CN104459743A - 一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法 - Google Patents

一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法，通过构建复数本地码来实现对于新型复杂调制方式导航信号的评估，同时在构建复数本地码的时候，加入了互调分量。同现有的信号分量载波相位偏差估计方法相比，本发明公开的方法不仅适用于BPSK、QPSK等简单调制信号，也适用于包括含有单边带调制信号分量的相干多载波调制导航信号，如AltBoc、Td-AltBoc、TMBOC、DualQPSK等，可以定量给出各种调制方式导航信号的信号分量间载波相位偏差，且具有更高的精度。

Description

一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，涉及一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法。
背景技术
在导航卫星有效载荷的研制过程中，为验证导航信号的正确性、考察信号生成过程引入的失真，需要对各项性能指标进行测试，其中，信号分量相位偏差是卫星导航有效载荷的重要指标，它关系到同一频点的各路信号分量的载波相位的相位关系是否和标称的相位关系一致。
目前，可以通过以下方法来进行信号分量相位偏差指标的评估：
方法1，利用通用矢量信号分析仪的方法；
方法2，利用接收机测量信号分量相位偏差；
方法3，星座图的方法。
然而，上述方法存在如下问题：
(1)方法1仅能够评估简单调制信号，如QPSK，的信号分量相位偏差，但是对于相干多载波调制的导航信号，如AltBoc、Td-AltBoc信号，无法进行评估。
(2)方法2采用接收机测量每一路信号分量的载波相位，在此基础上计算得到信号分量的载波相位偏差，该方法仅仅适用于信号分量的中心频点和整个导航信号中心频点相同的情况，无法测量信号分量的中心频点和整个导航信号的中心频点不同的情况。
(3)方法3存在的问题：星座图方法比较直观地反映信号分量载波相位偏差，但是无法对指标进行量化。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法，可对各种类型的导航进行评估，尤其适用于相干多载波调制的新型导航信号。
本发明的技术方案是：一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法，步骤如下：
1)设定采样频率fs，对待检测的导航信号进行采样，得到采样后的导航信号；
2)对采样后的导航信号进行正交解调，得到I路同向支路基带信号和Q路正交支路基带信号；
3)获取外部输入的导航信号调制方式的先验信息，构建各个导航信号分量的复数本地码；
4)根据步骤3)得到的每一个导航信号分量的复数本地码以及步骤2)得到的正交解调后得到的I路、Q路基带信号，采用最大似然估计，获得每一个导航信号分量在采样开始时刻的载波相位值；
5)将步骤4)获得的所有导航信号分量的载波相位两两作差，得到各导航信号分量之间的载波相位关系，作为实测载波相位关系；
6)各导航信号分量之间的实测载波相位关系减去标称载波相位关系，得到导航信号分量间的载波相位偏差。
步骤1)中对待检测的导航信号进行采样时，需同时满足如下五个要求：
①其中Bnav为导航信号所占的频带范围，n为正整数；
②采样频率不小于500MHz；
③采样频率不能为导航信号中伪码的码片速率的整数倍；
④采样时间大于伪码周期长度的两倍；
⑤采样时钟和信号生成的时钟满足具有相同的时钟源通。
步骤3)所述的构建各个导航信号分量的复数本地码，包括如下三种情况：
情况一：对于该导航信号分量的中心频点和整个导航信号中心频点相同的情况，则利用该信号的I路和Q路扩频伪随机码作为复数本地码的实部和虚部，构建复数本地码；
情况二：对于该导航信号分量的中心频点位于整个导航信号中心频点的左右对称两边的情况，则利用该导航信号的伪码和子载波相乘作为复数本地码的实部，虚部为零，构建复数本地码；
情况三：对于该导航信号分量的中心频点和整个导航信号中心频点不同，且不以其为中心左右对称的情况，则利用该信号的伪码和单边带调制复子载波之积的实部和虚部分别作为实部和虚部，构建复数本地码。
步骤3)所述的构建各个导航信号分量的复数本地码，对于含有互调分量的导航信号，在每一路导航信号分量的复数本地码构建过程中加入互调分量。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明公开的方法通过构建复数本地码来实现对于新型复杂调制方式导航信号的评估，不仅适用于BPSK、QPSK等简单调制信号，也适用于包括含有单边带调制信号分量的相干多载波调制导航信号，如AltBoc、Td-AltBoc、TMBOC、DualQPSK等，可以定量给出各种调制方式导航信号的信号分量间载波相位偏差；
(2)该方法在构建复数本地码的时候，加入了互调分量，对于相干多载波调制的导航信号的信号分量间载波相位偏差的估计更高。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为利用接收机分别跟踪伽利略E5频点AltBoc(15,10)信号的载波相位跟踪结果；
图3为伽利略E5频点AltBoc(15,10)理想信号的星座图；
图4为伽利略E5频点AltBoc(15,10)实测信号(信噪比54dB)的星座图；
图5为伽利略E5频点AltBoc(15,10)实测信号(信噪比30dB)的星座图；
图6为估计载波相位过程中的代价函数图。
具体实施方式
一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法，其特征在于步骤如下：
1)设定采样频率fs，对待检测的导航信号进行采样，得到采样后的导航信号；对待检测的导航信号进行采样时，需同时满足如下五个要求：
①其中Bnav为导航信号所占的频带范围，n为正整数；
②采样频率不小于500MHz；
③采样频率不能为导航信号中伪码的码片速率的整数倍；
④采样时间大于伪码周期长度的两倍；
⑤同源采样，即采样时钟和信号生成的时钟满足具有相同的时钟源通。
2)对采样后的导航信号进行正交解调，得到I路基带信号和Q路基带信号；
3)获取外部输入的导航信号调制方式的先验信息，构建各个导航信号分量的复数本地码；包括如下三种情况：
情况一：对于信号分量的中心频点和整个导航信号中心频点相同的情况，如QPSK信号，则利用QPSK信号的I路和Q路扩频伪随机码作为复数本地码的实部和虚部，构建复数本地码；
情况二：对于信号分量的中心频点位于整个导航信号中心频点的左右对称两边的情况，如BOC、CBOC、TMBOC信号，则利用伪码和子载波相乘作为复数本地码的实部，虚部为零，构建复数本地码；
情况三：对于信号分量的中心频点和整个导航信号中心频点不同，且不以其为中心左右对称的情况，如AltBoc、Td-AltBoc等单边带调制信号，则利用伪码和单边带调制复子载波之积的实部和虚部分别作为实部和虚部，构建复数本地码。
所述的构建各个信号分量的复数本地码，对于含有互调分量的导航信号，在每一路导航信号分量的复数本地码构建过程中加入互调分量。
4)根据步骤3)得到的每一个导航信号分量的复数本地码以及步骤2)得到的正交解调后得到的I路、Q路基带信号，采用最大似然估计，获得每一个导航信号分量在采样开始时刻的载波相位值；
5)将步骤4)获得的所有导航信号分量的载波相位两两作差，得到各导航信号分量之间的载波相位关系，作为实测载波相位关系；
6)各导航信号分量之间的实测载波相位关系减去标称载波相位关系，得到导航信号分量间的载波相位偏差。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参考附图并以AltBoc(15,10)为例，对本发明进一步详细说明。
以伽利略E5频点AltBoc(15,10)为例，利用接收机分别跟踪伽利略E5频点AltBoc(15,10)信号的载波相位跟踪结果如图4所示，可以看出，由于E5频点AltBoc(15,10)信号的四路信号分量Ad、Ap、Bd、Bp均不在信号中心频点，故采用接收机分别接收四路信号分量得到的载波相位只有同一频点的Ad、Ap之间或Bd、Bp之间具有可比性，无法比较Ad和Bd之间的载波相位关系；
伽利略E5频点AltBoc(15,10)理想信号、信噪比54dB的实测信号和信噪比30dB的实测信号的星座图分别为图3、图4、图5所示，可以看出，星座图可以表征信号分量的相位关系，但是无法给出定量结果，而且当信噪比较低时，星座图严重模糊；
针对伽利略E5频点AltBoc(15,10)信号，本发明公开的方法的操作步骤如下：
(1)设定采样频率fs＝1GHz，对待评估信号进行同源采样，采样时间2ms，采样前信号的中心频点为1191.795MHz，采样后的信号的中心频点为191.795MHz；
(2)对对采样后的导航信号进行正交解调，得到I路基带信号IR(t)和Q路基带信号QR(t)；
(3)利用AltBoc(15,10)的先验信息，构建Ad、Ap、Bd、Bp四个信号分量的复数本地码，以Ad为例，该信号分量的中心频点和整个导航信号中心频点不同，且不以其为中心左右对称，利用Ad的伪随机码和单边带调制复子载波之积的实部和虚部分别作为实部和虚部，构建复数本地码：
SLocal(t)＝IL(t)+jQL(t)＝CAd(t)×{Scos(t)+jSsin(t)}
其中，SLocal(t)表示复数本地码，IL(t)表示复数本地码的实部，QL(t)表示复数本地码的虚部，CAd(t)表示Ad的伪随机码，Scos(t)和Ssin(t)分别为AltBoc(15,10)的单边带调制复子载波的实部和虚部；
(4)根据每一个信号分量的复数本地码和正交解调后得到的I路、Q路基带信号，估计每一个信号分量在采样开始时刻的载波相位值，采用最大似然估计，其代价函数为
其中，表示代价函数，IL(t)表示复数本地码的实部，QL(t)表示复数本地码的虚部，IR(t)表示采样信号正交下变频后的实部，QR(t)表示采样信号正交下变频后的虚部；sin和cos分别表示正弦和余弦运算，d和分别表示伪码时间延迟和正交下变频过程中采用的本振初始相位；
当取得最大值时的即为信号分量的载波相位估计值。为提高估计精度，将取倒数后再进行对数运算，如图6所示。
(5)利用代价函数，采用最优化方法估计值，即可得到正交下变频过程中采用的本振初始相位，将该值作为该路信号的载波相位，估计出每一个信号分量的载波相位后，所有信号分量的载波相位两两作差，计算各信号分量之间的实测载波相位关系；
(6)各信号分量之间的实测载波相位关系减去标称载波相位关系得到信号分量间的载波相位偏差。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法，其特征在于步骤如下：
1)设定采样频率fs，对待检测的导航信号进行采样，得到采样后的导航信号；
2)对采样后的导航信号进行正交解调，得到I路同向支路基带信号和Q路正交支路基带信号；
3)获取外部输入的导航信号调制方式的先验信息，构建各个导航信号分量的复数本地码；
4)根据步骤3)得到的每一个导航信号分量的复数本地码以及步骤2)得到的正交解调后得到的I路、Q路基带信号，采用最大似然估计，获得每一个导航信号分量在采样开始时刻的载波相位值；
5)将步骤4)获得的所有导航信号分量的载波相位两两作差，得到各导航信号分量之间的载波相位关系，作为实测载波相位关系；
6)各导航信号分量之间的实测载波相位关系减去标称载波相位关系，得到导航信号分量间的载波相位偏差。
2.根据权利要求1所述的一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法，其特征在于：步骤1)中对待检测的导航信号进行采样时，需同时满足如下五个要求：
①其中Bnav为导航信号所占的频带范围，n为正整数；
②采样频率不小于500MHz；
③采样频率不能为导航信号中伪码的码片速率的整数倍；
④采样时间大于伪码周期长度的两倍；
⑤采样时钟和信号生成的时钟满足具有相同的时钟源通。
3.根据权利要求1所述的一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法，其特征在于：步骤3)所述的构建各个导航信号分量的复数本地码，包括如下三种情况：
情况一：对于该导航信号分量的中心频点和整个导航信号中心频点相同的情况，则利用该信号的I路和Q路扩频伪随机码作为复数本地码的实部和虚部，构建复数本地码；
情况二：对于该导航信号分量的中心频点位于整个导航信号中心频点的左右对称两边的情况，则利用该导航信号的伪码和子载波相乘作为复数本地码的实部，虚部为零，构建复数本地码；
情况三：对于该导航信号分量的中心频点和整个导航信号中心频点不同，且不以其为中心左右对称的情况，则利用该信号的伪码和单边带调制复子载波之积的实部和虚部分别作为实部和虚部，构建复数本地码。
4.根据权利要求1所述的一种相干多载波调制信号分量间载波相位偏差确定方法，其特征在于：步骤3)所述的构建各个导航信号分量的复数本地码，对于含有互调分量的导航信号，在每一路导航信号分量的复数本地码构建过程中加入互调分量。
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