CN105717525B - Altboc调制的双边带跟踪解调电路及其调解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卫星导航。本发明提供一种ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路，包括下变频模块一，上边带处理电路，下边带处理电路，载波DDS模块，载波环路滤波器，子载波DDS模块，子载波环路滤波器及加权组合鉴别模块；ALTBOC中频信号输入端与下变频模块一连接，下变频模块一分别与上边带处理电路，下边带处理电路及载波DDS模块连接，上边带处理电路分别与子载波DDS模块及加权组合鉴别模块连接；下边带处理电路分别与子载波DDS模块及加权组合鉴别模块连接；子载波DDS模块与子载波环路滤波器连接，子载波环路滤波器与加权组合鉴别模块连接；加权组合鉴别模块与载波环路滤波器连接，载波环路滤波器与载波DDS模块连接。适用于伽利略导航***和北斗全球(三期)导航***。

Description

ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路及其调解方法
技术领域
本发明涉及卫星导航，特别涉及伽利略导航***和北斗全球(三期)导航***。
背景技术
卫星导航(Satellite navigation)是指采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术。全球四大卫星定位***分别为：
GPS***(美国)北斗***(中国)GLONASS***(俄罗斯)伽利略卫星导航***(欧盟)。
本领域技术人员在使用伽利略卫星导航***及北斗***室，发下如下问题:
伽利略导航***E5频点和北斗全球(三期)导航***B2频点上将采用ALTBOC调制，上下边带分别调制不同的导航电文和伪随机码。接收机既可以单独接收上边带或下边带信号，也可以接收双边带信号。现有跟踪解调方法将ALTBOC信号视为上、下边带两个QPSK调制信号的合成，用2路相关器分别和上、下边带相关，相关器结果加权组合后鉴别，输出2路误差信号，经环路滤波后分别驱动2路载波DDS。2路载波相位组合出一个无模糊的窄巷载波观测量代替伪码观测量以提高伪距测量精度，解调框图如图1所示。在单边带接收时，信噪比损失3dB，且没有利用子载波信息，导致伪码测量精度和抗多径能力的下降。双边带接收时，上下边带载波相位观测量组合出的窄巷观测量测量噪声增加3dB，而且受制于载波相位跟踪精度，没有体现出ALTBOC调制相对BPSK调制的码跟踪精度优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路及其解调方法以实现大幅提高伪码测量精度和抗多径能力的效果。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路，其特征在于，包括ALTBOC中频信号输入端、下变频模块一、上边带处理电路、下边带处理电路、载波DDS模块、载波环路滤波器、子载波DDS模块、子载波环路滤波器及加权组合鉴别模块；
所述ALTBOC中频信号输入端与下变频模块一连接，下变频模块一分别与上边带处理电路、下边带处理电路及载波DDS模块连接，上边带处理电路分别与子载波DDS模块及加权组合鉴别模块连接；下边带处理电路分别与子载波DDS模块及加权组合鉴别模块连接；子载波DDS模块与子载波环路滤波器连接，子载波环路滤波器与加权组合鉴别模块连接；加权组合鉴别模块与载波环路滤波器连接，载波环路滤波器与载波DDS模块连接；
所述载波DDS模块，用于生成本地复数载波a，驱动下变频模块一将ALTBOC中频信号输入端的输入信号整体下变频到基带信号b；
所述子载波DDS模块，用于产生第1路及第2路复数子载波，第1路及第2路复数子载波互为镜像；
所述上边带处理电路，用于对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号d,并对比特流信号d进行积分计算；
所述下边带处理电路用于对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号f,并对比特流信号f进行积分计算；
加权组合鉴别模块，用于对特流信号d的积分计算结果及特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号；
所述子载波环路滤波器，用于产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；
所述载波环路滤波器，用于产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。
具体的，所述上边带处理电路包括下变频模块二、相关器一、相乘解扩模块一及第一路PN码输入端；所述下变频模块二分别与下变频模块一、子载波DDS模块及相乘解扩模块一连接，相乘解扩模块一分别与第一路PN码输入端及相关器一连接，相关器一与加权组合鉴别模块连接；
所述下变频模块二，用于对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c；
所述相乘解扩模块一，用于将基带信号c与第一路PN码输入端的输入PN码进行相乘后解扩产生比特流信号d；
所述相关器一，用于对比特流信号d进行积分计算，并将积分计算结果传输至加权组合鉴别模块。
具体的，所述下边带处理电路包括下变频模块三、相关器二、相乘解扩模块二及第二路PN码输入端；所述下变频模块三分别与下变频模块一、子载波DDS模块及相乘解扩模块二连接，相乘解扩模块二分别与第二路PN码输入端及相关器二连接，相关器二与加权组合鉴别模块连接；
所述下变频模块三，用于对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e；
所述相乘解扩模块二，用于将基带信号e与第二路PN码输入端的输入PN码进行相乘后解扩产生比特流信号f；
所述相关器二，用于对比特流信号f进行积分计算，并将积分计算结果传输至加权组合鉴别模块。
ALTBOC调制的双边带跟踪解调方法，包括以下步骤：
步骤1，***生成本地复数载波a，第1路及第2路复数子载波，利用本地复数载波a将ALTBOC中频信号整体下变频到基带信号b；
步骤2，***对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号d,并对比特流信号d进行积分计算；***对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号f,并对比特流信号f进行积分计算；
步骤3，***对比特流信号d的积分计算结果及特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号；
步骤4，***根据子载波误差信号产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；***根据载波误差信号产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。
具体的，所述步骤1中，***通过载波DDS模块生成本地复数载波a。
具体的，所述步骤1中，***子载波DDS模块产生第1路及第2路复数子载波，且第1路及第2路复数子载波互为镜像。
具体的，所述步骤3中，***通过加权组合鉴别模块对特流信号d的积分计算结果及特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号。
具体的，所述步骤4中，***通过子载波环路滤波器产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；
***通过载波环路滤波器产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。
本发明的有益效果是：本发明将ALTBOC信号上下边带作为一个整体对待，把调制过程逆向操作，经2级变频后还原出上边带和下边带基带信号；用2路相关器分别和上、下边带基带信号相关；相关器结果加权组合后鉴别，输出2路误差信号，一路为载波相位误差信号，一路为子载波相位误差信号，经环路滤波后分别驱动载波DDS模块和子载波DDS模块；
增加了独立的子载波跟踪环，去掉了一个载波跟踪环，资源消耗基本不变，但能直接提取子载波观测量，大幅提高伪码测量精度和抗多径能力；对上、下边带的处理完全相同，关闭其中1路即可实现BPSK调制信号接收，兼容传统接收架构。
附图说明
图1为本发明ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路及其解调方法背景技术中现有的解调框图；
图2为本发明ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路及其解调方法实施例中的调解框图。
以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案：
本发明针对现有技术中在单边带接收时，信噪比损失3dB，且没有利用子载波信息，导致伪码测量精度和抗多径能力的下降。双边带接收时，上下边带载波相位观测量组合出的窄巷观测量测量噪声增加3dB，而且受制于载波相位跟踪精度，没有体现出ALTBOC调制相对BPSK调制的码跟踪精度优势的问题，提供一种ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路，包括ALTBOC中频信号输入端、下变频模块一、上边带处理电路、下边带处理电路、载波DDS模块、载波环路滤波器、子载波DDS模块、子载波环路滤波器及加权组合鉴别模块；所述ALTBOC中频信号输入端与下变频模块一连接，下变频模块一分别与上边带处理电路、下边带处理电路及载波DDS模块连接，上边带处理电路分别与子载波DDS模块及加权组合鉴别模块连接；下边带处理电路分别与子载波DDS模块及加权组合鉴别模块连接；子载波DDS模块与子载波环路滤波器连接，子载波环路滤波器与加权组合鉴别模块连接；加权组合鉴别模块与载波环路滤波器连接，载波环路滤波器与载波DDS模块连接；所述载波DDS模块，用于生成本地复数载波a，驱动下变频模块一将ALTBOC中频信号输入端的输入信号整体下变频到基带信号b；所述子载波DDS模块，用于产生第1路及第2路复数子载波，第1路及第2路复数子载波互为镜像；所述上边带处理电路，用于对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号d,并对比特流信号d进行积分计算；所述下边带处理电路用于对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号f,并对比特流信号f进行积分计算；加权组合鉴别模块，用于对特流信号d的积分计算结果及特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号；所述子载波环路滤波器，用于产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；所述载波环路滤波器，用于产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。ALTBOC调制的双边带跟踪解调方法，首先，***生成本地复数载波a，第1路及第2路复数子载波，利用本地复数载波a将ALTBOC中频信号整体下变频到基带信号b；其次，***对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号d,并对比特流信号d进行积分计算；***对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号f,并对比特流信号f进行积分计算；然后，***对比特流信号d的积分计算结果及特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号；最后，***根据子载波误差信号产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；***根据载波误差信号产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。本发明将ALTBOC信号上下边带作为一个整体对待，把调制过程逆向操作，经2级变频后还原出上边带和下边带基带信号；用2路相关器分别和上、下边带基带信号相关；相关器结果加权组合后鉴别，输出2路误差信号，一路为载波相位误差信号，一路为子载波相位误差信号，经环路滤波后分别驱动载波DDS模块和子载波DDS模块；增加了独立的子载波跟踪环，去掉了一个载波跟踪环，资源消耗基本不变，但能直接提取子载波观测量，大幅提高伪码测量精度和抗多径能力；对上、下边带的处理完全相同，关闭其中1路即可实现BPSK调制信号接收，兼容传统接收架构。
实施例
现有技术中，伽利略导航***E5频点和北斗全球(三期)导航***B2频点上将采用ALTBOC调制，上下边带分别调制不同的导航电文和伪随机码。接收机既可以单独接收上边带或下边带信号，也可以接收双边带信号。现有跟踪解调方法将ALTBOC信号视为上、下边带两个QPSK调制信号的合成，用2路相关器分别和上、下边带相关，相关器结果加权组合后鉴别，输出2路误差信号，经环路滤波后分别驱动2路载波DDS。2路载波相位组合出一个无模糊的窄巷载波观测量代替伪码观测量以提高伪距测量精度，解调框图如图1所示。在使用中，本领域技术人员发现了如下问题：
现有技术单边带接收时，信噪比损失3dB，且没有利用子载波信息，导致伪码测量精度和抗多径能力的下降。而在双边带接收时，上下边带载波相位观测量组合出的窄巷观测量测量噪声增加3dB，而且受制于载波相位跟踪精度，没有体现出ALTBOC调制相对BPSK调制的码跟踪精度优势。
为了解决上述技术问题，本例提出一种ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路，如图2所示，
ALTBOC中频信号输入端与下变频模块一连接，下变频模块一分别与上边带处理电路中的下变频模块二，下边带处理电路中的下变频模块三及载波DDS模块连接；下变频模块二分别与子载波DDS模块及上边带处理电路中的相乘解扩模块一连接，相乘解扩模块一分别与第一路PN码输入端及相关器一连接，相关器一与加权组合鉴别模块连接；下变频模块三分别与子载波DDS模块及下边带处理电路中的相乘解扩模块二连接，相乘解扩模块二分别与第二路PN码输入端及相关器二连接，相关器二与加权组合鉴别模块连接；子载波DDS模块与子载波环路滤波器连接，子载波环路滤波器与加权组合鉴别模块连接；加权组合鉴别模块与载波环路滤波器连接，载波环路滤波器与载波DDS模块连接。
其中，载波DDS模块，用于生成本地复数载波a，驱动下变频模块一将ALTBOC中频信号输入端的输入信号整体下变频到基带信号b；
所述子载波DDS模块，用于产生第1路及第2路复数子载波，第1路及第2路复数子载波互为镜像；
所述上边带处理电路中，所述下变频模块二，用于对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c；所述相乘解扩模块一，用于将基带信号c与第一路PN码输入端的输入PN码进行相乘后解扩产生比特流信号d；所述相关器一，用于对比特流信号d进行积分计算，并将积分计算结果传输至加权组合鉴别模块；
所述下边带处理电路中，下变频模块三，用于对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e；所述相乘解扩模块二，用于将基带信号e与第二路PN码输入端的输入PN码进行相乘后解扩产生比特流信号f；所述相关器二，用于对比特流信号f进行积分计算，并将积分计算结果传输至加权组合鉴别模块；
所述加权组合鉴别模块，用于对特流信号d的积分计算结果及特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号；所述子载波环路滤波器，用于产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；
所述载波环路滤波器，用于产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。
从而实现直接提取子载波观测量，大幅提高伪码测量精度和抗多径能力。同时，对上、下边带的处理完全相同，关闭其中1路即可实现BPSK调制信号接收，兼容传统接收架构。
具体使用时，其具体调解方法如下：
首先，***生成本地复数载波a，第1路及第2路复数子载波，利用本地复数载波a将ALTBOC中频信号整体下变频到基带信号b；具体的，***通过载波DDS模块生成本地复数载波a。***子载波DDS模块产生第1路及第2路复数子载波，且第1路及第2路复数子载波互为镜像。
其次，***对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号d,并对比特流信号d进行积分计算；***对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号f,并对比特流信号f进行积分计算。
然后，***对比特流信号d的积分计算结果及特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号。具体的，***可以通过加权组合鉴别模块对特流信号d的积分计算结果及特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号。
最后，***根据子载波误差信号产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；***根据载波误差信号产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。具体的，***可以通过子载波环路滤波器产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；通过载波环路滤波器产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。
综上，本发明将ALTBOC信号上下边带作为一个整体对待，把调制过程逆向操作，经2级变频后还原出上边带和下边带基带信号；用2路相关器分别和上、下边带基带信号相关；相关器结果加权组合后鉴别，输出2路误差信号，一路为载波相位误差信号，一路为子载波相位误差信号，经环路滤波后分别驱动载波DDS模块和子载波DDS模块；增加了独立的子载波跟踪环，去掉了一个载波跟踪环，资源消耗基本不变，但能直接提取子载波观测量，大幅提高伪码测量精度和抗多径能力；对上、下边带的处理完全相同，关闭其中1路即可实现BPSK调制信号接收，兼容传统接收架构。

Claims (8)

1.ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路，其特征在于，包括ALTBOC中频信号输入端、下变频模块一、上边带处理电路、下边带处理电路、载波DDS模块、载波环路滤波器、子载波DDS模块、子载波环路滤波器及加权组合鉴别模块；
所述ALTBOC中频信号输入端与下变频模块一连接，下变频模块一分别与上边带处理电路、下边带处理电路及载波DDS模块连接，上边带处理电路分别与子载波DDS模块及加权组合鉴别模块连接；下边带处理电路分别与子载波DDS模块及加权组合鉴别模块连接；子载波DDS模块与子载波环路滤波器连接，子载波环路滤波器与加权组合鉴别模块连接；加权组合鉴别模块与载波环路滤波器连接，载波环路滤波器与载波DDS模块连接；
所述载波DDS模块，用于生成本地复数载波a，驱动下变频模块一将ALTBOC中频信号输入端的输入信号整体下变频到基带信号b；
所述子载波DDS模块，用于产生第1路及第2路复数子载波，第1路及第2路复数子载波互为镜像；
所述上边带处理电路，用于对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号d,并对比特流信号d进行积分计算；
所述下边带处理电路用于对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号f,并对比特流信号f进行积分计算；
加权组合鉴别模块，用于对比特流信号d的积分计算结果及比特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号；
所述子载波环路滤波器，用于产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；
所述载波环路滤波器，用于产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。
2.根据权利要求1所述的ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路，其特征在于，所述上边带处理电路包括下变频模块二、相关器一、相乘解扩模块一及第一路PN码输入端；所述下变频模块二分别与下变频模块一、子载波DDS模块及相乘解扩模块一连接，相乘解扩模块一分别与第一路PN码输入端及相关器一连接，相关器一与加权组合鉴别模块连接；
所述下变频模块二，用于对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c；
所述相乘解扩模块一，用于将基带信号c与第一路PN码输入端的输入PN码进行相乘后解扩产生比特流信号d；
所述相关器一，用于对比特流信号d进行积分计算，并将积分计算结果传输至加权组合鉴别模块。
3.根据权利要求1所述的ALTBOC调制的双边带跟踪解调电路，其特征在于，所述下边带处理电路包括下变频模块三、相关器二、相乘解扩模块二及第二路PN码输入端；所述下变频模块三分别与下变频模块一、子载波DDS模块及相乘解扩模块二连接，相乘解扩模块二分别与第二路PN码输入端及相关器二连接，相关器二与加权组合鉴别模块连接；
所述下变频模块三，用于对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e；
所述相乘解扩模块二，用于将基带信号e与第二路PN码输入端的输入PN码进行相乘后解扩产生比特流信号f；
所述相关器二，用于对比特流信号f进行积分计算，并将积分计算结果传输至加权组合鉴别模块。
4.ALTBOC调制的双边带跟踪解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，***生成本地复数载波a，第1路及第2路复数子载波，利用本地复数载波a将ALTBOC中频信号整体下变频到基带信号b；
步骤2，***对第1路复数子载波进行下变频至基带信号c后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号d,并对比特流信号d进行积分计算；***对第2路复数子载波进行下变频至基带信号e后再进行PN码相乘后解扩产生比特流信号f,并对比特流信号f进行积分计算；
步骤3，***对比特流信号d的积分计算结果及比特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号；
步骤4，***根据子载波误差信号产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；***根据载波误差信号产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。
5.根据权利要求4所述的ALTBOC调制的双边带跟踪解调方法，其特征在于，所述步骤1中，***通过载波DDS模块生成本地复数载波a。
6.根据权利要求4所述的ALTBOC调制的双边带跟踪解调方法，其特征在于，所述步骤1中，***子载波DDS模块产生第1路及第2路复数子载波，且第1路及第2路复数子载波互为镜像。
7.根据权利要求4所述的ALTBOC调制的双边带跟踪解调方法，其特征在于，所述步骤3中，***通过加权组合鉴别模块对比特流信号d的积分计算结果及比特流信号f的积分计算结果进行加权组合后鉴别，输出载波误差信号及子载波误差信号。
8.根据权利要求4所述的ALTBOC调制的双边带跟踪解调方法，其特征在于，所述步骤4中，***通过子载波环路滤波器产生子载波误差信号的频率误差信号g，并根据频率误差信号g调整子载波DDS模块的频率和相位；
***通过载波环路滤波器产生载波误差信号的频率误差信号h，并根据频率误差信号h调整载波DDS模块的频率和相位。
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