北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种北斗卫星导航信号大规模并行实时传输方法和系统，本发明专利技术方法通过构建了大规模并行信号传输支路，将卫星导航电文按结构进行大规模分组，依次送入并行信号传输支路，以复数移位伪随机码发生器获得导航卫星并行传输支路专用子测距码，分别对各支路导航电文扩频，先以不同频率偏移的相同载波调制，再将所有支路载波调制导航信号叠加并添加噪声形成复合卫星导航信号,最后通过单天线发送，接收端以单天线接收方式将收到的导航信号按支路分别去载波、解扩、解调使导航电文由并变串，通过获取导航电文实现北斗卫星导航系统的实时导航定位。本发明专利技术可广泛应用于卫星导航系统，也可用于各种测距系统、通信系统、广电系统和控制系统。

【技术实现步骤摘要】
北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法和系统
本专利技术涉及卫星导航
，尤其涉及北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法和系统。
技术介绍
全球四大卫星导航系统包括美国的GPS(GlobalPositioningSystem)卫星导航系统、俄罗斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)卫星导航系统、欧盟的Galileo卫星导航系统和中国的北斗(BeiDou)卫星导航系统，它们通过为用户提供导航电文实现导航定位，其中北斗卫星导航系统的导航电文根据速率和结构的不同分为传统的D1和D2导航电文、基于信息类型的数据块格式的B-CNAV1和B-CNAV2导航电文：D1和D2导航电文由超帧、主帧、子帧和字构成，D1导航电文的速率为50bps(bits/persecond),内容包含本卫星基本导航信息、全部卫星历书信息、与其它系统时间同步信息，D2导航电文的速率为500bps，内容包含基本导航信息、增强服务信息，B-CNAV1导航电文每帧由3个子帧组成长1800符号位，速率为100sps(symbols/persecond)，播发周期18秒，B-CNAV2导航电文每帧长600符号位，速率为200sps，播发周期3秒，其中D1导航电文的超帧为36000比特(bits)，每个超帧由24个主帧或页面组成，每个主帧为1500比特，每个主帧由5个子帧构成，每个子帧为300比特，每个子帧由10个字构成，每个字为30比特，每个字由导航电文数据和校验码组成，D2导航电文的超帧为180000比特，每个超帧由120个主帧或页面组成，每个主帧为1500比特，每个主帧由5个子帧构成，每个子帧为300比特，每个子帧由10个字构成，每个字为30比特，每个字由导航电文数据和校验码组成。传输D1导航电文的每个超帧需要12分钟，传输D2导航电文的每个超帧需要6分钟。上述各卫星导航系统的几十颗导航卫星通过分别使用线性法由二进制移位伪随机码发生器产生的互不相关的Gold码、Weil码或其分层码实现的测距码扩频各自的导航电文，通过偏移载波调制或相同的载波调制，再由同一导航频点发射导航信号，这些载波调制的导航信号在用户端接收并相互叠加，由于各颗导航卫星的测距码互不相关，其导航信号之间不会互相干扰，用户通过截取导航信号使用多普勒频移法去载波再用各导航卫星测距码由相关处理分别获取各颗导航卫星的导航电文，用户通过使用至少四颗导航卫星的导航电文就可以进行导航定位。用户的导航定位时间包括导航电文接收时间和导航信号处理时间，由于后者时间相对固定，因此导航电文接收时间直接决定了用户的导航定位时间。目前卫星导航系统使用的是40年前的第二代导航信号实现技术通过扩频以单路串行方式传输导航电文，用户需要花费3秒～12分钟时间接收卫星导航电文，这种非实时性导航电文传输技术严重地影响到用户的定位效率。此外，为充分利用有限频谱资源，当前卫星导航系统采用二进制偏移载波BOC(BinaryOffsetCarrier)和其它各种偏移载波调制传输不同导航信号，导航信号产生和接收处理过程复杂，且由于采用单路串行传输方式导航电文传输时间长，其导航定位效率同样不高。为提高导航定位效率当前主要采用常用导航电文不断重发或使用基于信息类型的数据块格式的导航电文或用户端在完全接收卫星导航电文情况下热启动方式实现，但它们都没用从根本上解决问题。因此，只有提高导航电文的传输速度，才能充分地缩短导航定位时间。为提高卫星导航系统导航电文的传输速度，相关文献使用非线性方法获得的非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器，通过反馈端一组非线性函数的相互作用产生导航卫星第三代测距码(Hzb码)和各并行信号传输支路专用子测距码，使用中小规模并行信号传输支路使导航信号由串行传输变为并行传输实现了导航电文的高速并行传输，全面提升了卫星导航系统导航信号的传输效率。该方法按一定顺序将导航电文由串行分配到各并行信号传输支路，利用数根天线发射导航信号，它可满足用户的准实时导航定位需求。此外，北斗导航卫星采用的是太阳能充电的电池供电，除保证各频点导航信号的发射功率外，还需为系统其它载荷供电，因此采用大规模多天线的并行信号传输支路发射方式将不能保证各天线发射的导航信号有足够的使用功率，更无法实现导航电文的高速传输，满足用户实时定位需要。综上所述，当前包括北斗卫星导航系统在内的全球四大卫星导航系统只能提供非实时性导航定位服务，而采用多天线的导航电文高速传输技术可实现准实时导航定位，因此，发展卫星导航信号实时传输技术是北斗卫星导航系统能否为用户提供实时导航定位服务需要解决的关键技术问题。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种可全面提高卫星导航电文传输实时性的北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法和系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法，包括：S1构建并行信号传输支路，以满足后续分组的卫星导航电文的实时传输，其中并行信号传输支路可分为中小规模并行信号传输支路(少于100路)、大规模并行信号传输支路(不低于100路)和超大规模并行信号传输支路(不低于1000路)；S2按标准结构产生或以相同或不同导航信息组合为给定长度数据块构建卫星导航电文并以设定长度单元进行分组并构成矩阵，所述矩阵的行数小于或等于并行信号传输支路数，所述以设定长度单元进行分组具体为按导航电文结构进行分组，包括根据超帧或者主帧或者子帧或者字或者数据块进行分组，或按设定长度字节分组；一种常用方式为：产生卫星导航电文并以字为单元、以超帧中含有的总字数除以大规模并行信号传输支路数为分组数进行大规模分组；S3将分组的卫星导航电文按行依次分别送入大规模并行信号传输支路；S4以一种含不同参数单状态变量或多状态变量或函数通过混合运算设计一组以不同扩散系数为权值的非线性函数构成实部，再以另一种含不同参数的单状态变量或多状态变量或函数通过混合运算设计另一组以不同扩散系数为权值的非线性函数构成虚部，通过相关寄存器抽头值进行混合运算获得作用值驱动非线性函数相互作用，根据所述非线性函数作用值进行混合运算获得的作用值为反馈端，构建非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器；S5对非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器的级数、产生的码长等进行参数设置；S6以相同或不同复数数据初始化非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器的状态值；S7通过非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器相关寄存器状态值的实部和虚部分别抽头输出伪随机数，以排序法二值化模二和得Hzb码的导航卫星测距码,并将它作为第1个并行信号传输支路专用子测距码；S8由非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器剩余的相关寄存器状态值的实部和虚部分别抽头输出伪随机数，以排序法二值化得所有导航卫星并行信号传输支路公用子测距码，称为导航卫星公用子测距码，其中所有导航卫星测距码数与所有导航卫星公用子测距码数之和不大于非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器所有寄存器状态值的实部和虚部抽头总数；S9将导航卫星测距码分别与公用子测距码模二和得该颗导航卫星其余并行信号传输支路专用子测距码，称为导航卫星专用子测距码，且导航卫星这些专用子测距码之间具有良好的互相关性；S10本文档来自技高网...

【技术保护点】
北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法，其特征在于，包括：S1构建中小规模并行信号传输支路或大规模并行信号传输支路或超大规模并行信号传输支路，以满足后续分组的卫星导航电文的准实时或实时传输；所述中小规模并行信号传输支路为传输支路数少于100路，大规模并行信号传输支路为传输支路数不低于100路，超大规模并行信号传输支路为传输支路数不低于1000路；S2按标准结构产生或以相同或不同导航信息组合为给定长度数据块构建卫星导航电文并以设定长度单元进行分组并构成矩阵，所述矩阵的行数小于或等于并行信号传输支路数，所述以设定长度单元进行分组具体为按导航电文结构进行分组，包括根据超帧或者主帧或者子帧或者字或者数据块进行分组，或按设定长度字节分组；S3将分组的卫星导航电文按行依次分别送入并行信号传输支路；S4以一种含不同参数的单状态变量或多状态变量或函数通过混合运算设计一组以不同扩散系数为权值的非线性函数构成实部，再以另一种含不同参数的单状态变量或多状态变量或函数通过混合运算设计另一组以不同扩散系数为权值的非线性函数构成虚部，通过相关寄存器抽头值进行混合运算获得的作用值驱动非线性函数相互作用，根据所述非线性函数作用值进行混合运算获得的作用值为反馈端，构建非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器；S5对非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器的级数和产生的码长进行参数设置；S6以相同或不同复数数据初始化非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器的状态值；S7通过非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器相关寄存器状态值的实部和虚部分别抽头输出伪随机数，以排序法二值化模二和得Hzb码的导航卫星测距码，并将其作为第1个并行信号传输支路专用子测距码；S8由非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器剩余的相关寄存器状态值的实部和虚部分别抽头输出伪随机数，以排序法二值化得所有导航卫星并行信号传输支路公用子测距码，所述公用子测距码相互之间相关或非相关或正交或非正交或一部分正交另一部分非正交；S9将导航卫星测距码分别与导航卫星公用子测距码模二和得该颗导航卫星其余并行信号传输支路专用子测距码；S10实时产生或通过文件或通过数据存储区获得导航卫星专用子测距码并分别对并行信号传输支路中的分组导航电文进行扩频；S11以不同频率偏移的相同载波或复数载波或不同的相位正交的子载波或复数子载波分别对并行信号传输支路中的扩频信号进行调制；S12对所有并行信号传输支路的载波调制信号进行叠加或合并，通过调整各支路专用子测距码的增益因子进行功率均衡以合理分配各支路信号功率；S13对叠加或合并信号加入高斯白噪声或其它噪声，形成导航卫星基带发射信号；S14将导航卫星基带发射信号通过单天线发射；S15接收端以单天线单通道或单天线单通道包含的各子通道或单天线多通道或单天线多通道包含的各子通道接收方式接收导航卫星基带导航信号或通信信号，其中单天线单通道或单天线单通道包含的各子通道为每根天线只连接一个信号处理的通道，该通道或其包含的各子通道负责对所有卫星导航信号的接收处理；所述单天线多通道或单天线多通道包含的各子通道为每根天线连接不低于两个信号处理的通道，且每一通道或其包含的各子通道负责对应卫星导航信号的接收处理，信号处理的通道或其包含的各子通道数要保证对接收信号高效的解调；S16截取一段基带卫星导航信号；S17选择发射端第1个并行信号传输支路；S18产生本地载波或复数载波或不同的相位正交的子载波或复数子载波；S19对步骤S16获得的信号用多普勒频移载波匹配法进行去载波获得去载波信号；S20实时产生或通过文件或通过数据存储区获得第1个并行信号传输支路专用子测距码与以排序法二值化去载波信号以基于FFT的循环相关法进行相关处理或串行干扰抵消处理，如果存在相关峰，表明接收信号中存在该颗导航卫星信号，根据相关峰位置从该支路接收的基带卫星导航信号去载波信号解调导航电文，执行步骤S21，否则，执行步骤S16；S21选择发射端第2个并行信号传输支路，实时产生或通过文件或通过数据存储区获得第2个并行信号传输支路的导航卫星专用子测距码；S22截取一段基带卫星导航信号；S23产生本地载波或复数载波或不同的相位正交的子载波或复数子载波；S24对步骤S22获得的信号用多普勒频移载波匹配法去载波并获得去载波信号；S25用该并行信号传输支路专用子测距码与以排序法二值化去载波信号以基于FFT的循环相关法进行相关处理或串行干扰抵消处理，根据相关峰位置从该支路接收的基带卫星导航信号去载波信号解调导航电文；S26选择发射端下一个并行信号传输支路序号，实时产生或通过文件或通过数据存储区获得该并行信号传输支路的导航卫星专用子测距码，如果传输支路序号大于发射端总的传输支路号，执行步骤S27，否则，执行步骤S22；S27将从各支路获得的分组导航电文由并变为串，获...

【技术特征摘要】
2017.04.20 CN 20171026122751.北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法，其特征在于，包括：S1构建中小规模并行信号传输支路或大规模并行信号传输支路或超大规模并行信号传输支路，以满足后续分组的卫星导航电文的准实时或实时传输；所述中小规模并行信号传输支路为传输支路数少于100路，大规模并行信号传输支路为传输支路数不低于100路，超大规模并行信号传输支路为传输支路数不低于1000路；S2按标准结构产生或以相同或不同导航信息组合为给定长度数据块构建卫星导航电文并以设定长度单元进行分组并构成矩阵，所述矩阵的行数小于或等于并行信号传输支路数，所述以设定长度单元进行分组具体为按导航电文结构进行分组，包括根据超帧或者主帧或者子帧或者字或者数据块进行分组，或按设定长度字节分组；S3将分组的卫星导航电文按行依次分别送入并行信号传输支路；S4以一种含不同参数的单状态变量或多状态变量或函数通过混合运算设计一组以不同扩散系数为权值的非线性函数构成实部，再以另一种含不同参数的单状态变量或多状态变量或函数通过混合运算设计另一组以不同扩散系数为权值的非线性函数构成虚部，通过相关寄存器抽头值进行混合运算获得的作用值驱动非线性函数相互作用，根据所述非线性函数作用值进行混合运算获得的作用值为反馈端，构建非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器；S5对非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器的级数和产生的码长进行参数设置；S6以相同或不同复数数据初始化非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器的状态值；S7通过非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器相关寄存器状态值的实部和虚部分别抽头输出伪随机数，以排序法二值化模二和得Hzb码的导航卫星测距码，并将其作为第1个并行信号传输支路专用子测距码；S8由非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器剩余的相关寄存器状态值的实部和虚部分别抽头输出伪随机数，以排序法二值化得所有导航卫星并行信号传输支路公用子测距码，所述公用子测距码相互之间相关或非相关或正交或非正交或一部分正交另一部分非正交；S9将导航卫星测距码分别与导航卫星公用子测距码模二和得该颗导航卫星其余并行信号传输支路专用子测距码；S10实时产生或通过文件或通过数据存储区获得导航卫星专用子测距码并分别对并行信号传输支路中的分组导航电文进行扩频；S11以不同频率偏移的相同载波或复数载波或不同的相位正交的子载波或复数子载波分别对并行信号传输支路中的扩频信号进行调制；S12对所有并行信号传输支路的载波调制信号进行叠加或合并，通过调整各支路专用子测距码的增益因子进行功率均衡以合理分配各支路信号功率；S13对叠加或合并信号加入高斯白噪声或其它噪声，形成导航卫星基带发射信号；S14将导航卫星基带发射信号通过单天线发射；S15接收端以单天线单通道或单天线单通道包含的各子通道或单天线多通道或单天线多通道包含的各子通道接收方式接收导航卫星基带导航信号或通信信号，其中单天线单通道或单天线单通道包含的各子通道为每根天线只连接一个信号处理的通道，该通道或其包含的各子通道负责对所有卫星导航信号的接收处理；所述单天线多通道或单天线多通道包含的各子通道为每根天线连接不低于两个信号处理的通道，且每一通道或其包含的各子通道负责对应卫星导航信号的接收处理，信号处理的通道或其包含的各子通道数要保证对接收信号高效的解调；S16截取一段基带卫星导航信号；S17选择发射端第1个并行信号传输支路；S18产生本地载波或复数载波或不同的相位正交的子载波或复数子载波；S19对步骤S16获得的信号用多普勒频移载波匹配法进行去载波获得去载波信号；S20实时产生或通过文件或通过数据存储区获得第1个并行信号传输支路专用子测距码与以排序法二值化去载波信号以基于FFT的循环相关法进行相关处理或串行干扰抵消处理，如果存在相关峰，表明接收信号中存在该颗导航卫星信号，根据相关峰位置从该支路接收的基带卫星导航信号去载波信号解调导航电文，执行步骤S21，否则，执行步骤S16；S21选择发射端第2个并行信号传输支路，实时产生或通过文件或通过数据存储区获得第2个并行信号传输支路的导航卫星专用子测距码；S22截取一段基带卫星导航信号；S23产生本地载波或复数载波或不同的相位正交的子载波或复数子载波；S24对步骤S22获得的信号用多普勒频移载波匹配法去载波并获得去载波信号；S25用该并行信号传输支路专用子测距码与以排序法二值化去载波信号以基于FFT的循环相关法进行相关处理或串行干扰抵消处理，根据相关峰位置从该支路接收的基带卫星导航信号去载波信号解调导航电文；S26选择发射端下一个并行信号传输支路序号，实时产生或通过文件或通过数据存储区获得该并行信号传输支路的导航卫星专用子测距码，如果传输支路序号大于发射端总的传输支路号，执行步骤S27，否则，执行步骤S22；S27将从各支路获得的分组导航电文由并变为串，获得导航卫星的完整导航电文；S28结束。2.根据权利要求1所述的北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法，其特征在于：所述步骤S4中，非线性函数驱动复数移位伪随机码发生器反馈端的以含不同参数的单状态变量或多状态变量或函数在构建非线性函数中重复使用，所构建的非线性函数在不同的非线性函数作用式中重复使用，且各非线性函数工作于相同的频率或工作于不同的频率。3.根据权利要求1所述的北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法，其特征在于：所述步骤S7中，二值化寄存器状态值的实部和虚部抽头输出的伪随机数，如果抽头输出的伪随机码序列与其它抽头输出的伪随机码序列一部分数值不同，而另一部分数值相同或它们数值全相同，则采用如下方式进行处理：将该伪随机码序列所有数值取反；或将该伪随机码序列以设定码长进行循环移位；或将该伪随机码序列与其它伪随机码序列混合；或将其中一个伪随机码序列删除。4.根据权利要求1所述的北斗卫星导航信号大规模并行实时传输实现方法，其特征在于：所述步骤S8中，导航卫星公用子测距码采用产生导航卫星测距码的由不同子伪随机码发生器构成的伪随机码发生器的各子伪随机码发生器的变量或函数或寄存器剩余抽头组合产生，或其与另外的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志彪，肖模艳，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42