一种基于CDMA前向链路信号的伪距测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于CDMA前向链路信号的伪距测量方法。该方法利用IS‑95协议中CDMA前向链路信号进行伪距测量，主要针对CDMA下行信号无线定位方面的应用；采用实采CDMA信号，与实际应用更接近；提取同步信息中的PN序列偏置系数，校验导频信道捕获和跟踪所用PN码相位，正确性更有保证；传播时延的计算中包含了信号从基站的发射时间，在个别基站时间没有严格同步时测量精度更高，也适用于基站之间没有时间同步要求的情况；采用TDOA时延计算方式，可以消除各个基站与接收机之间存在的共同误差，提高测量精度。

A pseudo range measurement method based on CDMA forward link signal

The invention provides a pseudo range measurement method based on CDMA forward link signal. This method uses the CDMA forward link signal in the IS 95 protocol to measure the pseudo distance, mainly aiming at the application of the wireless location of the CDMA downlink signal, using the real CDMA signal, which is closer to the actual application, extracting the PN sequence bias coefficient in the synchronization information, and checking the PN code phase used for the pilot channel to capture and track it, and the correctness is more correct. In the calculation of propagation delay, the transmission time of the signal from the base station is included, the measurement accuracy is higher when the time of a few base stations are not strictly synchronized, and it is also applicable to the situation that there is no time synchronization between the base stations. The common error between the base stations and the receivers can be eliminated by using the TDOA time delay calculation method. High measurement precision.

【技术实现步骤摘要】
一种基于CDMA前向链路信号的伪距测量方法
本专利技术涉及一种伪距测量方法，特别是涉及一种利用IS-95协议中CDMA前向链路信号进行伪距测量的方法。
技术介绍
CDMA基站在我国分布非常广泛，所有基站的位置固定且可获取；全网时间同步于GPS系统；CDMA前向链路信号的导频信道只有PN码，且在固定位置重复出现，同时，导频信号大约比通信业务信道的电平高4-6dB，且不进行功率控制；同步信道中含有系统的时间信息和导频偏置；这些特征均非常适合用于非合作移动终端的被动定位。与GPS系统定位原理类似，利用CDMA前向链路信号进行定位的前提和关键是对接收机到各基站伪距的精确测量。目前，对于CDMA信号的应用和研究大多集中在无源探测领域，而利用CDMA前向链路信号进行非合作被动定位的研究相对较少。“CDMA导频信号无源定位仿真研究”(科学技术与工程，2010年第10卷第36期)一文采用“CDMA+INS”组合导航，把CDMA蜂窝网导频信号作为非合作源进行无源定位，并进行了CDMA导频信号定位分析。文中仿真生成了多个基站的PN码，并对到达接收机处带有时延的PN码进行捕获和跟踪，再进行TDOA提取与定位。但该文的仿真前提是导频偏置为已知；且各个基站的系统时间精确同步。但在实际应用中，接收机可能处于没有先验知识的环境，无法提前获取基站对应的导频偏置；同时，当某个基站的系统时间没有严格同步或者应用于基站之间无时间同步要求的系统时，就不能采用文中的方法进行伪距测量了。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于CDMA前向链路信号的伪距测量方法，包括如下步骤：步骤一：选取室外采集点，采集接收机当前位置能收到的CDMA信号并存储；步骤二：利用本地存储的所有相位PN码序列，对采集到的CDMA信号进行导频信道PN码遍历搜索，按照距离采集点远近的顺序，选取离采集点较近的若干个基站信号；步骤三：对选取的基站信号分别用对应的PN码进行跟踪，获取对应的导频同步位置；步骤四：对于每个基站，提取同步信道中与信号发射有关的时间信息；步骤五：对于每个基站，提取同步信道中导频PN序列的偏置系数；步骤六：确定当前收到的各基站导频相关峰的接收时刻；步骤七：获取各基站到接收机的TDOA时延。进一步的，步骤四及步骤六中，所述时间信息包括系统时间以及从系统时间开始的偶数秒的个数以及导频同步位置。进一步的，步骤四中，对单个基站提取时间信息的办法具体为：对导频通道信号进行捕获和跟踪以后，利用同步信道超帧与PN码的相位对应关系，搜索超帧起点，再进行沃尔什码剥离、解交织、去除码元重复和解卷积后，根据同步信道的消息格式提取同步信道中的时间信息。进一步的，步骤六具体为：利用系统时间和从系统时间开始的偶数秒的个数，结合导频序列与本地序列的相关峰出现在每个偶数秒起始后的导频同步位置，共同确定当前收到的各基站导频相关峰的接收时刻。进一步的，步骤六中确定基站导频相关峰接收时刻公式为：T＝SYS_TIME+2×LP_SEC+Δt；其中，T为对应基站的导频相关峰接收时刻，SYS_TIME为系统时间，LP_SEC为从系统时间开始的偶数秒的个数，Δt为导频同步位置。进一步的，步骤七具体为：将各基站信号的导频相关峰的接收时刻与其中一固定基站信号的接收时刻相减，获得TDOA时延组，作为后续定位解算的基础。本专利技术的有益效果为：该专利技术利用IS-95协议中CDMA前向链路信号进行伪距测量，主要针对CDMA下行信号无线定位方面的应用；采用实采CDMA信号，与实际应用更接近；提取同步信息中的PN序列偏置系数，校验导频信道捕获和跟踪所用PN码相位，正确性更有保证；传播时延的计算中包含了信号从基站的发射时间，在个别基站时间没有严格同步时测量精度更高，也适用于基站之间没有时间同步要求的情况；采用TDOA时延计算方式，可以消除各个基站与接收机之间存在的共同误差，提高测量精度。附图说明图1为CDMA接收机捕获导频通道PN码的原理框图。图2为CDMA接收机跟踪导频通道PN码的原理框图。图3为同步信道帧结构。图4为导频序列的偏置系数与同步信道超帧起点的位置关系。图5为4个基站下行信号导航原理图。图6为本专利技术流程图。具体实施方式本专利技术的设计构思为：本专利技术利用IS-95协议中CDMA前向链路信号进行伪距测量的方法，具体考虑以下方面：(1)导频信道的PN码在固定位置重复出现，且没有调制任何数据信息，可以在CDMA下行链路信号载波剥离的基础上进行PN码捕获和跟踪，获取导频同步位置。(2)对同步信道进行载波剥离和解码，从而提取其中与信号发射有关的时间信息。(3)提取同步信道中导频PN序列的偏置系数，与导频信道捕获和跟踪时的PN码偏置相互校验。(4)利用同步信道中的时间信息，确定信号的发射时刻。(5)从各基站信号的发射时刻与导频同步位置获取各基站信号的接收时刻，利用各个时延再共同得出各基站到接收机的TDOA时延。下面结合图6对本专利技术技术方案进行详细说明。本专利技术包括如下步骤：步骤一：选取室外采集点，采集接收机当前位置能收到的CDMA信号并存储。步骤二：利用给本地存储(本地存储指计算机，上面存储了自己生成的所有相位PN码序列)的所有相位PN码序列，对采集到的CDMA信号进行导频信道PN码遍历搜索，按照距离采集点远近的顺序，选取离采集点较近的n个基站信号。n为整数，其大于1，具体取值可以根据实际需求进行选取。步骤三：对选取的各个基站信号分别用对应的PN码进行跟踪，获取对应的导频同步位置。该步骤的具体做法采用现有技术。本专利技术所使用的技术，包含如下步骤：步骤3.1：获得到达接收端的CDMA射频信号。CDMA射频信号从基站发出，到达接收端时可以表示为式中，和CQ(t)表示I和Q支路的PN波形；gi表示非导频信道对于导频信道的幅度；di表示时隙内数据符号的值，Wi(t)表示第i个沃尔什函数，r(t)表示达到接收端的CDMA信号。spilot表示导频通道信号，i的取值为1～63，t表示时间。步骤3.2：接收端对到达接收端的CDMA射频信号进行载波剥离。如下式所示：rI(t)、rQ(t)分别表示载波剥离后的I和Q路信号。载波剥离后的I路和Q路信号都包含序列CI(t)和CQ(t)，CI(t)、CQ(t)分别表示I支路、Q支路的PN波形。步骤3.3：CI(t)、CQ(t)分别与两个本地PN码相乘，得到如下四个信号：其中，τ是接收信号的PN码与本地PN码之间的相差。其中，Ec为PN序列的导频信号码片能量；Tc为PN序列的导频信号码片持续时间；CI(t)和CQ(t)表示I和Q支路的PN波形；φω表示载波相位；n(t)表示噪声。步骤3.4：将上一步所得的四个信号再进行组合后在观测时间间隔上进行积分，积分公式为：其中，Z1M、Z2M为所得的两个积分值。步骤3.5：将所得的两个积分值进行评分相加，得到输入信号PN码与本地PN码的相关峰输出。ZM为输入信号PN码与本地PN码的相关峰输出。以上解调和相关的过程可以理解为对接收CDMA信号PN码的捕获，处理框图如图1所示。步骤3.6：通过粗捕获建立的本地PN码相位对应的时间记为t1。之后再通过跟踪使输入PN码与本地PN码的相对时差减小到0。如图2所示，是PN码的延迟锁定环(DLL)。其中低通滤波器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CDMA前向链路信号的伪距测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：选取室外采集点，采集接收机当前位置能收到的CDMA信号并存储；步骤二：利用本地存储的所有相位PN码序列，对采集到的CDMA信号进行导频信道PN码遍历搜索，按照距离采集点远近的顺序，选取离采集点较近的若干个基站信号；步骤三：对选取的基站信号分别用对应的PN码进行跟踪，获取对应的导频同步位置；步骤四：对于每个基站，提取同步信道中与信号发射有关的时间信息；步骤五：对于每个基站，提取同步信道中导频PN序列的偏置系数；步骤六：确定当前收到的各基站导频相关峰的接收时刻；步骤七：获取各基站到接收机的TDOA时延。

【技术特征摘要】
1.一种基于CDMA前向链路信号的伪距测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：选取室外采集点，采集接收机当前位置能收到的CDMA信号并存储；步骤二：利用本地存储的所有相位PN码序列，对采集到的CDMA信号进行导频信道PN码遍历搜索，按照距离采集点远近的顺序，选取离采集点较近的若干个基站信号；步骤三：对选取的基站信号分别用对应的PN码进行跟踪，获取对应的导频同步位置；步骤四：对于每个基站，提取同步信道中与信号发射有关的时间信息；步骤五：对于每个基站，提取同步信道中导频PN序列的偏置系数；步骤六：确定当前收到的各基站导频相关峰的接收时刻；步骤七：获取各基站到接收机的TDOA时延。2.如权利要求1所述的一种基于CDMA前向链路信号的伪距测量方法，其特征在于，步骤四及步骤六中，所述时间信息包括系统时间以及从系统时间开始的偶数秒的个数以及导频同步位置。3.如权利要求2所述的一种基于CDMA前向链路信号的伪距测量方法，其特征在于，步骤四中，对单个基站提取时间信息的办法具体为：对导频...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉一航，王淑君，李鹏程，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51