一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法。实现过程如下：首先确定扩频码周期、子载波周期、正弦或余弦型子载波调制方式以及时域升余弦脉冲波形可变参数，并构造出基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦相位子载波调制波形。然后利用伪随机序列对导航信号进行扩频，再进行子载波调制，最终将所得信号进行正交支路的载波调制。本发明专利技术产生的信号是恒幅的，可以灵活调节信号功率谱的主瓣及旁瓣的分裂程度，使得导航信号具有良好的码跟踪性能、抗干扰和抗多径能力、与其它系统信号兼容能力。同时避免大幅度旁瓣的出现，提高了频谱效能，特别适用于采用高效非线性放大器的功率和带宽均受限的卫星导航服务。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法
本专利技术属于卫星导航系统信号调制领域，尤其涉及一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法。
技术介绍
导航信号体制在卫星导航系统的顶层设计中处于最关键的位置，其性能的好坏直接决定系统的导航和定位性能，导航信号调制是导航信号体制设计中的重中之重。为了使多种信号可以更好地共享全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)的有限频段，同时进一步提高信号的测距精度及抗干扰性能，新的信号调制方式不断呈现。二进制偏移载波(BinaryOffsetCarrier,BOC(n,m))是一种能够满足上述要求的新型调制方式，其中扩频码频率为m×1.023MHz，子载波频率为n×1.023MHz，其实现方法详见文献Betz.J,“TheOffsetCarrierModulationforGPSModernization,”IONNTM,SanDiego,CA,January25-27,1999.Betz.J在文献“BinaryOffsetCarrierModulationsforRadionavigation,”Navigation:JournaloftheInstituteofNavigation,vol.48,No.4,Winter2001-2002.中指出，在同一波段、占用相同带宽以及对信号发射器和接收机做同样简单设计的条件下，BOC调制信号的性能比BPSK调制信号更优越。BOC调制目前已经广泛应用于GPS、Galileo和Compass等全球卫星导航系统中。随着卫星导航信号数量的不断增加，频谱资源紧张，在有限带宽下提高信号性能以及减小相邻信号间的干扰成为目前的研究重点。文章中给出的BOC调制方法会导致带外大幅度旁瓣使功放效率降低，且信号的码跟踪性能、抗多径和抗干扰能力仍不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够提高导航信号的码跟踪性能、抗干扰和抗多径能力的，基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法。一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法，包括以下几个步骤，步骤一：确定扩频码周期Tc，子载波周期Tsc，正弦或余弦型子载波调制方式，以及时域升余弦脉冲波形可变参数ρ；步骤二：根据扩频码周期Tc和子载波周期Tsc，确定一个扩频码片中整周期子载波个N＝Tc/Tsc；步骤三：根据扩频码周期Tc，时域升余弦脉冲波形可变参数ρ以及一个扩频码片中整周期子载波个数N，构造出一个扩频码片间隔内正弦或余弦相位子载波调制波形；正弦相位子载波调制波形qs(t,ρ)为：余弦相位子载波调制波形qc(t,ρ)为：其中Pτ[t]是时间宽度为τ的时域升余弦脉冲波形，即步骤四：根据确定的扩频码周期Tc利用伪随机序列对导航信号进行扩频，将得到的扩频信号与步骤三所得正弦或余弦相位子载波调制波形进行时域相乘，得到基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦型偏移载波基带调制信号，基于时域升余弦脉冲一般化的正弦型基带调制信号SGTDRC-BOCs(n,m,ρ)(t)为：基于时域升余弦脉冲一般化的余弦型基带调制信号SGTDRC-BOCc(n,m,ρ)(t)为：其中d(t)为导航信号数据通道信息，al是伪随机扩频序列的第l个扩频码，L为伪随机序列的码片长度，rect(t)是矩形门函数，即步骤五：将得到的基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦型基带调制信号进行正交支路的载波调制，最终得到基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦相位偏移载波调制信号，基于时域升余弦脉冲一般化的正弦相位偏移载波调制信号MGTDRC-BOCs(n,m,ρ)(t)为：基于时域升余弦脉冲一般化的余弦相位偏移载波调制信号MGTDRC-BOCc(n,m,ρ)(t)为：其中p(t)为导航信号导频通道信息，bk是正交支路伪随机扩频序列的第k个扩频码，fcar是载波频率。本专利技术一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法，还可以包括：基于时域升余弦脉冲一般化的正弦型基带调制信号功率谱密度GGTDRC-BOCs(n,m,ρ)(f)为：基于时域升余弦脉冲一般化的余弦型基带调制信号功率谱密度GGTDRC-BOCc(n,m,ρ)(f)为：其中，fc为扩频码频率，fsc为子载波频率。有益效果：(1)功率效率高：本专利技术调制信号的功率谱旁瓣衰减速度更快且幅度更低，能量集中度更高。(2)跟踪精度高：在接收机带宽内，本专利技术调制信号的功率谱具有分裂能力且幅值较大，在带宽受限的条件下，具有更高的Gabor带宽与较低的码跟踪误差。(3)抗多径能力强：本专利技术调制信号具有恒包络特性，特别适合于采用高效非线性放大器的功率和带宽均受限的卫星导航服务，其多径误差包络衰减的更快且幅度更低。(4)兼容性高：本专利技术调制信号的功率谱旁瓣衰减速度更快且幅度更低，对同频段的其它导航信号干扰较小。(5)信号设计的灵活性高：灵活调整调制波形码片所占的时间，为导航信号的设计提供了更多的选择，并通过所选适当的参数，可以灵活调节信号功率谱的主瓣及旁瓣的分裂程度。附图说明图1为本专利技术所提的GTDRC-BOC信号调制模型；图2为本专利技术所提的GTDRC-BOC信号的实现方法流程图；图3为本专利技术所提的GTDRC-BOC信号子载波调制波形；图4为本专利技术所提的GTDRC-BOC信号实施例在不同时间宽度ρ下的功率谱密度图5为传统的BOC和本专利技术所提的GTDRC-BOC实施例信号的功率谱密度；图6为传统的BOC和本专利技术所提的GTDRC-BOC实施例信号的Gabor带宽；图7为传统的BOC和本专利技术所提的GTDRC-BOC实施例信号的码跟踪精度；图8为传统的BOC和本专利技术所提的GTDRC-BOC实施例信号的多径误差包络；图9为传统的BOC和本专利技术所提的GTDRC-BOC实施例信号的平均多径误差。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术提出一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法(GeneralizedTimeDomainRaisedCosine-BinaryOffsetCarrier,GTDRC-BOC(n,m,ρ))，该方法不仅为导航信号的设计提供了更多的选择，而且可有效降低功率谱大幅度的旁瓣，减小对邻间信号的干扰，提高导航信号的功率效能，同时既兼有更好的码跟踪性能、抗多径和抗干扰能力，为我国未来Compass卫星导航系统的信号波形设计提供了一个新的选择。本专利技术的目的在于提出一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法，其实现过程如下：首先确定扩频码频率fc、子载波频率fsc、正弦或余弦型子载波调制方式以及时域升余弦脉冲波形可变参数ρ，并构造出基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦相位子载波调制波形。然后利用伪随机序列对导航信号进行扩频，再进行子载波调制，最终将所得信号进行正交支路的载波调制。本方法产生的信号是恒幅的，可以灵活调节信号功率谱的主瓣及旁瓣的分裂程度，使得导航信号具有良好的码跟踪性能、抗干扰和抗多径能力、与其它系统信号兼容能力。同时避免大幅度旁瓣的出现，提高了频谱效能，特别适用于采用高效非线性放大器的功率和带宽均受限的卫星导航服务。本专利技术的方法为：步骤一：确定扩频码周期Tc，子载波周期Tsc，正弦或余弦型子载波调制方式，以及时域升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法，其特征在于：包括以下几个步骤，步骤一：确定扩频码周期Tc，子载波周期Tsc，正弦或余弦型子载波调制方式，以及时域升余弦脉冲波形可变参数ρ；步骤二：根据扩频码周期Tc和子载波周期Tsc，确定一个扩频码片中整周期子载波个N＝Tc/Tsc；步骤三：根据扩频码周期Tc，时域升余弦脉冲波形可变参数ρ以及一个扩频码片中整周期子载波个数N，构造出一个扩频码片间隔内正弦或余弦相位子载波调制波形；正弦相位子载波调制波形qs(t,ρ)为：qs(t,ρ)=Σi=0N-1{PρTsc[t-iTsc]-P(1-ρ)Tsc[t-(ρ+i)Tsc]},t>0;]]>余弦相位子载波调制波形qc(t,ρ)为：qc(t,ρ)=Σi=0N-1Σj=01{PρTsc2[t-(2-ρ2j+i)Tsc]-P(1-ρ)Tsc2[t-(1-ρ2j+i+ρ2)Tsc]},t>0;]]>其中Pτ[t]是时间宽度为τ的时域升余弦脉冲波形，即步骤四：根据确定的扩频码周期Tc利用伪随机序列对导航信号进行扩频，将得到的扩频信号与步骤三所得正弦或余弦相位子载波调制波形进行时域相乘，得到基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦型偏移载波基带调制信号，基于时域升余弦脉冲一般化的正弦型基带调制信号SGTDRC‑BOCs(n,m,ρ)(t)为：SGTDRC-BOCs(n,m,ρ)(t)=d(t)Σl=0L-1alrect(t-lTc)×qs(t-lTc,ρ),t>0;]]>基于时域升余弦脉冲一般化的余弦型基带调制信号SGTDRC‑BOCc(n,m,ρ)(t)为：SGTDRC-BOCc(n,m,ρ)(t)=d(t)Σl=0L-1alrect(t-lTc)×qc(t-lTc,ρ),t>0;]]>其中d(t)为导航信号数据通道信息，al是伪随机扩频序列的第l个扩频码，L为伪随机序列的码片长度，rect(t)是矩形门函数，即步骤五：将得到的基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦型基带调制信号进行正交支路的载波调制，最终得到基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦相位偏移载波调制信号，基于时域升余弦脉冲一般化的正弦相位偏移载波调制信号MGTDRC‑BOCs(n,m,ρ)(t)为：MGTDRC-BOCs(n,m,ρ)(t)=[d(t)Σl=0L-1alrect(t-lTc)×qs(t-lTc,ρ)]cos(2πfcart)+[p(t)Σk=0L-1bkrect(t-kTc)×qs(t-kTc,ρ)]sin(2πfcart);]]>基于时域升余弦脉冲一般化的余弦相位偏移载波调制信号MGTDRC‑BOCc(n,m,ρ)(t)为：MGTDRC-BOCc(n,m,ρ)(t)=[d(t)Σl=0L-1alrect(t-lTc)×qs(t-lTc,ρ)]cos(2πfcart)+[p(t)Σk=0L-1bkrect(t-kTc)×qs(t-kTc,ρ)]sin(2πfcart);]]>其中p(t)为导航信号导频通道信息，bk是正交支路伪随机扩频序列的第k个扩频码，fcar是载波频率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于时域升余弦脉冲一般化的偏移载波调制方法，其特征在于：包括以下几个步骤，步骤一：确定扩频码周期Tc，子载波周期Tsc，正弦或余弦型子载波调制方式，以及时域升余弦脉冲波形可变参数ρ；步骤二：根据扩频码周期Tc和子载波周期Tsc，确定一个扩频码片中整周期子载波个N＝Tc/Tsc；步骤三：根据扩频码周期Tc，时域升余弦脉冲波形可变参数ρ以及一个扩频码片中整周期子载波个数N，构造出一个扩频码片间隔内正弦或余弦相位子载波调制波形；正弦相位子载波调制波形qs(t,ρ)为：余弦相位子载波调制波形qc(t,ρ)为：其中Pτ[t]是时间宽度为τ的时域升余弦脉冲波形，即步骤四：根据确定的扩频码周期Tc利用伪随机序列对导航信号进行扩频，将得到的扩频信号与步骤三所得正弦或余弦相位子载波调制波形进行时域相乘，得到基于时域升余弦脉冲一般化的正弦或余弦型偏移载波基带调制信号，基于时域升余弦脉冲一般化的正弦型基带调制信号SGTDRC-BOCs(n,m,ρ)(t)为：基于时域升余弦脉冲一般化的余弦型基带调制信号SGTDRC-BOCc(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旦峰，孙岩博，薛睿，曹庆铭，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23