專利名稱：衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼的生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種信息處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻 碼的生成方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號中的擴頻碼可以增強導航信號的抗噪聲能力，幫助 用戶快速區(qū) 分不同衛(wèi)星，因此在衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號體制設(shè)計中占有重要地位。由于擴頻碼碼片之間有 很好的隨機性，但碼的生成又都有一定規(guī)律，并不是真正的完全的隨機，所以擴頻碼也叫偽 隨機碼。基于gold序列的C/A碼是全球第一個衛(wèi)星導航系統(tǒng)——GPS (Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))的衛(wèi)星導航信號擴頻碼，作為碼分多址衛(wèi)星導航系統(tǒng)的擴頻碼，至 今已被使用了三十多年并還在繼續(xù)使用。C/A碼由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生，生成方法簡 單，但具有較好的自互相關(guān)特性的擴頻碼的數(shù)量較少，而另一方面隨著全球衛(wèi)星導航事業(yè) 的蓬勃發(fā)展，如歐洲的Galileo，俄羅斯的GL0NASS，中國的Compass，日本的QZSS等衛(wèi)星導 航系統(tǒng)的出現(xiàn)，這些系統(tǒng)建成后，太空將會有幾百顆衛(wèi)星，對衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號上擴頻碼的 數(shù)量需求也非常迫切，現(xiàn)有擴頻碼碼族已不能滿足需要，因此生成足夠多數(shù)量并具有較好 自互相關(guān)特性的擴頻碼就顯得尤為重要。經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00580051474，名稱為用于衛(wèi)星導 航系統(tǒng)的擴頻碼，該技術(shù)采用迭代方法修改或替換不滿足優(yōu)化標準的比特模式集，并創(chuàng)建 次優(yōu)的擴頻碼集合作為最終擴頻碼。但是該方法不宜在衛(wèi)星上實時生成，需要事先全部存 儲在衛(wèi)星上，增加了衛(wèi)星負擔；且整個過程耗時較長，生成的碼組的數(shù)量有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼 的生成方法，基于Weil序列生成擴頻碼，實現(xiàn)了衛(wèi)星導航系統(tǒng)對擴頻碼的需求，具有生成 碼序列的數(shù)量眾多，序列自互相關(guān)特性好的優(yōu)點。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步，當待擴頻碼的長度q為素數(shù)時，對帶擴頻碼進行長度為q的Legendre序 列生成處理和長度為q的Weil序列生成處理得到(q_l) /2組長度為q的Weil序列并執(zhí)行 第三步；否則，對帶擴頻碼進行長度為ρ的Legendre序列生成處理和長度為ρ的Weil序 列生成處理得到(P-I)Λ組長度為ρ的Weil序列并執(zhí)行第二步；其中ρ小于q且ρ是距離q最近的素數(shù)。所述的Legendre序列生成處理，包括以下步驟1)滿足XEy2(Hiodp)的所有的χ組成的集合為SMp，其余的χ組成的集合為SNMp, 其中y e (1，2，···，m)，x e (1，2，...，m_l)，m 是素數(shù);2)當XeSMpJlJL(X) = 1，當χ e SNMp，則L(χ) = 0，從而得到長度為m的Legendre序列。所述的Weil序列生成處理，包括以下步驟1)將長度為m的Legendre序列進行向右移一位處理，且將移位后的Legendre序 列與原Legendre序列做異或運算，得到第一組序列長度m的Weil序列；2)采用1)的方法處理移位后的Legendre序列，得到第二組序列長度m的Weil序 列；3)不斷重復上述步驟，直至得到(m_l)/2組序列長度m的Weil序列。第二步，在第一步得到的長度為ρ的Weil序列中取出長度為(q-p)的短序列并進 行插入處理，得到P · (P-I)/2組長度為q的擴頻碼序列并執(zhí)行第三步。
所述的插入處理是指每個長度為ρ的Weil序列中共有ρ個插入點，將長度為 (q-p)的短序列分別插入長度為P的Weil序列的每個插入點，共得到ρ · (p-1)/2組長度為 q的擴頻碼序列。第三步，判斷每個長度為q的擴頻碼序列偶自相關(guān)最大旁瓣值和奇自相關(guān)最大旁 瓣值，將偶自相關(guān)最大旁瓣值小于等于閾值Tl且奇自相關(guān)最大旁瓣值小于等于閾值T2的 擴頻碼序列作為備選序列。所述的奇自相關(guān)最大旁瓣值通過以下方式獲得
q1)根據(jù)Σω,·ω -Στ e (1，2，...，(1-1)，計算長度為(1的擴頻碼序列的
/=1i=q-T+\
奇自相關(guān)值，得到(q_l)個奇自相關(guān)值，其中q是序列長度，Bi是序列的第i位，ai+,代表 序列的第((i+Omodq)位，τ是序列向右移動的位數(shù)；
白-水曰:^Λ2)根據(jù)自相關(guān)旁瓣值= Wlogm =二2 ,得到q-Ι個奇自相關(guān)旁瓣值，q_l個
Sv J予夕U長度J
奇自相關(guān)旁瓣值中最大值就是奇自相關(guān)最大旁瓣值。所述的偶自相關(guān)最大旁瓣值通過以下方式獲得
“q1)根據(jù)+ Σ aA^ τ e (1,2,... , q_l)，計算長度為q的擴頻碼序列的
/=1i=q-T+\
偶自相關(guān)值，得到(q_l)個偶自相關(guān)值，其中q是序列長度，Bi是序列的第i位，ai+,代表 序列的第((i+Omodq)位，τ是序列向右移動的位數(shù)；
白-水曰:^Λ2)根據(jù)自相關(guān)旁瓣值= Wlogm =二2 ,得到q-Ι個偶自相關(guān)旁瓣值，q_l個
Sv J予夕U長度J
偶自相關(guān)旁瓣值中最大值就是偶自相關(guān)最大旁瓣值。第四步，從備選序列中選擇η組長度為q的擴頻碼序列并計算其中每兩組擴頻序 列之間的偶互相關(guān)最大旁瓣值和奇互相關(guān)最大旁瓣值，當所有得到的偶互相關(guān)最大旁瓣值 都小于等于閾值T3且所有的奇互相關(guān)最大旁瓣值都小于者等于閾值T4時，所述η組長度 為q的擴頻碼序列為待擴頻序列；否則重新選擇其他η組長度為q的擴頻碼序列，其中n 是所需的擴頻序列的組數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是提供一種Weil序列的快速生成方法，通 過對在插入短序列條件下目標序列自互相關(guān)旁瓣值的計算分析，減小冗余目標序列生成數(shù) 量，備選序列的互相關(guān)測試搜索非常有利于互相關(guān)旁瓣門限值的快速確定。


圖1 Weil序列生成原理圖。圖2擴頻碼序列生成原理圖。
圖3 k = 1 Weil序列中插入4種不同短序列組下的最大旁瓣值比較。圖4 k = 510 Weil序列中插入4種不同短序列組下的最大旁瓣值比較。圖5 520170組擴頻碼序列奇偶自相關(guān)最大旁瓣值。圖6 w = 111，ρ = 258備選序列與其它備選序列間的奇偶互相關(guān)。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)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。如圖1-圖2所示，本實施例包括以下步驟第一步，當待擴頻碼的長度q是素數(shù)時，進行長度為q的Legendre序列生成處理 和長度為q的Weil序列生成處理，得到(q_l)/2組長度為q的Weil序列，直接執(zhí)行第三
止
少；否則，進行長度為ρ的Legendre序列生成處理和長度為ρ的Weil序列生成處理， 得到(ρ-1) Λ組長度為ρ的Weil序列，其中ρ小于q且ρ是距離q最近的素數(shù)，執(zhí)行第二
止
少ο本實施例中1023不是素數(shù)，需要選擇離1023最近的素數(shù)1021，先生成長度為 1021的Weil序列。所述的Legendre序列生成處理，包括以下步驟1)滿足χ ^ y2 (modp)的所有的χ組成的集合為SMp，其余的χ組成的集合為SNMp, 其中y e (1，2，···，m)，x e (1，2，...，m_l)，m 是素數(shù);2)當 χ e SMp,則 L (χ) = 1，當 χ e SNMp,則 L (χ) = 0，從而得到長度為 m 的 Legendre 序列。本實施例中當χ = 1 時，存在 y = 1，使(12-1)/1021 = 0，所以 1 e SM1021 ；當χ = 3 時，存在 y = 32，使(322_3)/1021 = 1，所以 3 e SM1021 ；當X = 4 時，存在 y = 2，使(22-4)/1021 = 0，所以 4 e SM1021 ；當χ = 5 時，存在 y = 106，使(1062_5)/1021 = 11，所以 5 e SM1021。而當χ = 2，χ = 6 時，不存在 y，ye (1，2，· · ·，1023)，使得(y2-x)/1021 結(jié)果為 整數(shù)，因此，(2,6) e SW1021。2)對照(1，2，...，6)所屬集合，序列前六位是，101110，序列前面再加一個0，結(jié)果 為 0101110。3)取(7，8，...，1020)，并重復1)和2)，得到1021長度的Legendre序列表1所 示(Legendre序列用8進制數(shù)表示，從左到右，從上到下逐行依次存放，表中共列出1023個 值，需忽略前兩個‘0’位，因此056代表的序列前7個值為0101110)。表 1
056 133 622 721 123 335 061 647 671 727 260 142 503 645 305 501 152 340 073 402 351 656 655 711 475 320 355 167 275 541 637 642 444 316 245 276 500 221 537 636 256 761 144 014 314 544 264 360 750 547 063 756 004 066 413 503 110 044 605 641 330 100 357 630 715 057 036 132 115 146 140 114 437 352 363 765 422 005 372 512 346 111 213 763 415 572 734 556 026 571 447 553 353 456 201 670 016 254 405 506 513 605 214 032 727 473 713 430 566 624 427 223 664 35所述的Weil序列生成處理，包括以下步驟 1)將長度為m的Legendre序列進行向右移一位處理，且將移位后的Legendre序 列與原Legendre序列做異或運算，得到第一組序列長度m的Weil序列；2)采用1)的方法處理移位后的Legendre序列，得到第二組序列長度m的Weil序 列；3)不斷重復上述步驟，直至得到(m_l)/2組序列長度m的Weil序列。本實施例先將表1中的Legendre序列向右移動1位，生成第1個Weil序列；a) Legendre序列第1021位放到新序列第1位，第1，2，...，1020位依次放到新序 列2，3，…，1021位，生成新序列的前6位為101011 ；b)將生成的1021位新序列與原Legendre序列做位對位的異或運算，得到第1個 Weil序列，生成Weil序列前6位為111101。然后將表1中的Legendre序列向右移動2位，生成第2個Weil序列；c) Legendre序列第1020，1021位放到新序列第1，2位，第1，2，. . .，1019位依次 放到新序列3,4,..., 1021位，生成新序列的前6位為011011 ；d)將生成的1021位新序列與原Legendre序列做位對位的異或運算，得到第2個 Weil序列，生成Weil序列前6位為111101。接著依次取移動位數(shù)為3,4, ... 510，從而得到第3,4, ... 510個Weil序列；第二步，在第一步得到的長度為ρ的Weil序列中隨意選擇其中長度為(q-p)的短 序列，且進行插入處理，得到P. (P-I)/2組長度為q的擴頻碼序列，執(zhí)行第三步。所述的插入處理，是每個長度為ρ的Weil序列中共有ρ個插入點，將長度為 (q-p)的短序列分別插入長度為P的Weil序列的每個插入點，共得到p. (p-1)/2組長度為 q的擴頻碼序列。步驟(1)中Weil序列長度為1021，距離擴頻碼序列長度1023為2，因此短序列長 度為2，短序列有4種的可能組合，即
,
, [10], [11]，需從4種組合中確定插入短 序列。所述確定插入短序列，步驟如下1)記 Weil 序列序號為 w，w e (1，2，...，510)，插入點位置為 p，ρ e (1，2，…， 1021)；2)在w = 1 Weil序列中插入短序列；所述的插入步驟如下a)插入點位置ρ = 1時，把短序列W0]放到擴頻碼序列的第1，2位，Weil序列的 1到1021位，放到擴頻碼序列的3到1023位，得到一個1023長度序列；b)插入點位置ρ = 2時候，把Weil序列的第1位放到擴頻碼序列的第1位，短序列W 0]放到擴頻碼序列的第2，3位，Weil序列的2到1021位放到擴頻碼序列的4到1023 位，得到一個1023長度序列；c)讓所有插入點ρ = (1，2，· · ·，1021)重復步驟b)，得到1021組1023長度擴頻
碼序列。 3)依次把
, [10], [11]按2)的方法插入，即得到3X 1023組擴頻碼序列。4)利用說明書中7)，8)，9)步驟的描述，分別計算2)和3)中4X1021組擴頻碼序 列的偶，奇自相關(guān)最大旁瓣值；5)根據(jù)1021個插入點p，分別求出4)中4個不同插入短序列組合在相同插入點 處生成擴頻碼序列的偶自相關(guān)，奇自相關(guān)最大旁瓣值的最大和最小值；6)同理，重復步驟2)到5)，得出在w = 510Weil序列中，在相同插入點處插入4 個不同短序列組合生成擴頻碼序列的偶自相關(guān)，奇自相關(guān)最大旁瓣值的最大和最小值；7)分別繪出5)和6)中得到數(shù)值的圖形，從圖3和圖4中看出在1021個插入點 處4個最大旁瓣值的最大最小值曲線非常接近，所以插入短序列不同組合對生成序列特性 影響很小。8)從序列平衡性出發(fā)，取插入短序列為[10]。第三步，生成長度為1023的擴頻碼序列所述生成長度為1023的擴頻碼序列，步驟如下1)取插入短序列
，按照第二步驟中的2)，生成W= IWeil序列的1021組擴頻 碼序列；2)依次取 W= (2，3，. ..，510)Weil 序列，重復步驟 1)，共得到 509X1021 組 1023 長度的Weil序列；3)綜合1)和2)，結(jié)果得到510X 1021 = 520710組的擴頻碼序列。第四步，對1023長度擴頻碼序列的優(yōu)化所述的擴頻碼序列優(yōu)化，包括如下步驟1)記 Weil 序列序號為 w，w e (1，2，...，510)，插入點位置為 p，ρ e (1，2，…， 1021)，由第三步中長度為1023的擴頻碼序列生成過程，可知每一個擴頻碼序列由w，ρ兩個 參數(shù)確定；2)利用公式⑴和(2)計算w = Lp = 1擴頻碼序列的偶自相關(guān)值，奇自相關(guān)值
1023- "1023偶自相關(guān)ΣaAw (1,2,...,1023-1) Cl)
/二1/-1023- -+1
1023- -1023奇自相關(guān)ΣΣ αΛ+τ, (1,2,...,1023-1)(2)
/二1/二1023-r+l其中，ai是序列的第i位，ai+T代表序列的第((i+ τ )modl023)位，τ是序列向右 移動位數(shù)；上述公式(1)和(2)的計算，包括如下步驟a)取移位次數(shù)τ =丨，將w =丨，p =丨擴頻碼序列分別代入公式⑴和(2)，得 到一對偶，奇自相關(guān)值-1，1 ；b)依次取τ e (2,3, · · ·，1023-1)，并重復步驟a)，得到(1023-2)對偶，奇自相關(guān)值。
2)將1)中得到的1023-1對偶，奇自相關(guān)值代入式子(3)，換算為1023-1對偶，奇
自相關(guān)旁瓣值。
權(quán)利要求
一種衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼的生成方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，當待擴頻碼的長度q為素數(shù)時，對帶擴頻碼進行長度為q的Legendre序列生成處理和長度為q的Weil序列生成處理得到(q 1)/2組長度為q的Weil序列并執(zhí)行第三步；否則，對帶擴頻碼進行長度為p的Legendre序列生成處理和長度為p的Weil序列生成處理得到(p 1)/2組長度為p的Weil序列并執(zhí)行第二步；其中p小于q且p是距離q最近的素數(shù)，第二步，在第一步得到的長度為p的Weil序列中取出長度為(q p)的短序列并進行插入處理，得到p·(p 1)/2組長度為q的擴頻碼序列并執(zhí)行第三步，第三步，判斷每個長度為q的擴頻碼序列偶自相關(guān)最大旁瓣值和奇自相關(guān)最大旁瓣值，將偶自相關(guān)最大旁瓣值小于等于閾值T1且奇自相關(guān)最大旁瓣值小于等于閾值T2的擴頻碼序列作為備選序列，第四步，從備選序列中選擇n組長度為q的擴頻碼序列并計算其中每兩組擴頻序列之間的偶互相關(guān)最大旁瓣值和奇互相關(guān)最大旁瓣值，當所有得到的偶互相關(guān)最大旁瓣值都小于等于閾值T3且所有的奇互相關(guān)最大旁瓣值都小于者等于閾值T4時，所述n組長度為q的擴頻碼序列為待擴頻序列；否則重新選擇其他n組長度為q的擴頻碼序列，其中n是所需的擴頻序列的組數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼的生成方法，其特征是，所述的 Legendre序列生成處理，包括以下步驟1)滿足XEy2(modp)的所有的χ組成的集合為SMp，其余的χ組成的集合為SNMp，其 中y e (1，2，···，m)，x e (1，2，· · ·，m_l)，m 是素數(shù)；2)當χ e SMpJU Ux) = 1，當 χ e SNMp，則 L(X) = 0，從而得到長度為 m 的 Legendre 序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼的生成方法，其特征是，所述的Weil 序列生成處理，包括以下步驟1)將長度為m的Legendre序列進行向右移一位處理，且將移位后的Legendre序列與 原Legendre序列做異或運算，得到第一組序列長度m的Weil序列；2)采用1)的方法處理移位后的Legendre序列，得到第二組序列長度m的Weil序列；3)不斷重復上述步驟，直至得到(m-l)/2組序列長度m的Weil序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼的生成方法，其特征是，所述的插入 處理是指每個長度為P的Weil序列中共有ρ個插入點，將長度為(q-p)的短序列分別插 入長度為P的Weil序列的每個插入點，共得到ρ · (p-1)/2組長度為q的擴頻碼序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼的生成方法，其特征是，所述的奇自 相關(guān)最大旁瓣值通過以下方式獲得“q1)根據(jù)Σ aA^ τ e (1，2，...，(1-1)，計算長度為(1的擴頻碼序列的奇自/=1i=q-T+\相關(guān)值，得到(q_l)個奇自相關(guān)值，其中q是序列長度，Bi是序列的第i位，ai+,代表序列 的第((i+Omodq)位，τ是序列向右移動的位數(shù)；2)根據(jù)自相關(guān)旁瓣值= Wlog 自相關(guān)值 序列長度2 ，得到q-Ι個奇自相關(guān)旁瓣值，q-Ι個奇自相關(guān)旁瓣值中最大值就是奇自相關(guān)最大旁瓣值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼的生成方法，其特征是，所述的偶自 相關(guān)最大旁瓣值通過以下方式獲得
全文摘要
一種信息處理技術(shù)領(lǐng)域的衛(wèi)星導航系統(tǒng)中擴頻碼的生成方法，通過將待擴頻碼進行Legendre序列生成處理和Weil序列生成處理得到擴頻碼序列，再經(jīng)偶互相關(guān)和奇互相關(guān)判斷得到所需的擴頻序列。本發(fā)明基于Weil序列生成擴頻碼，實現(xiàn)了衛(wèi)星導航系統(tǒng)對擴頻碼的需求，具有生成碼序列的數(shù)量眾多，序列自互相關(guān)特性好的優(yōu)點。
文檔編號H04B1/707GK101969353SQ20101028522
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者劉衛(wèi), 劉莉, 張炎華, 戰(zhàn)興群, 杜剛, 牛滿倉, 翟傳潤 申請人:上海交通大學