專利名稱：二進制偏置載波信號精確同步裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種衛(wèi)星導航技術，具體是一種二進制偏置載波信號精確同步裝置及方法，即為SPAR (Symmetrical Pulse Ambiguity Removing,對稱脈沖消除誤差)技術。
背景技術：
現(xiàn)代GPS和歐洲伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)采用分裂頻譜類型的調(diào)制信號，如二進制偏移載波(BOC)信號，以與現(xiàn)有全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號，如GPS C/A碼信號更好的頻譜分離。BOC信號使用正弦相位或余弦相位方波子載波調(diào)制偽隨機噪聲(PN)碼。正弦相位BOC調(diào)制信號記為sinBOC(m，n)，m為方波頻率fs對I. 023MHz的比，n表示擴頻碼速率f。對
1.023MHz的比。比值M=2m/n稱為調(diào)制階，必須為正整數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)BOC調(diào)制能改進碼跟蹤性能，使多徑效應衰減并抑制窄帶干擾。然而，BOC信號的子載波在尖銳的自相關函數(shù) (ACF)的主峰兩邊都產(chǎn)生了邊峰，這可能會導致在捕獲和跟蹤步驟里產(chǎn)生誤差。DSSS信號的傳統(tǒng)捕獲已經(jīng)討論得很完善了。傳統(tǒng)捕獲方案的檢測標準為 = ￡(&+&)此處Iu和Qu是當本地信號使用和接受信號相同的正弦BOC調(diào)制符號時，同相和正交相關器的輸出。L是非相干累加器的數(shù)目。此方法按順序一個接一個檢測每個碼延遲和多普勒值。一旦最大相關結果比門限大，便認為檢測完成。由于有大量信號能量位于BOC自相關函數(shù)的邊峰，在噪聲和多徑的影響下邊峰的值很可能超過主峰，此時就發(fā)生了誤捕獲。主峰和第二個峰(圖I)的功率比為p-4+六:2從圖I可看出，對M=2，邊峰比主峰弱6dB，但對M=4，最大邊峰和主峰的差距就只有
2.5dB 了。M越大，最大邊峰和主峰之間的差別就越小，而誤捕獲的可能性就越大。如果發(fā)生了誤捕獲，碼跟蹤換初始時將鎖定在邊峰上。經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，總結出現(xiàn)有消除誤鎖定的技術如下a，過采樣方法，通過過采樣碼位置以通過能量比較確定主峰。雖然這對低頻率信號(如BOC (1，I)和BOC (2，2))很方便，但對高頻信號(通常為BOC (14，2))不合適。b，跳躍技術，通過測量和比較接收的相鄰峰的功率與當前的跟蹤峰的，根據(jù)比較結果向左或右跳躍，直到找到最大峰。C，類BPSK技術，此方法由馬丁首先提出。它把接收的B0C(x，y)信號等效為兩個載波頻率對稱位于BOC載波頻率兩邊的兩個BPSK(y)信號的疊加。這樣每部分都當成獨立的BPSK信號，能提供精確相關函數(shù)。類BPSK技術的缺點是，若其用于單旁瓣信號(單面帶或單邊帶)，由于相干損失，將至少減少3dB的信噪比。雖然平行用于雙旁瓣(雙面帶或雙邊帶)或使用高階類BPSK方法可部分補償_3dB的損失，此方法仍然會產(chǎn)生0. 5dB到0. 8dB的能量損失。
d，子載波相位消除(SCPC)技術。SCPC的基本想法是按和載波相同的方式處理子載波。除了本地同相和正交載波信號外，還需產(chǎn)生同相和正交的本地子載波信號。因此此處產(chǎn)生了兩個相關通道。一個通道里，接收的濾波信號和本地BOC信號在同相子載波上相關，另一個通道里，接收的濾波信號和本地BOC信號在正交子載波上相關。當把這兩個通道的相關結果結合的時候，借得到了與BPSK類似的ACF。主要缺點是SCPC需要更多相關器。e，單旁瓣技術。此方法由菲什曼和貝茨首次提出。只選擇BOC譜的一個旁瓣操作，因為單旁瓣譜和BPSK調(diào)制的相似。f,自相關單峰消除技術(GRASS)和(ASPeCT)。GRASS和ASPeCT的本質(zhì)是吧BOCd, I)自相關函數(shù)的邊峰移開，因為他們是誤鎖跟蹤點的根源。ASPeCT的缺點是其只是對sinBOC(n，n)信號。對GRASS技術,本地輔助信號過于復雜難以使用，而結合的相關結果 的正的邊峰雖然幅度比主峰的小得多了，卻仍然存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出了一種對稱脈沖消除誤差(SPAR)技術，即二進制偏置載波信號精確同步裝置及方法，適用于通用sinBOC (m，n)或cosB0C(m，n)信號且便于使用。通過使用兩個本地輔助信號，然后結合接收信號和本地信號間的相關結果及接收信號和另一個本地信號的相關結果，SPAR技術構造了一個完全移除不希望的側峰的檢測標準，從而能消除誤捕獲的問題。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種二進制偏置載波信號精確同步裝置，包括天線、射頻前端處理模塊和相關器，其中天線接收射頻衛(wèi)星導航信號，并與射頻前端處理模塊的輸入端相連，傳輸射頻衛(wèi)星導航信號；射頻前端處理模塊的輸出端與相關器的輸入端相連，傳輸數(shù)字中頻導航信號，相關器輸出沒有正旁峰的接收信號以及本地信號的相關結果。所述的射頻前端處理模塊包括放大濾波子模塊、多級混頻子模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊，其中放大濾波子模塊與天線相連傳輸射頻衛(wèi)星導航信號，放大濾波子模塊與多級混頻子模塊相連傳輸經(jīng)放大濾波后的射頻衛(wèi)星導航信號，多級混頻子模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊相連傳輸混頻后的導航信息，模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊與相關器相連傳輸采樣后的數(shù)字中頻導航信號。所述的相關器將數(shù)字中頻導航信號與本地輔助信號進行相關運算并組合得到?jīng)]有正旁峰的接收信號以及本地信號的相關結果，該相關器包括本地輔助信號生成子模塊、相關運算子模塊、重新組合及輸出子模塊，其中相關運算子模塊的一個輸入端與射頻前端處理模塊相連傳輸數(shù)字中頻導航信號，相關運算子模塊的另一個輸入端與本地輔助信號生成子模塊相連傳輸輔助類BOC信號，相關運算子模塊的輸出端與重新組合及輸出子模塊相連傳輸相關運算的結果信息，重新組合及輸出子模塊輸出重新組合后沒有正旁峰的信號相關結果。本發(fā)明涉及一種二進制偏置載波信號精確同步方法，包括以下步驟第一步，天線接收導航信號，并對接收到的導航信息進行射頻前端處理，得到數(shù)字中頻導航信號。所述的射頻前端處理，包括以下步驟
I)通過射頻濾波器濾出射頻信號中的無關頻率分量，并由低噪聲放大器放大，得到放大的高頻信號；2)將放大的高頻信號和本地晶振產(chǎn)生的信號進行三級混頻，得到模擬的數(shù)字中頻導航信號；3)將模擬的數(shù)字中頻導航信號進行量化后，得到數(shù)字中頻導航信號。第二步，生成兩個本地輔助類BOC信號。所述的生成本地輔助類BOC信號，具體是指本地產(chǎn)生兩個輔助類BOC信號S,efl和
Sref2 °第三步，對第一步的數(shù)字中頻導航信號和第二步的兩個本地輔助類BOC信號進行相關處理，分別得到這兩個信號的相關信號RTOAefl( T )和RBreArf2( T )，T是碼中的碼延遲。 第四步，對相關信號進行重新組合處理，得到?jīng)]有正旁峰的相關信號，通過該信號實現(xiàn)信號的捕獲和跟蹤。
所述的重新組合處理，是指用
^BOC/refl ( T )減去
(T )，得到最終的沒有正旁
峰的相關信號T(T) -RBOc/refl ( T ) _RB0C/ref2 ( T ) °其中，T是碼中的碼延遲。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明(SPAR)的有益效果是指得到的本地輔助信號與接收數(shù)字中頻導航信號的相關結果除主峰外沒有正的旁峰，而因為只有正的值才能通過門限，負的旁峰不影響統(tǒng)計監(jiān)測。這樣在信號捕獲和跟蹤鎖定過程中，就不會出現(xiàn)鎖定在旁峰的情況，即消除了誤捕獲問題。


圖I是傳統(tǒng)捕獲方案的主峰和第二峰的功率比示意圖。圖2是sinBOC (2n，n)信號的互相干函數(shù)包絡
^BOC/refl ^B0C/ref2 和最終監(jiān)測標準示意圖。圖3是對cosB0C(n，n)的朱利安的方法示意圖。圖4是cosBOC (n, n)的SPAR技術示意圖。圖5是SPAR技術的結構示意圖。圖6是SPAR技術和傳統(tǒng)技術在Pfa=10_6下對sinBOC (n，n)和cosBOC (n，n)的檢測概率的理論(T)、蒙特卡羅方法(M)、傳統(tǒng)(C)和SPAR (P)結果示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明(SPAR)的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例本實施例涉及的BOC調(diào)制信號的接收系統(tǒng)，包括天線、射頻前端處理模塊和相關器，其中天線接收導航信號，天線與射頻前端處理模塊相連傳輸導航信號，射頻前端處理模塊與相關器相連傳輸數(shù)字中頻導航信號，相關器輸出沒有正旁峰的接收信號與本地信號的相關結果。所述的射頻前端處理模塊處理射頻衛(wèi)星導航信號，包括放大濾波子模塊、多級混頻子模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊，其中放大濾波子模塊與天線相連傳輸導航信號，放大濾波子模塊與多級混頻子模塊相連傳輸經(jīng)放大濾波后的導航信號，多級混頻子模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊相連傳輸混頻后的導航信息，模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊與相關器相連傳輸采樣后的數(shù)字中頻導航信號。本實施例中射頻前端處理模塊采用的是Zarlink公司的GP2015超小型射頻前端器件。所述的相關器將數(shù)字中頻導航信號與本地輔助類BOC信號進行相關運算并組合得到?jīng)]有正旁峰存在的相關結果，包括本地輔助類BOC信號生成模塊、相關運算子模塊、重新組合及輸出子模塊，其中相關運算子模塊的一個輸入端與射頻前端處理模塊相連傳輸數(shù)字中頻導航信號，相關運算子模塊的另一個輸入端與本地輔助類BOC信號生成模塊相 連傳輸輔助類BOC信號，相關運算子模塊的輸出端與重新組合及輸出子模塊相連傳輸相關運算的結果信息，重新組合及輸出子模塊輸出重新組合后沒有正旁峰的信號相關結果。本實施例中相關器采用的是Xilinx公司的Spartan_3A DSP 1800A開發(fā)板。本實施例涉及的上述BOC調(diào)制信號的接收系統(tǒng)的接收方法如圖5所示，包括以下步驟第一步，天線接收導航信號，并對接收到的導航信息進行射頻前端處理，得到數(shù)字中頻導航信號。本實施例中的導航信號是B0C(1，1)調(diào)制信號。所述的射頻前端處理，包括以下步驟I)通過射頻濾波器濾出射頻信號中的無關頻率分量，并由低噪聲放大器放大，得到放大的高頻信號；2)將放大的高頻信號和鎖相環(huán)頻率合成器產(chǎn)生的第一本振信號本地晶振產(chǎn)生的信號(I. 4GHz)混頻，經(jīng)過濾波后得到差頻信號(175. 42MHz);該175. 42MHz差頻信號與第二本振信號(140MHz)混頻，經(jīng)過聲表面濾波器中心頻率選擇得到差頻信號(35.42MHz);該35. 42MHz差頻信號經(jīng)過自動增益放大后與第三本振信號(31.11MHz)混頻，經(jīng)過低通濾波器得到模擬的數(shù)字中頻導航信號(4. 309MHz)；3)將模擬的數(shù)字中頻導航信號進行量化后，得到數(shù)字中頻導航信號s (t)。第二步，生成兩個本地輔助類BOC信號。所述的生成本地輔助類BOC信號，具體是指本地產(chǎn)生兩個輔助類BOC信號s,efl和Sref2。第三步，對第一步的數(shù)字中頻導航信號和第二步的兩個本地輔助類BOC信號進行相關處理，分別得到這兩個信號的相關信號Rb。。&fl ( T )和RBre/Mf2 (T)0 T是碼中的碼延遲。第四步，對相關信號進行重新組合處理，得到?jīng)]有正旁峰的相關信號，通過該信號實現(xiàn)信號的捕獲和跟蹤。所述的重新組合處理，是指用
^BOC/refl ( T )減去 RB0C/:rrf2
(T )，得到最終的沒有正旁
峰的相關信號T(T) -RBOC/refl ( T ) _RB0C/ref2 ( T )，
其中，T是碼中的碼延遲。本實施例使用延遲鎖定環(huán)(DLL)使用點積功率鑒別器，鑒別器輸出的理論表達式為 _]
權利要求
1.一種二進制偏置載波信號精確同步裝置，包括天線、射頻前端處理模塊和相關器，其中天線接收射頻衛(wèi)星導航信號，并與射頻前端處理模塊的輸入端相連，傳輸射頻衛(wèi)星導航信號；射頻前端處理模塊的輸出端與相關器的輸入端相連，傳輸數(shù)字中頻導航信號，相關器輸出沒有正旁峰的接收信號以及本地信號的相關結果；其特征在于 所述的相關器將數(shù)字中頻導航信號與本地輔助信號進行相關運算并組合得到?jīng)]有正旁峰的接收信號以及本地信號的相關結果，該相關器包括本地輔助信號生成子模塊、相關運算子模塊、重新組合及輸出子模塊，其中相關運算子模塊的一個輸入端與射頻前端處理模塊相連傳輸數(shù)字中頻導航信號，相關運算子模塊的另一個輸入端與本地輔助信號生成子模塊相連傳輸輔助類BOC信號，相關運算子模塊的輸出端與重新組合及輸出子模塊相連傳輸相關運算的結果信息，重新組合及輸出子模塊輸出重新組合后沒有正旁峰的信號相關結果。
2.根據(jù)權利要求I所述的二進制偏置載波信號精確同步裝置，其特征是，所述的射頻前端處理模塊包括放大濾波子模塊、多級混頻子模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊，其中放大濾波子模塊與天線相連傳輸射頻衛(wèi)星導航信號，放大濾波子模塊與多級混頻子模塊相連傳輸經(jīng)放大濾波后的射頻衛(wèi)星導航信號，多級混頻子模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊相連傳輸混頻后的導 航信息，模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊與相關器相連傳輸采樣后的數(shù)字中頻導航信號。
3.一種二進制偏置載波信號精確同步方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，天線接收導航信號，并對接收到的導航信息進行射頻前端處理，得到數(shù)字中頻導航信號； 第二步，生成本地輔助類BOC信號； 第三步，對第一步的數(shù)字中頻導航信號和第二步的本地輔助類BOC信號進行相關處理，分別得到這兩個信號的相關信號 ^BOC/refl ( T )和 RB0C/ref2 (t),T是碼中的碼延遲； 第四步，對相關信號進行重新組合處理，得到?jīng)]有正旁峰的相關信號，通過該信號實現(xiàn)f目號的捕獲和跟蹤。
4.根據(jù)權利要求3所述的二進制偏置載波信號精確同步方法，其特征是，所述的射頻前端處理，包括以下步驟 1)通過射頻濾波器濾出射頻信號中的無關頻率分量，并由低噪聲放大器放大，得到放大的高頻信號； 2)將放大的高頻信號和本地晶振產(chǎn)生的信號進行三級混頻，得到模擬的數(shù)字中頻導航信號; 3)將模擬的數(shù)字中頻導航信號進行量化后，得到數(shù)字中頻導航信號。
5.根據(jù)權利要求3所述的二進制偏置載波信號精確同步方法，其特征是，所述的生成本地輔助類BOC信號，是指本地產(chǎn)生兩個輔助類BOC信號&丨和Sref2其中，T是碼中的碼延遲。
6.根據(jù)權利要求3所述的二進制偏置載波信號精確同步方法，其特征是，所述的重新組合處理，是指用 ^BOC/refl ( 1 )減去 RB0C/ref2 (T )，得到最終的沒有正旁峰的相關信號T(t) 一 ^BOC/refl ⑴ _RB0C/ref2 ⑴， 其中，T是碼中的碼延遲。
全文摘要
本發(fā)明公開一種二進制偏置載波信號精確同步裝置及方法，裝置包括天線、射頻前端處理模塊和相關器，相關器中相關運算子模塊的一個輸入端與射頻前端處理模塊相連傳輸數(shù)字中頻導航信號，相關運算子模塊的另一個輸入端與本地輔助信號生成子模塊相連傳輸輔助類BOC信號，相關運算子模塊的輸出端與重新組合及輸出子模塊相連傳輸相關運算的結果信息，重新組合及輸出子模塊輸出重新組合后沒有正旁峰的信號相關結果。本發(fā)明SPAR技術通過使用兩個本地輔助信號，然后結合接收信號和本地信號間的相關結果及接收信號和另一個本地信號的相關結果，構造了一個完全移除不希望的側峰的檢測標準，從而具有能消除誤捕獲的問題的優(yōu)點。
文檔編號G01S19/36GK102723966SQ201110397489
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者唐曉寧, 時東飛, 李振波, 陳佳品, 陳翔, 齊家敏 申請人:上海交通大學