衛(wèi)星專用子測距碼；S22截取一段基帶衛(wèi)星導航信號；S23產生本地載波或復數載波或不同的相位正交的子載波或復數子載波；S24對步驟S22獲得的信號用多普勒頻移載波匹配法去載波獲得去載波信號；S25用該并行信號傳輸支路專用子測距碼與去載波信號以基于FFT的循環(huán)相關法進行相關處理，根據相關峰位置從該支路接收的基帶衛(wèi)星導航信號去載波信號解調導航電文；S26選擇發(fā)射端下一個并行信號傳輸支路序號，取該并行信號傳輸支路的導航衛(wèi)星專用子測距碼，如果傳輸支路序號大于發(fā)射端總的傳輸支路號，執(zhí)行步驟S27，否則，執(zhí)行步驟S22；S27將從各支路獲得的導航電文由并變?yōu)榇@得導航衛(wèi)星的導航電文；S28結束。...

【技術特征摘要】
1.北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法，其特征在于，包括：S1構建中小規(guī)模并行信號傳輸支路或大規(guī)模并行信號傳輸支路或超大規(guī)模并行信號傳輸支路，以滿足后續(xù)分組的衛(wèi)星導航電文的準實時或實時傳輸；所述中小規(guī)模并行信號傳輸支路為傳輸支路數少于100路，大規(guī)模并行信號傳輸支路為傳輸支路數不低于100路，超大規(guī)模并行信號傳輸支路為傳輸支路數不低于1000路；S2產生衛(wèi)星導航電文并以一定單位進行分組，所述以一定單位進行分組為按導航電文結構根據超幀或者主幀或者子幀或者字進行分組，或按一定長度字節(jié)分組；S3將分組的衛(wèi)星導航電文依次分別送入并行信號傳輸支路；S4以一種含不同參數的單狀態(tài)變量或多狀態(tài)變量或函數設計一組以不同擴散系數為權值的非線性函數構成實部，再以另一種含不同參數的單狀態(tài)變量或多狀態(tài)變量或函數設計另一組以不同擴散系數為權值的非線性函數構成虛部，通過相關寄存器抽頭值驅動非線性函數相互作用，以作用值為反饋端，構建復數移位偽隨機碼發(fā)生器；S5對復數移位偽隨機碼發(fā)生器的級數和產生的碼長進行參數設置；S6以相同或不同復數數據初始化復數移位偽隨機碼發(fā)生器；S7通過復數移位偽隨機碼發(fā)生器相關寄存器狀態(tài)值的實部和虛部分別抽頭輸出偽隨機數，二值化模二和得Hzb碼的導航衛(wèi)星測距碼，并將其作為第1個并行信號傳輸支路專用子測距碼；S8由復數移位偽隨機碼發(fā)生器剩余的相關寄存器狀態(tài)值的實部和虛部抽頭輸出偽隨機數，二值化得所有導航衛(wèi)星公用子測距碼；S9將導航衛(wèi)星測距碼分別與導航衛(wèi)星公用子測距碼模二和得該顆導航衛(wèi)星其余并行信號傳輸支路專用子測距碼；S10通過導航衛(wèi)星專用子測距碼分別對并行信號傳輸支路中的分組導航電文進行擴頻；S11以不同頻率偏移的相同載波或復數載波或不同的相位正交的子載波或復數子載波分別對并行信號傳輸支路中的擴頻信號進行調制；S12對所有并行信號傳輸支路的載波調制信號進行疊加或混合并調整電路的增益控制使信號不失真；S13對疊加信號加入高斯白噪聲或其它噪聲，形成導航衛(wèi)星基帶發(fā)射信號；S14將導航衛(wèi)星基帶發(fā)射信號通過單天線發(fā)射；S15接收端以單天線單通道或單天線多通道接收方式接收導航衛(wèi)星基帶導航信號，其中單天線單通道為每根天線只連接一個信號處理的通道，該通道負責對所有衛(wèi)星導航信號的接收處理，所述單天線多通道為每根天線連接不低于兩個信號處理的通道，且每一通道負責對應衛(wèi)星導航信號的接收處理；S16截取一段基帶衛(wèi)星導航信號；S17選擇發(fā)射端第1個并行信號傳輸支路；S18產生本地載波或復數載波或不同的相位正交的子載波或復數子載波；S19對步驟S16獲得的信號用多普勒頻移載波匹配法進行去載波獲得去載波信號；S20用第1個并行信號傳輸支路專用子測距碼與去載波信號以基于FFT的循環(huán)相關法進行相關處理，如果存在相關峰，表明接收信號中存在該顆導航衛(wèi)星信號，根據相關峰位置從該支路接收的基帶衛(wèi)星導航信號去載波信號解調導航電文，執(zhí)行步驟S21，否則，執(zhí)行步驟S16；S21選擇發(fā)射端第2個并行信號傳輸支路，取第2個并行信號傳輸支路的導航衛(wèi)星專用子測距碼；S22截取一段基帶衛(wèi)星導航信號；S23產生本地載波或復數載波或不同的相位正交的子載波或復數子載波；S24對步驟S22獲得的信號用多普勒頻移載波匹配法去載波獲得去載波信號；S25用該并行信號傳輸支路專用子測距碼與去載波信號以基于FFT的循環(huán)相關法進行相關處理，根據相關峰位置從該支路接收的基帶衛(wèi)星導航信號去載波信號解調導航電文；S26選擇發(fā)射端下一個并行信號傳輸支路序號，取該并行信號傳輸支路的導航衛(wèi)星專用子測距碼，如果傳輸支路序號大于發(fā)射端總的傳輸支路號，執(zhí)行步驟S27，否則，執(zhí)行步驟S22；S27將從各支路獲得的導航電文由并變?yōu)榇@得導航衛(wèi)星的導航電文；S28結束。2.根據權利要求1所述的北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法，其特征在于：所述步驟S4中，復數移位偽隨機碼發(fā)生器反饋端的以含不同參數的單狀態(tài)變量或多狀態(tài)變量或函數在構建非線性函數中重復使用，所構建的非線性函數在不同的非線性函數作用式中重復使用。3.根據權利要求1所述的北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法，其特征在于：所述步驟S7中，二值化寄存器狀態(tài)值的實部和虛部抽頭輸出的偽隨機數，如果抽頭輸出的偽隨機碼序列與其它抽頭輸出的偽隨機碼序列一部分數值不同，而另一部分數值相同，則采用如下方式進行處理：將該偽隨機碼序列所有數值取反；或將該偽隨機碼序列以一定碼長進行循環(huán)移位；或將該偽隨機碼序列與其它偽隨機碼序列混合。4.根據權利要求1所述的北斗衛(wèi)星導航信號大規(guī)模并行實時傳輸實現方法，其特征在于：所述步驟S8中，導航衛(wèi)星公用子測距碼采用除產生導航...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：何志彪，肖模艷，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北,42