專利名稱：一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式及解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航信號技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式及解調(diào)方法。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSQ可以在全球范圍內(nèi)為數(shù)量不限的海陸空天用戶提供全天候、連續(xù)精確的位置、速度和時(shí)間信息?，F(xiàn)已有多個(gè)國家相繼建設(shè)自己的GNSS或其增強(qiáng)系統(tǒng)。隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)，越來越多的新型調(diào)制方式不斷涌現(xiàn)。傳統(tǒng)GPS的 C/A碼和P (Y)碼使用BPSK調(diào)制，而現(xiàn)代化GPS和伽利略系統(tǒng)的一些信號使用了一種稱為二進(jìn)制偏移載波(BOC)的調(diào)制技術(shù)，另一些信號則使用了更為復(fù)雜的復(fù)用BOC(MBOC)調(diào)制技術(shù)。BPSK、BOC以及MBOC調(diào)制都是直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)的不同實(shí)現(xiàn)形式。為了利用擴(kuò)頻碼中頻繁的相位翻轉(zhuǎn)來精密測距，以及獲得良好的多址接入性能和抗多徑與干擾性能，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSQ的信號都使用了 DSSS技術(shù)。正如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知， DSSS可被看作二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)的擴(kuò)展。一組擴(kuò)頻序列被擴(kuò)頻碼片波形賦形后，與數(shù)據(jù)信號和射頻載波相乘，得到傳輸信號。除了使用新型的調(diào)制方式，在現(xiàn)代化的導(dǎo)航系統(tǒng)中，普遍為每一個(gè)信號分配多個(gè)信道。在每個(gè)信號的多個(gè)信道中，其中至少有一個(gè)信道的信號分量調(diào)制有電文數(shù)據(jù)，稱為有數(shù)據(jù)信道(data channel)，而至少應(yīng)有另一個(gè)信道的信號分量只包含沒有調(diào)制電文信息的擴(kuò)頻信號，稱為無數(shù)據(jù)信道(dataless channel)或者導(dǎo)頻信道(pilot channel)。這種將信號分為有數(shù)據(jù)信道和導(dǎo)頻信道的方式所帶來的好處是信號的接收設(shè)備可以利用數(shù)據(jù)信道的信號分量解調(diào)電文，而通過處理導(dǎo)頻信道的信號分量來獲得更高的載波與偽碼相位測量精度，以及在弱信號環(huán)境中更高的捕獲、跟蹤靈敏度。在系統(tǒng)某一特定信號的設(shè)計(jì)中，需要為有數(shù)據(jù)信道和導(dǎo)頻信道分配相應(yīng)的調(diào)制方式。對于現(xiàn)有的系統(tǒng)中的各信號，GPS的C/A碼信號只有有數(shù)據(jù)信道，沒有導(dǎo)頻信道， 數(shù)據(jù)信道使用的調(diào)制方式為BPSK-R ；GPS LlC信號的有數(shù)據(jù)信道使用BOC (1，1)，導(dǎo)頻信道使用ΤΜΒ0(^6，1，4/33) ；GPS L2C以及L5信號都是數(shù)據(jù)信道使用BPSK-R，導(dǎo)頻信道也使用BPSK-R ；伽利略系統(tǒng)的El OS信號數(shù)據(jù)信道使用CB0C+(61，1，1/11)，導(dǎo)頻信道使用 CBOC- (6,1，1/11)?，F(xiàn)有這些調(diào)制方式的不足主要集中在幾個(gè)方面，首先，使用BPSK-R調(diào)制的信號分量來完成偽碼相的測量，精度比相同擴(kuò)頻碼速率下使用BOC以及MBOC調(diào)制的信號要低很多；其次，使用BOC調(diào)制的信號分量來完成數(shù)據(jù)電文的解調(diào)，需要的接收機(jī)帶寬要比相同擴(kuò)頻碼速率下的BPSK-R調(diào)制信號寬，而且即時(shí)支路相關(guān)器輸出的信噪比衰減也要大；再次， 當(dāng)系統(tǒng)的信號使用BOC或者M(jìn)BOC調(diào)制方式時(shí)，接收機(jī)在信號的捕獲與跟蹤環(huán)節(jié)可能會(huì)出現(xiàn) “模糊度問題”(Ambiguity problem)，也即，由于BOC和MBOC調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)存在多個(gè)峰值，接收機(jī)可能會(huì)在捕獲階段誤捕到主峰外的一個(gè)邊峰上去，從而造成移交給跟蹤環(huán)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)很大的初始偏差。更壞的情況是，跟蹤環(huán)也會(huì)在跟蹤階段鎖定在某一個(gè)邊峰的能量上，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)跟蹤。此時(shí)測量出的偽碼相位將會(huì)帶有一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的偏差，從而導(dǎo)致最終的定位結(jié)果完全錯(cuò)誤。上述提到的現(xiàn)有系統(tǒng)使用的調(diào)制方式的三個(gè)不足，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以理解。 第一個(gè)不足的根源在于與BOC以及MBOC調(diào)制的信號相比，BPSK-R信號的均方根帶寬更小。 正如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知，均方根帶寬更寬的信號，其在匹配接收條件下的熱噪聲環(huán)境里的內(nèi)在跟蹤精度相應(yīng)更高。而第二個(gè)不足的原因在于與BPSK-R調(diào)制信號相比，BOC和 MBOC調(diào)制信號的頻譜中高頻成分占的比重更大，因此當(dāng)接收機(jī)的接收帶寬不足以將發(fā)射的整個(gè)信號的帶寬完全覆蓋的情況下，在相同的接收帶寬下，BPSK-R信號由于能量更加集中在載頻附近，被限帶操作濾掉的能量更小。第三個(gè)不足則是由BOC和MBOC信號自相關(guān)函數(shù)的形狀特性決定的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式及解調(diào)方法，在處理使用這種調(diào)制方式的導(dǎo)航信號時(shí)，接收機(jī)能夠同時(shí)獲得良好的解調(diào)性能與碼跟蹤性能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式，包括以下步驟第一步，將一個(gè)導(dǎo)航信號的每個(gè)信道的信號分量都使用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，彼此之間的擴(kuò)頻序列速率相同，序列本身相同或不同，一個(gè)導(dǎo)航信號包含有至少兩個(gè)信道；第二步，各信道之間以時(shí)分復(fù)用、線性疊加或者調(diào)制到載波不同相位上的方式進(jìn)行組合；第三步，各信道分別選取各自的擴(kuò)頻調(diào)制方式，并且各信道能夠調(diào)制有電文數(shù)據(jù)或者不調(diào)制電文數(shù)據(jù)，至少有一個(gè)信道調(diào)制有電文數(shù)據(jù)，至少有一個(gè)信道未調(diào)制電文數(shù)據(jù)， 調(diào)制有電文數(shù)據(jù)的信道分配BPSK-R擴(kuò)頻調(diào)制波形，為未調(diào)制有電文數(shù)據(jù)的信道分配BOC或者M(jìn)BOC擴(kuò)頻調(diào)制波形，各信道組合后構(gòu)成總信號，總信號能夠單獨(dú)通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸，也能夠與同一頻點(diǎn)上的其它信號以時(shí)分復(fù)用、線性疊加或者調(diào)制到載波的不同的相位上的方式進(jìn)行進(jìn)一步混合后通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸。一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式的解調(diào)方法，包括以下步驟第一步，接收機(jī)通過天線接收經(jīng)過調(diào)制方式的導(dǎo)航信號；第二步，天線將接收到的導(dǎo)航信號饋入到前置放大器，前置放大器完成對導(dǎo)航信號的濾波，以用于阻擋強(qiáng)干擾信號和帶外噪聲，以及對導(dǎo)航信號的放大；第三步，前置放大器將經(jīng)過濾波和放大的導(dǎo)航信號饋入到下變頻器，以將信道的載頻變換到相應(yīng)的中頻；第四步，下變頻器的輸出送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將經(jīng)過調(diào)制方式的導(dǎo)航信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⑿盘柫炕癁橐晃?、兩位或者更多位；第五步，量化后的?shù)字信號與接收機(jī)內(nèi)部生成的同相載波和正交載波相乘，以除去數(shù)字信號的中頻和多普勒，得到同相基帶信號和正交基帶信號；第六步，對各信道基帶擴(kuò)頻信號，接收機(jī)復(fù)現(xiàn)出其對應(yīng)的超前、即時(shí)、滯后擴(kuò)頻序
5列，并讓這三路序列經(jīng)過矩形碼片賦型，形成該信道的超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號；第七步，將同相基帶信號分別與超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行積分，分別得到同相超前相關(guān)值IE、同相即時(shí)相關(guān)值IP、同相滯后相關(guān)值IL，將正交基帶信號分別與超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行積分，分別得到正交超前相關(guān)值QE、正交即時(shí)相關(guān)值QP、正交滯后相關(guān)值QL ；第八步，取信號中的一個(gè)調(diào)制有電文的信道，稱為第一信道，其同相超前相關(guān)值、 同相即時(shí)相關(guān)值、同相滯后相關(guān)值分別記作IE1、IP1、IL1，取信號中的一個(gè)未調(diào)制有電文的信道，稱為第二信道，其同相超前相關(guān)值、同相即時(shí)相關(guān)值、同相滯后相關(guān)值分別記作IE2、 IP2、IL2，如果所取的兩個(gè)信道的信號分量位于載波同相，則按公式(1)對IE1、IPU ILU IE2、IP2、IL2進(jìn)行組合，得到鑒相誤差量D，如果所取的兩個(gè)信道的信號分量位于載波兩個(gè)彼此正交的相位上，則按照公式(2)對IEU IPU ILU IE2、IP2、IL2進(jìn)行組合，得到鑒相誤差量D，D= [IEl X sign (IPl)+ a IE2]2+[QE1 X sign (QPl) + α QE2]2-[ILl X sign (IPl)+ α IE2]2-[QL1 X sign (QPl) + α QL2]2 (1)D= [IElXsign(IPl) + a QE2]2+[QElXsign(QPl) + a IE2]2-[ILlXsign(IPl) + a QE2]2-[QLlXsign(QPl) + a IL2]2(2)其中Sign(X)為取χ的符號操作，α是總信號中第一信道信號分量與第二信道信號分量的功率比； 第九步，鑒相誤差量D送入碼跟蹤環(huán)的環(huán)路濾波器，濾波輸出的結(jié)果送入碼NCO調(diào)整接收機(jī)內(nèi)部復(fù)現(xiàn)擴(kuò)頻序列的相位，以保持碼環(huán)的鎖定。本發(fā)明的好處是，為調(diào)制數(shù)據(jù)電文的信道分配BPSK-R調(diào)制方式，可以改善該信道的解調(diào)性能，比起使用相同擴(kuò)頻碼速率的BOC和MBOC調(diào)制的信道來，在接收機(jī)帶寬小于信號發(fā)射帶寬時(shí)，解調(diào)門限有明顯的下降，意味著接收機(jī)可以在更低的信噪比下完成解調(diào)，同時(shí)也意味著為了實(shí)現(xiàn)解調(diào)的基本能力，接收機(jī)可以使用更窄的接收帶寬。這對于對成本和功耗有苛刻要求的一些接收機(jī)而言無疑具有吸引力。本發(fā)明的另一個(gè)好處是，在上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，由于為沒有調(diào)制數(shù)據(jù)電文的信道分配BOC或者M(jìn)BOC調(diào)制方式，使得這些信道的碼跟蹤性能與使用相同碼速率的BPSK-R調(diào)制方式的信道相比有了較大的提升。本發(fā)明的另一個(gè)好處是，在上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，接收機(jī)在碼相位跟蹤時(shí)，鑒相誤差量隨碼相位延遲變化的曲線中并沒有誤鎖點(diǎn)。也即，采用這種組合方式后得鑒相誤差送入碼跟蹤環(huán)后不會(huì)出現(xiàn)類似BOC和MBOC信號跟蹤所出現(xiàn)的誤鎖問題。


圖1為本發(fā)明調(diào)制方式的一種實(shí)施例示意圖。圖2是本發(fā)明調(diào)制方式的另一種實(shí)施例示意圖。圖3是本發(fā)明解調(diào)方法實(shí)施例的鑒相誤差量D隨碼相位延遲變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式，包括以下步驟第一步，將一個(gè)導(dǎo)航信號的每個(gè)信道的信號分量都使用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，彼此之間的擴(kuò)頻序列速率相同，序列本身相同或不同，一個(gè)導(dǎo)航信號包含有至少兩個(gè)信道；第二步，各信道之間以時(shí)分復(fù)用、線性疊加或者調(diào)制到載波不同相位上的方式進(jìn)行組合；第三步，各信道分別選取各自的擴(kuò)頻調(diào)制方式，并且各信道能夠調(diào)制有電文數(shù)據(jù)或者不調(diào)制電文數(shù)據(jù)，至少有一個(gè)信道調(diào)制有電文數(shù)據(jù)，至少有一個(gè)信道未調(diào)制電文數(shù)據(jù)， 調(diào)制有電文數(shù)據(jù)的信道分配BPSK-R擴(kuò)頻調(diào)制波形，為未調(diào)制有電文數(shù)據(jù)的信道分配BOC或者M(jìn)BOC擴(kuò)頻調(diào)制波形，各信道組合后構(gòu)成總信號，總信號能夠單獨(dú)通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸，也能夠與同一頻點(diǎn)上的其它信號以時(shí)分復(fù)用、線性疊加或者調(diào)制到載波的不同的相位上的方式進(jìn)行進(jìn)一步混合后通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸。以一個(gè)導(dǎo)航信號包含兩信道情況為例說明調(diào)制方式。一個(gè)信號包含有兩個(gè)信道，分別稱為第一信道和第二信道。第一信道和第二信道使用不同的擴(kuò)頻序列。第一信道使用第一擴(kuò)頻序列，第二子載波的構(gòu)成能夠是頻率為擴(kuò)頻碼速率一半的整數(shù)倍的方波，即BOC調(diào)制的子載波。第二信道使用第二擴(kuò)頻序列。第一信道除擴(kuò)頻序列外，還調(diào)制有二進(jìn)制電文數(shù)據(jù)。而第二信道未調(diào)制電文數(shù)據(jù)。第一信道的擴(kuò)頻碼片波形選取矩形脈沖，脈沖持續(xù)時(shí)間為擴(kuò)頻序列中一個(gè)擴(kuò)頻碼的長度。第二信道的擴(kuò)頻碼片波形也選取矩形脈沖，脈沖持續(xù)時(shí)間同樣為擴(kuò)頻序列中一個(gè)擴(kuò)頻碼的長度，但第二信道的擴(kuò)頻信號還要與第二子載波相乘，從而構(gòu)成第二信道的基帶擴(kuò)頻信號。例如，若第二擴(kuò)頻序列的擴(kuò)頻碼速率為η Ηζ，第二子載波方波的頻率可以是0. 5n Hz、η HzU.5n Hz、2n Hz...等等。第二信道的擴(kuò)頻信號與上述第二子載波相乘，可以構(gòu)成第二信道的基帶擴(kuò)頻信號的一種實(shí)例。第二子載波的構(gòu)成也能夠是m種不同頻率方波以時(shí)分復(fù)用方式的組合，m為大于1 的正整數(shù)，即TMBOC調(diào)制的子載波。此時(shí)，第二子載波以擴(kuò)頻碼片的長度為單位劃分為一系列的時(shí)隙。在一些時(shí)隙中第二子載波的時(shí)域波形取對應(yīng)的第一種頻率的方波，而在另一些時(shí)隙中，第二子載波的時(shí)域波形取對應(yīng)的第二種頻率的方波，在其它的一些時(shí)隙中取對應(yīng)的第三種頻率的方波，以此類推。這些時(shí)隙分配的規(guī)律可以是周期性的，例如以16個(gè)時(shí)隙為一周期，在第1、2、4、5、6時(shí)隙第二子載波的時(shí)域波形取頻率為η Hz的方波波形，而在3、 9、12、16時(shí)隙第二子載波的時(shí)域波形取頻率為6n Hz的方波波形，在其余時(shí)隙第二子載波的時(shí)域波形取頻率為如Hz的方波波形。時(shí)隙的分配也可以是滿足其他規(guī)律而非周期的， 只要信號的生成與發(fā)射端和信號的接收端都已知這種時(shí)隙分配規(guī)律即可。第二信道的擴(kuò)頻信號與上述第二子載波相乘，可以構(gòu)成第二信道的基帶擴(kuò)頻信號的一種實(shí)例。第二子載波的構(gòu)成還能夠是m種不同頻率方波的加權(quán)線性疊加，m為大于1的正整數(shù)，即CBOC調(diào)制的子載波。此時(shí)，假設(shè)m種方波的時(shí)域波形分別表示為sc0(t)，SC1(t)，L, SCnrl (t)第二子載波的組成方式可以表示為
SC (t) = h SC1 (V)
i=0其中加權(quán)因子α ^，Q1, L，α μ是不全為零的實(shí)數(shù)。第二信道的擴(kuò)頻信號與上述第二子載波相乘，可以構(gòu)成第二信道的基帶擴(kuò)頻信號的一種實(shí)例。第二信道的基帶擴(kuò)頻信號除了可以使用上述三種第二子載波的類型外，也能夠使用QMBOC調(diào)制的子載波。這種情況下的第二信號的基帶擴(kuò)頻信號有m種方波的時(shí)域波形， 分別調(diào)制在載波的不同相位上，每個(gè)子載波都與第二信道的擴(kuò)頻信號相乘，總的信號構(gòu)成第二信道的基帶擴(kuò)頻信號的一種實(shí)例。參照圖1，該實(shí)施例中第二子載波使用B0C(1，1)調(diào)制所使用的子載波。第一信道基帶擴(kuò)頻信號與第二信道基帶擴(kuò)頻信號的組合方式為直接幅度疊加。在該實(shí)施例中，信源產(chǎn)生的信息流IaJ通過編碼器產(chǎn)生二進(jìn)制的數(shù)據(jù)碼流d(t)。 在擴(kuò)頻序列驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，第一擴(kuò)頻序列發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)高速的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列 Ib1J，與二進(jìn)制的數(shù)據(jù)碼流d(t)進(jìn)行模二加后，得到調(diào)制有數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻序列{b/}，這一過程可以用數(shù)學(xué)表示為《=夂Θ /( )由于數(shù)據(jù)碼流的符號速率比擴(kuò)頻序列的速率要低得多，所以上式中對每一次模二加操作而言，d(t)可視為常數(shù)。調(diào)制有數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻序列Ibi' }經(jīng)過矩形碼片賦型后，生成第一基帶擴(kuò)頻信號 si (t)。在擴(kuò)頻序列驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，第二擴(kuò)頻序列發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)高速的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列Ib2J。在子載波驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，第二子載波發(fā)生器產(chǎn)生第二子載波信號SC(t)，第二擴(kuò)頻序列{b2i}經(jīng)過矩形碼片賦型后，與第二子載波相乘，得到第二基帶擴(kuò)頻信號Sl (t)。在本實(shí)施例中，第一基帶擴(kuò)頻信號與第二基帶擴(kuò)頻信號采用時(shí)域疊加的方式進(jìn)行組合，生成總的信號。該信號對載波進(jìn)行調(diào)制后，通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸。在本實(shí)施例中，第二子載波發(fā)生器產(chǎn)生的子載波是單一的方波，周期是1個(gè)擴(kuò)頻碼片長度。參照圖2，在另一個(gè)實(shí)施例中，第二信道基帶擴(kuò)頻信號使用QMBOC調(diào)制的復(fù)子載波。第一信道基帶擴(kuò)頻信號與第二信道基帶擴(kuò)頻信號的組合方式為直接幅度疊加。在該實(shí)施例中，第一信道基帶擴(kuò)頻信號的生成方式與上一實(shí)施例相同。區(qū)別在于第二子載波發(fā)生器生成兩路不同頻率的方波子載波，稱為第二子載波第一分量和第二子載波第二分量。這兩個(gè)子載波分量都與經(jīng)過矩形碼片賦型后的第二擴(kuò)頻序列相乘。其中一路乘積與第一基帶擴(kuò)頻信號相加后與第一載波分量相乘，得到第一射頻分量，而另一路乘積項(xiàng)與第二載波分量相乘，得到第二射頻分量。第一載波分量與第二載波分量的頻率相同。在本實(shí)施例中二者的相位相差90度。第一射頻分量與第二射頻分量相加后通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸。顯然，上述描述的所有實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。信道個(gè)數(shù)并不局限于兩個(gè)，第二子載波的具體實(shí)施方式
也不局限于BOC調(diào)制和QMBOC 調(diào)制。而且不同信道的信號分量可以以時(shí)分復(fù)用、線性疊加或者調(diào)制到載波的幾個(gè)不同的相位上的方式進(jìn)行組合。合成的總信號可以單獨(dú)通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸，也可以與同一頻點(diǎn)上的其它信號以時(shí)分復(fù)用、線性疊加或者調(diào)制到載波的幾個(gè)不同的相位上的方式進(jìn)行進(jìn)一步混合后通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸而不脫離本發(fā)明的范圍。一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式的解調(diào)方法，包括以下步驟第一步，接收機(jī)通過天線接收經(jīng)過調(diào)制方式的導(dǎo)航信號；第二步，天線將接收到的導(dǎo)航信號饋入到前置放大器，前置放大器完成對導(dǎo)航信號的濾波，以用于阻擋強(qiáng)干擾信號和帶外噪聲，以及對導(dǎo)航信號的放大；第三步，前置放大器將經(jīng)過濾波和放大的導(dǎo)航信號饋入到下變頻器，以將信道的載頻變換到相應(yīng)的中頻；第四步，下變頻器的輸出送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將經(jīng)過調(diào)制方式的導(dǎo)航信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⑿盘柫炕癁橐晃?、兩位或者更多位；第五步，量化后的?shù)字信號與接收機(jī)內(nèi)部生成的同相載波和正交載波相乘，以除去數(shù)字信號的中頻和多普勒，得到同相基帶信號和正交基帶信號；第六步，對各信道基帶擴(kuò)頻信號，接收機(jī)復(fù)現(xiàn)出其對應(yīng)的超前、即時(shí)、滯后擴(kuò)頻序列，并讓這三路序列經(jīng)過矩形碼片賦型，形成該信道的超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號；第七步，將同相基帶信號分別與超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行積分，分別得到同相超前相關(guān)值IE、同相即時(shí)相關(guān)值IP、同相滯后相關(guān)值IL，將正交基帶信號分別與超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行積分，分別得到正交超前相關(guān)值QE、正交即時(shí)相關(guān)值QP、正交滯后相關(guān)值QL ；第八步，取信號中的一個(gè)調(diào)制有電文的信道，稱為第一信道，其同相超前相關(guān)值、 同相即時(shí)相關(guān)值、同相滯后相關(guān)值分別記作IE1、IP1、IL1，取信號中的一個(gè)未調(diào)制有電文的信道，稱為第二信道，其同相超前相關(guān)值、同相即時(shí)相關(guān)值、同相滯后相關(guān)值分別記作IE2、 IP2、IL2，如果所取的兩個(gè)信道的信號分量位于載波同相，則按公式(1)對IE1、IPU ILU IE2、IP2、IL2進(jìn)行組合，得到鑒相誤差量D，如果所取的兩個(gè)信道的信號分量位于載波兩個(gè)彼此正交的相位上，則按照公式(2)對IEU IPU ILU IE2、IP2、IL2進(jìn)行組合，得到鑒相誤差量D，D= [IEl X sign (IPl)+ a IE2]2+[QE1 X sign (QPl) + α QE2]2-[ILl X sign (IPl)+ α IE2]2-[QL1 X sign (QPl) + α QL2]2(1)D= [IElXsign(IPl) + a QE2]2+[QElXsign(QPl) + a IE2]2-[ILlXsign(IPl) + a QE2]2-[QLlXsign(QPl) + a IL2]2(2)其中Sign(X)為取χ的符號操作，α是總信號中第一信道信號分量與第二信道信號分量的功率比；第九步，鑒相誤差量D送入碼跟蹤環(huán)的環(huán)路濾波器，濾波輸出的結(jié)果送入碼NCO調(diào)整接收機(jī)內(nèi)部復(fù)現(xiàn)擴(kuò)頻序列的相位，以保持碼環(huán)的鎖定。下面以發(fā)射的導(dǎo)航信號中含有兩信道分量的情況為例對解調(diào)方法進(jìn)行說明。其中第一信道分量調(diào)制有數(shù)據(jù)電文，擴(kuò)頻調(diào)制方式為BPSK-R(I)，第二信道分量沒有調(diào)制數(shù)據(jù)電文，擴(kuò)頻調(diào)制方式為TMB0C(6，1,4/33)。兩信道擴(kuò)頻碼速率相同，兩信道的載波相位同相。對第一信道基帶擴(kuò)頻信號，接收機(jī)復(fù)現(xiàn)出其對應(yīng)的超前、即時(shí)、滯后擴(kuò)頻序列，并讓這三路序列經(jīng)過矩形碼片賦型，形成該信道的第一超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、第一即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、第一滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號。將同相基帶信號分別與第一超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、第一即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、第一滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行預(yù)定長度的相干積分，分別得到第一同相超前相關(guān)值IE1、第一同相即時(shí)相關(guān)值IP1、第一同相滯后相關(guān)值IL1。將正交基帶信號分別與第一超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、第一即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、第一滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行預(yù)定長度的相干積分，分別得到第一正交超前相關(guān)值QE1、第一正交即時(shí)相關(guān)值QP1、第一正交滯后相關(guān)值QL1。對第二信道基帶擴(kuò)頻信號，接收機(jī)復(fù)現(xiàn)出其對應(yīng)的超前、即時(shí)、滯后擴(kuò)頻序列，并讓這三路序列經(jīng)過矩形碼片賦型，并與TMBOC對應(yīng)的子載波相乘，形成該信道的第二超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、第二即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、第二滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號。將同相基帶信號分別與第二超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、第二即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、第二滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行預(yù)定長度的相干積分，分別得到第二同相超前相關(guān)值IE2、第二同相即時(shí)相關(guān)值IP2、第二同相滯后相關(guān)值IL2。將正交基帶信號分別與第二超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、 第二即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、第二滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行預(yù)定長度的相干積分，分別得到第二正交超前相關(guān)值QE2、第二正交即時(shí)相關(guān)值QP2、第二正交滯后相關(guān)值QL2。接下來，按照公式(1)或(2)對第一同相超前相關(guān)值IE1、第一同相即時(shí)相關(guān)值 IP1、第一同相滯后相關(guān)值IL1、第一正交超前相關(guān)值QE1、第一正交即時(shí)相關(guān)值QP1、第一正交滯后相關(guān)值QL1、第二同相超前相關(guān)值IE2、第二同相即時(shí)相關(guān)值IP2、第二同相滯后相關(guān)值IL2、第二正交超前相關(guān)值QE2、第二正交即時(shí)相關(guān)值QP2、第二正交滯后相關(guān)值QL2進(jìn)行組合，得到鑒相誤差量DD= [IEl X sign (IPl)+ a IE2]2+[QE1 X sign (QPl) + α QE2]2-[ILl X sign (IPl)+ α IE2]2-[QL1 X sign (QPl) + α QL2]2(1)D= [IElXsign(IPl) + a QE2]2+[QElXsign(QPl) + a IE2]2-[ILlXsign(IPl) + a QE2]2-[QLlXsign(QPl) + a IL2]2(2)公式(1)是在兩信道的信號分量位于載波同相的條件下成立的；如果兩信道的信號分量位于載波兩個(gè)彼此正交的相位上時(shí)，則采用公式(2)，其中Sign(X)為取χ的符號操作，其中，α是總信號中第一信道信號分量與第二信道信號分量的功率比。鑒相誤差量D送入碼跟蹤環(huán)的環(huán)路濾波器，濾波輸出的結(jié)果送入碼NCO調(diào)整接收機(jī)內(nèi)部復(fù)現(xiàn)擴(kuò)頻序列的相位，以保持碼環(huán)的鎖定。以下給出另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，調(diào)制的信號包含兩個(gè)信道，第一信道分量調(diào)制有數(shù)據(jù)電文，擴(kuò)頻調(diào)制方式為BPSK-R(I)，第二信道分量沒有調(diào)制數(shù)據(jù)電文，擴(kuò)頻調(diào)制方式為BOC (1，1)。兩信道的功率比為1 3，擴(kuò)頻碼速率相同，兩信道的載波相位同相。
在接收機(jī)中，調(diào)制的信號經(jīng)過天線接收、放大、下變頻、采樣、與接收機(jī)內(nèi)部載波、 擴(kuò)頻碼相乘后得到第一同相超前相關(guān)值IE1、第一同相即時(shí)相關(guān)值IP1、第一同相滯后相關(guān)值IL1、第一正交超前相關(guān)值QE1、第一正交即時(shí)相關(guān)值QP1、第一正交滯后相關(guān)值QL1、第二同相超前相關(guān)值IE2、第二同相即時(shí)相關(guān)值IP2、第二同相滯后相關(guān)值IL2、第二正交超前相關(guān)值QE2、第二正交即時(shí)相關(guān)值QP2、第二正交滯后相關(guān)值QL2。對該實(shí)施例有α = 1/3，利用公式( ，組合后的鑒相誤差量D隨碼相位延遲變化的曲線如圖3所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，此時(shí)的鑒相誤差量D隨碼相位延遲變化的曲線中并沒有誤鎖點(diǎn)。也即，采用這種組合方式后得鑒相誤差送入碼跟蹤環(huán)后不會(huì)出現(xiàn)類似BOC和 MBOC信號跟蹤所出現(xiàn)的誤鎖問題。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式，其特征在于，包括以下步驟第一步，將一個(gè)導(dǎo)航信號的每個(gè)信道的信號分量都使用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，彼此之間的擴(kuò)頻序列速率相同，序列本身相同或不同，一個(gè)導(dǎo)航信號包含有至少兩個(gè)信道；第二步，各信道之間以時(shí)分復(fù)用、線性疊加或者調(diào)制到載波不同相位上的方式進(jìn)行組合；第三步，各信道分別選取各自的擴(kuò)頻調(diào)制方式，并且各信道能夠調(diào)制有電文數(shù)據(jù)或者不調(diào)制電文數(shù)據(jù)，至少有一個(gè)信道調(diào)制有電文數(shù)據(jù)，至少有一個(gè)信道未調(diào)制電文數(shù)據(jù)，調(diào)制有電文數(shù)據(jù)的信道分配BPSK-R擴(kuò)頻調(diào)制波形，為未調(diào)制有電文數(shù)據(jù)的信道分配BOC或者 MBOC擴(kuò)頻調(diào)制波形，各信道組合后構(gòu)成總信號，總信號能夠單獨(dú)通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸，也能夠與同一頻點(diǎn)上的其它信號以時(shí)分復(fù)用、線性疊加或者調(diào)制到載波的不同的相位上的方式進(jìn)行進(jìn)一步混合后通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式的解調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，接收機(jī)通過天線接收經(jīng)過調(diào)制方式的導(dǎo)航信號；第二步，天線將接收到的導(dǎo)航信號饋入到前置放大器，前置放大器完成對導(dǎo)航信號的濾波，以用于阻擋強(qiáng)干擾信號和帶外噪聲，以及對導(dǎo)航信號的放大；第三步，前置放大器將經(jīng)過濾波和放大的導(dǎo)航信號饋入到下變頻器，以將信道的載頻變換到相應(yīng)的中頻；第四步，下變頻器的輸出送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將經(jīng)過調(diào)制方式的導(dǎo)航信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⑿盘柫炕癁橐晃?、兩位或者更多位；第五步，量化后的?shù)字信號與接收機(jī)內(nèi)部生成的同相載波和正交載波相乘，以除去數(shù)字信號的中頻和多普勒，得到同相基帶信號和正交基帶信號；第六步，對各信道基帶擴(kuò)頻信號，接收機(jī)復(fù)現(xiàn)出其對應(yīng)的超前、即時(shí)、滯后擴(kuò)頻序列，并讓這三路序列經(jīng)過矩形碼片賦型，形成該信道的超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號；第七步，將同相基帶信號分別與超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行積分，分別得到同相超前相關(guān)值IE、同相即時(shí)相關(guān)值IP、同相滯后相關(guān)值IL，將正交基帶信號分別與超前基帶復(fù)現(xiàn)信號、即時(shí)基帶復(fù)現(xiàn)信號、滯后基帶復(fù)現(xiàn)信號相乘，并將結(jié)果送入積分清除濾波器進(jìn)行積分，分別得到正交超前相關(guān)值QE、正交即時(shí)相關(guān)值QP、正交滯后相關(guān)值QL ；第八步，取信號中的一個(gè)調(diào)制有電文的信道，稱為第一信道，其同相超前相關(guān)值、同相即時(shí)相關(guān)值、同相滯后相關(guān)值分別記作IE1、IPU IL1，取信號中的一個(gè)未調(diào)制有電文的信道，稱為第二信道，其同相超前相關(guān)值、同相即時(shí)相關(guān)值、同相滯后相關(guān)值分別記作IE2、IP2、IL2，如果所取的兩個(gè)信道的信號分量位于載波同相，則按公式⑴對正1、1 1、11^1、正2、1 2、11^2進(jìn)行組合，得到鑒相誤差量D，如果所取的兩個(gè)信道的信號分量位于載波兩個(gè)彼此正交的相位上，則按照公式(2)對正1、1 1、幾1、^2、1 2、幾2進(jìn)行組合，得到鑒相誤差量0， D = [IEl X sign (IPl)+ a IE2]2+[QE1 X sign (QPl) + a QE2]2 -[ILlXsign(IPl) + a IE2]2- [QLl X sign (QPl) + a QL2]2(1)D = [IEl X sign (IPl) + α QE2]2+ [QEl X sign (QPl) + α ΙΕ2]2 -[ILlXsign(IPl) + a QE2]2-[QLlXsign(QPl)+ a IL2]2(2)其中Sign(X)為取χ的符號操作，α是總信號中第一信道信號分量與第二信道信號分量的功率比；第九步，鑒相誤差量D送入碼跟蹤環(huán)的環(huán)路濾波器，濾波輸出的結(jié)果送入碼NCO調(diào)整接收機(jī)內(nèi)部復(fù)現(xiàn)擴(kuò)頻序列的相位，以保持碼環(huán)的鎖定。
全文摘要
一種導(dǎo)航信號的調(diào)制方式，先將導(dǎo)航信號信道的信號分量使用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，各信道之間進(jìn)行組合，各信道分別選取各自的擴(kuò)頻調(diào)制方式，并且各信道能夠調(diào)制有電文數(shù)據(jù)或者不調(diào)制電文數(shù)據(jù)，各信道組合后構(gòu)成總信號；其解調(diào)方法是先接收經(jīng)過調(diào)制方式的導(dǎo)航信號，再將接信號經(jīng)前置放大器、下變頻器送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將導(dǎo)航信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再計(jì)算鑒相誤差量，鑒相誤差量送入碼跟蹤環(huán)的環(huán)路濾波器，濾波輸出的結(jié)果送入碼調(diào)整接收機(jī)內(nèi)部復(fù)現(xiàn)擴(kuò)頻序列的相位，以保持碼環(huán)的鎖定，在處理本發(fā)明這種調(diào)制方式的導(dǎo)航信號時(shí)，接收機(jī)能夠同時(shí)獲得良好的解調(diào)性能與碼跟蹤性能。
文檔編號G01S19/30GK102394850SQ20111028223
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者姚錚, 陸明泉 申請人:清華大學(xué)