本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航信號(hào)分量相位偏差測試方法。

背景技術(shù)：

為了提供高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)，導(dǎo)航衛(wèi)星必須提供連續(xù)、高精度和高完好性的導(dǎo)航信號(hào)、導(dǎo)航信號(hào)的質(zhì)量影響衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用戶的定位、測距性能，因此，導(dǎo)航衛(wèi)星在發(fā)射前的地面測試中，必須對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行嚴(yán)格評(píng)估，確保衛(wèi)星在軌后信號(hào)質(zhì)量能滿足用戶的需求。

對(duì)于傳統(tǒng)的無線電數(shù)字載波調(diào)制信號(hào)，如qpsk、bpsk、gsm等，通常采用商用矢量信號(hào)分析儀器，或者采用基于通用儀器和矢量信號(hào)分析軟件結(jié)合的測試系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，但是，現(xiàn)代的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)體制中，同一載波頻點(diǎn)上往往存在個(gè)不同調(diào)制方式的信號(hào)，不能使用通用的商用矢量信號(hào)分析或者矢量信號(hào)分析軟件進(jìn)行分析。目前，對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的質(zhì)量評(píng)估均采用高速采樣，然后對(duì)采樣后的數(shù)據(jù)使用數(shù)字信號(hào)處理評(píng)估信號(hào)質(zhì)量。導(dǎo)航信號(hào)分量相位偏差是導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量評(píng)估項(xiàng)目中的關(guān)鍵項(xiàng)目。導(dǎo)航信號(hào)分量相位偏差是通過對(duì)導(dǎo)航信號(hào)處理，獲取同頻點(diǎn)各支路導(dǎo)航信號(hào)的載波在同一時(shí)刻的初始相位，以其中一路為參考，其他各支路載波初始相位與參考支路初始相位求差來得到，因此，這個(gè)項(xiàng)目評(píng)估精度取決于各支路載波初相的獲取精度。

對(duì)于導(dǎo)航信號(hào)的相位的獲取，傳統(tǒng)的處理方式基于延遲鎖定環(huán)的處理結(jié)構(gòu)，這種方式中要求的信號(hào)持續(xù)時(shí)間長，導(dǎo)致微波采樣數(shù)據(jù)龐大，而且這種結(jié)構(gòu)中，利用環(huán)路濾波器的輸出跟蹤載波，理論上總是存在一定的跟蹤誤差，導(dǎo)致本地載波和實(shí)際的信號(hào)標(biāo)稱中心頻率存在頻率差，而且這種結(jié)構(gòu)只能比較準(zhǔn)確地分離qpsk信號(hào)，對(duì)于恒包絡(luò)多調(diào)制方式的現(xiàn)代導(dǎo)航信號(hào)，無法分別獲取各支路的初始相位相位。論文《數(shù)字波形匹配的導(dǎo)航信號(hào)載波精密同步方法》(劉崇華、崔小準(zhǔn)、王璐等，中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)vol25(4)，p14～19，2014年12月)中提出一種計(jì)算導(dǎo)航信號(hào)初始相位的方法，該方法盡管有較高的估計(jì)精度，但是載波的相位獲取是通過在本地生成不同初相的本地?cái)?shù)字波形數(shù)據(jù)與采樣信號(hào)進(jìn)行相關(guān)匹配，每次匹配，需要進(jìn)行一次運(yùn)算量大的運(yùn)算，為了提高精度，需要更多的匹配次數(shù)，此外，當(dāng)同一頻點(diǎn)的信號(hào)支路數(shù)目較多時(shí)，各支路導(dǎo)航信號(hào)之間的交調(diào)分量對(duì)匹配的峰值造成影響，這種方法是根據(jù)本地不同初始相位的數(shù)字波形來匹配待分析數(shù)據(jù)，交調(diào)分量導(dǎo)致匹配峰值的畸變，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致獲取的載波相位誤差變大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種導(dǎo)航信號(hào)分量相位偏差測試方法，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器的同頻點(diǎn)多支路導(dǎo)航信號(hào)的信號(hào)分量相位偏差的精密測試。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種導(dǎo)航信號(hào)分量相位偏差測試方法，步驟如下：

(1)用高速a/d采樣器對(duì)導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器生成的導(dǎo)航信號(hào)采樣；

(2)以同頻點(diǎn)多路導(dǎo)航信號(hào)中的一個(gè)支路作為參考信號(hào)，即第1個(gè)導(dǎo)航信號(hào)之路，設(shè)參考支路導(dǎo)航信號(hào)的偽隨機(jī)碼周期為tc，任意時(shí)刻連續(xù)提取長度為2tc的導(dǎo)航信號(hào)采樣數(shù)據(jù)；

(3)根據(jù)采樣率fs和導(dǎo)航信號(hào)的標(biāo)稱中心頻率fd，生成時(shí)間長度為tc、初相為0的本地載波正弦波數(shù)據(jù)ws和初相為0的本地載波余弦波數(shù)據(jù)wc，其中本地載波頻率為fl＝fd；

(4)生成一個(gè)偽隨機(jī)碼周期的參考支路偽隨機(jī)碼碼片作為本地偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)；若參考支路存在副載波，則對(duì)參考支路偽隨機(jī)碼進(jìn)行副載波調(diào)制，得到本地偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)；根據(jù)采樣率fs生成時(shí)間長度為tc的參考支路導(dǎo)航信號(hào)本地基帶樣本數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為l＝tc×fs；

(5)將本地正弦余弦數(shù)據(jù)正交參考支路導(dǎo)航信號(hào)本地基帶樣本數(shù)據(jù)然后進(jìn)行傅立葉變換，與導(dǎo)航信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的前l(fā)個(gè)數(shù)據(jù)的傅立葉變換進(jìn)行共軛相乘，再逆傅立葉變換，對(duì)幅度進(jìn)行平方處理，求出最大值，其對(duì)應(yīng)的樣本點(diǎn)序號(hào)定義為參考支路偽隨機(jī)碼的起始點(diǎn)n0；

(6)從n0開始，對(duì)參考信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)截取長度為l的數(shù)據(jù)與ws相乘，得到載波剝離后的數(shù)據(jù)和wc相乘，得到載波剝離后的數(shù)據(jù)

(7)參考支路導(dǎo)航信號(hào)的本地基帶樣本數(shù)據(jù)分別與和相乘并累加，得到as和ac，計(jì)算得到參考質(zhì)量導(dǎo)航信號(hào)載波的初始相位為：

(8)計(jì)算獲得第2個(gè)導(dǎo)航信號(hào)支路的載波初始相位；

(9)所有同頻點(diǎn)的其他導(dǎo)航信號(hào)支路，采用與計(jì)算第2個(gè)導(dǎo)航信號(hào)支路的載波初始相位相同的方法，計(jì)算各自的載波初始相位；

(10)以參考支路的載波初始相位為參考，所有其他支路的載波初始相位與參考支路初始相位求差，求差結(jié)果再減去信號(hào)體制規(guī)定的相位差，得到的結(jié)果就是導(dǎo)航信號(hào)的信號(hào)分量相位分量偏差。

所述步驟(1)中a/d采樣器采樣頻率fs高于導(dǎo)航衛(wèi)星待測試頻點(diǎn)導(dǎo)航信號(hào)的最高頻率兩倍以上。

所述步驟(1)中a/d采樣器與導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器的頻率參考使用同一個(gè)頻率基準(zhǔn)信號(hào)。

所述步驟(3)中本地載波正弦波數(shù)據(jù)ws和初相為0的本地載波余弦波數(shù)據(jù)wc的獲取方法為：

所述步驟(8)的具體過程為：假設(shè)其偽隨機(jī)碼周期為t2，則生成一個(gè)偽隨機(jī)碼周期的偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)，若該導(dǎo)航信號(hào)存在副載波，則對(duì)該偽隨機(jī)碼進(jìn)行副載波調(diào)制，得到本地偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)；根據(jù)采樣率fs生成本地偽隨機(jī)碼基帶樣本數(shù)據(jù)；如果第2個(gè)導(dǎo)航信號(hào)支路的偽隨機(jī)碼周期t2小于等于參考支路偽隨機(jī)碼周期tc，則本地基帶樣本數(shù)據(jù)長度為l′＝t2×fs，讀取前l(fā)′個(gè)載波剝離后的數(shù)據(jù)和分別用和表示，本地基帶樣本數(shù)據(jù)與和相乘并累加，得到a′s和a′c；計(jì)算第2導(dǎo)航信號(hào)載波的初始相位為：如果第2路導(dǎo)航信號(hào)支路的偽隨機(jī)碼周期t2大于參考支路偽隨機(jī)碼周期tc，則截取本地基帶數(shù)據(jù)的前l(fā)個(gè)的數(shù)據(jù)，與分別與和相乘并累加，得到as和ac；計(jì)算第2導(dǎo)航信號(hào)載波的初始相位為：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)a/d采樣器的采樣時(shí)鐘與導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器的參考信號(hào)使用同一頻率基準(zhǔn)，在信號(hào)處理中本地載波頻率直接使用標(biāo)稱頻率值，完全消除頻率誤差的影響。

(2)在載波初相計(jì)算中，只需要兩次對(duì)正弦載波剝離和余弦載波剝離后的信號(hào)進(jìn)行相乘累加運(yùn)算，就可以進(jìn)行相位鑒別得到載波初相，運(yùn)算量小，僅需要兩個(gè)參考支路偽隨機(jī)周期的數(shù)據(jù)。

(3)本方法采用一個(gè)偽隨機(jī)碼周期的數(shù)據(jù)相乘累加，消除其他支路偽隨機(jī)碼對(duì)所取支路的影響，通過反正切來計(jì)算載波初始相位，避免了多支路導(dǎo)航信號(hào)工作時(shí)所形成交調(diào)分量對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)原理圖；

圖2導(dǎo)航信號(hào)的數(shù)字域頻譜。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本發(fā)明方法的流程框圖。主要步驟如下：

(1)用高速a/d采樣器導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器生成的導(dǎo)航信號(hào)采樣，要求a/d采樣器采樣頻率fs高于導(dǎo)航衛(wèi)星待測試頻點(diǎn)導(dǎo)航信號(hào)的最高頻率兩倍以上；a/d采樣器的時(shí)鐘與導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器的頻率參考使用同一個(gè)頻率基準(zhǔn)信號(hào)；假設(shè)導(dǎo)航信號(hào)中心頻率為fd＝1575.42mhz，導(dǎo)航信號(hào)單邊帶帶寬16.368mhz，則待待測試頻點(diǎn)導(dǎo)航信號(hào)的最高頻率為1575.42+16.368＝1591.788mhz，用fs＝5ghz采樣率采樣，fs高于最高頻率兩倍以上。采樣數(shù)據(jù)功率譜如圖2所示。

(2)以同頻點(diǎn)的多路導(dǎo)航信號(hào)中的一個(gè)支路作為參考信號(hào)，假設(shè)參考支路導(dǎo)航信號(hào)的偽隨機(jī)碼周期為tc，任意時(shí)刻連續(xù)提取長度為2tc的導(dǎo)航信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為n＝2×tc×fs。假設(shè)tc＝1ms，則采樣讀取的導(dǎo)航信號(hào)采樣數(shù)據(jù)為1e7個(gè)。

(3)根據(jù)采樣率fs和導(dǎo)航信號(hào)的標(biāo)稱中心頻率fd，生成時(shí)間長度為tc、初相為0的本地載波正弦波數(shù)據(jù)ws和初相為0的本地載波余弦波數(shù)據(jù)wc，其中數(shù)據(jù)樣本點(diǎn)數(shù)目l＝tc×fs，本地載波頻率取值為導(dǎo)航信號(hào)的標(biāo)稱中心頻率；

(4)生成一個(gè)偽隨機(jī)碼周期的參考支路偽隨機(jī)碼碼片，如果參考支路有副載波，則還對(duì)偽隨機(jī)碼進(jìn)行副載波調(diào)制，根據(jù)采樣率fs生成參考支路導(dǎo)航信號(hào)的本地基帶樣本數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)長度為l＝tc×fs。這里l＝5e6。如果參考信號(hào)為bpsk調(diào)制，對(duì)其偽隨機(jī)碼發(fā)生器生成偽隨機(jī)碼生成為l個(gè)樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)bpsk調(diào)制偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)樣本：

式中db(i),i＝1,…,l，為bpsk調(diào)制偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)樣本。

如果為boc調(diào)制，則首先生成數(shù)目為l的副載波樣本點(diǎn)：

然后與偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)樣本模2加，形成boc調(diào)制基帶數(shù)據(jù)。

式中表示模2加處理，i＝1,2,…,n

(5)本地載波的正弦余弦數(shù)據(jù)對(duì)本地基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行載波正交調(diào)制。假設(shè)本地基帶數(shù)據(jù)為boc調(diào)制數(shù)據(jù)，于是正交調(diào)制后的數(shù)據(jù)變?yōu)椋?/p>

式中dm(k)＝dr(k)(wc(k)+jws(k))。

正交調(diào)制后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換，與讀取n個(gè)導(dǎo)航信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的前l(fā)個(gè)數(shù)據(jù)的傅立葉變換進(jìn)行共軛相乘，再逆傅立葉變換，并對(duì)幅度進(jìn)行平方處理：

式中fft()表示對(duì)括號(hào)中數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換，fft*()表示對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換后并進(jìn)行共軛處理，ifft()表示對(duì)括號(hào)中數(shù)據(jù)進(jìn)行逆傅立葉變換。為讀取n個(gè)導(dǎo)航信號(hào)采樣數(shù)據(jù)的前l(fā)個(gè)數(shù)據(jù)。

對(duì)平方后的幅度搜索最大值，其對(duì)應(yīng)的樣本點(diǎn)序號(hào)則為導(dǎo)航信號(hào)中對(duì)應(yīng)參考支路偽隨機(jī)碼的起始點(diǎn)n0。

(6)從n0開始，從導(dǎo)航信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)截取長度為l的數(shù)據(jù)

與初相為0的本地正弦數(shù)據(jù)ws相乘，得到載波剝離后的數(shù)據(jù)和初相為0的本地余弦數(shù)據(jù)wc相乘，得到載波剝離后的數(shù)據(jù)

式中ds(k)＝dd(k)×wc(k)，dc(k)＝dd(k)×ws(k)

(7)參考支路導(dǎo)航信號(hào)的本地基帶樣本數(shù)據(jù)分別與和相乘并累加，得到as和ac，計(jì)算參考質(zhì)量導(dǎo)航信號(hào)載波的初始相位為：

(8)進(jìn)行第2個(gè)導(dǎo)航信號(hào)支路的載波初始相位計(jì)算。

假設(shè)其偽隨機(jī)碼周期為t2，則生成一個(gè)偽隨機(jī)碼周期的偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)，如果該導(dǎo)航信號(hào)存在副載波，則繼續(xù)對(duì)該偽隨機(jī)碼進(jìn)行副載波調(diào)制，從而得到本地偽隨機(jī)碼基帶數(shù)據(jù)。根據(jù)采樣率fs生成本地偽隨機(jī)碼基帶樣本數(shù)據(jù)。如果第2個(gè)導(dǎo)航信號(hào)支路的偽隨機(jī)碼周期小于參考支路偽隨機(jī)碼周期tc，這時(shí)本地基帶樣本數(shù)據(jù)長度為l′＝t2×fs，載波剝離后的數(shù)據(jù)和讀取前l(fā)′個(gè)，分別用和表示，本地基帶樣本數(shù)據(jù)與和相乘并累加，得到a′s和a′c；計(jì)算第2導(dǎo)航信號(hào)載波的初始相位為：

如果第2路導(dǎo)航信號(hào)支路的偽隨機(jī)碼周期大于參考支路偽隨機(jī)碼周期tc，則截取本地基帶數(shù)據(jù)的前l(fā)個(gè)的數(shù)據(jù)，與分別與和相乘并累加，得到as和ac；計(jì)算第2導(dǎo)航信號(hào)載波的初始相位為：

(9)所有同頻點(diǎn)的其他導(dǎo)航信號(hào)支路，采用第(8)步驟相同的方法，計(jì)算各自的載波初始相位。

(10)以參考支路的載波初始相位為參考，所有其他支路的載波初始相位與參考支路初始相位求差，求差的結(jié)果再減去導(dǎo)航信號(hào)體制規(guī)定的相位差，最后得到的結(jié)果就是導(dǎo)航信號(hào)的信號(hào)分量相位分量偏差。

假設(shè)導(dǎo)航信號(hào)體制中規(guī)定第2條導(dǎo)航信號(hào)支路與參考支路的載波相位差為π/2，則第2條導(dǎo)航信號(hào)支路的信號(hào)分量相位分量偏差為：

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。