CN101900820B - 基于码长特征的频谱分离系数检测方法 - Google Patents

Abstract

一种卫星导航技术领域的基于码长特征的频谱分离系数检测方法。包括步骤如下：得到所有卫星信号初始集合的大小N；获得信号的信息列表；集合M为待检测集合，M^k为已知信号集合；码长特征参数α_k初始化为：

将α_k＜1的信号放入短码集合A，假设集合元素为n，将α_k≥1的信号放入长码集合B，假设集合元素为m；如果k_i＞Lim，则检测结果为导航信号x_i(t)不能达到频谱分离系数检测标准，如果k_i≤Lim，则检测结果为导航信号x_i(t)频谱分离系数检测达标，符合卫星导航信号兼容性要求，基于码长特征的频谱分离系数检测完成。本发明在不引入可见的计算误差的前提下，大大提高频谱分离系数的检测效率，使得全球导航卫星系统的兼容性评估有快速、准确的实现途径。

Description

基于码长特征的频谱分离系数检测方法

技术领域

本发明涉及的是一种卫星导航技术领域的检测方法，用于全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite Systems，GNSS)的基于码长特征的频谱分离系数检测方法。

背景技术

在全世界的卫星导航系统频谱资源有限的背景下，由于有众多卫星导航系统的存在，使得简单要求各卫星导航系统的授权信号频谱完全分离是不可能的，因此，部分的频谱重叠是不可避免和必需的；另一方面，在ITU框架下，已经证明并且达成国际共识的是，在频谱重叠的条件下，现有卫星导航信号可以互存而不影响彼此的正常使用。因此，对于现有的卫星导航信号和设计中的卫星导航信号，评估该信号和其它卫星导航信号的兼容性(兼容性是指两个或多个系统同时工作时，不会引起冲突，相对于单系统工作的情况不会产生显著的性能下降)是一个重要的研究课题。

经对现有技术文献的检索发现，F.Soualle，Th.B.Burger.撰文Impact of GalileoSpreading Code Selection and Data Rate onto Navigation Signal Interference[C]//ION GPS/GNSS 2003.Portland：ION，2003：1035-1043.“伽利略扩频码的选择和数据速率对导航信号干扰的影响”，文中提出以频谱分离系数(Spectral Separation Coefficient(SSC))来做为全球导航卫星系统兼容性评估的主要参数之一，并指出扩频码和数据速率对频谱分离系数的影响，但文章给出的基于频谱分离系数定义的检测方法过程复杂，且没有定量的衡量分类标准，不具有明确的可操作性，因此寻找有效的频谱分离系数检测方法对于全球导航卫星系统兼容性评估问题具有重要的意义。

在进一步的检索中，尚未发现任何与本文类似的卫星导航信号基于码长特征的频谱分离系数检测方法的文献和报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于码长特征的频谱分离系数检测方法。本发明解决了现有卫星导航信号频谱分离系数的检测过程复杂且检测效率不高的技术问题，在不引入可见的计算误差的前提下，大大提高频谱分离系数的检测效率，使得全球导航卫星系统的兼容性评估有快速、准确的实现途径。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括步骤如下：

步骤一、系统启动，在检测设备上设定需要检测的目标频段，得到位于该频段上的所有卫星信号的集合M＝{x₁(t)，x₂(t)，x₃(t)，…x_n(t)}，并且得到初始集合的大小N；

步骤二、根据目标频段的系统信息，获得GPS(Global Positioning System全球定位系统)和Galileo(伽利略)系统的相应频段的卫星导航信号的信息列表；

步骤三、将集合M中属于步骤二中所得信息表中的卫星信号的成员移入集合M^k，M^k的集合大小为N^k＝k；集合M的大小变为N＝N-k，此时集合M为待检测集合，M^k为已知信号集合；

步骤四、将已知信号集合M^k中的元素导航信号x^k(t)(k＝1，...N^k)的码长特征参数α_k初始化为：其中：L_k为第k个信号伪随机码码长，f_kc为第k个信号码片速率，f_kd为第k个信号导航数据速率；将α_k＜1的信号放入短码集合A，假设集合元素为n，将α_k≥1的信号放入长码集合B，假设集合元素为m；

步骤五、对待检测集合M中的元素x_i(t)(i＝1，...，N)根据码长特征参数α_i逐一处理，计算频谱分离系数κ_i：

1)将待检测导航信号x_i(t)的码长特征参数α_i初始化为

2)根据待检测导航信号的码长特征参数α_i，计算导航信号x_i(t)与集合A中每个元素的频谱分离系数k_Ai(i＝1，...，n)；计算导航信号x_i(t)与集合B中每个元素的频谱分离系数k_Bi(i＝1，...，m)；

3)取频谱分离系数k_Ai(i＝1，...，n)和k_Bi(i＝1，...，m)中的最大值，做为待检测导航信号x_i(t)的频谱分离系数κ_i；

步骤六、设置系统最终频谱分离系数阈值Lim，默认阈值为-50dB/Hz，如果k_i＞Lim，则检测结果为导航信号x_i(t)不能达到频谱分离系数检测标准，如果k_i≤Lim，则检测结果为导航信号x_i(t)频谱分离系数检测达标，符合卫星导航信号兼容性要求，基于码长特征的频谱分离系数检测完成。

所述的频谱分离系数κ_i，待检测导航信号的码长特征参数α_i＜1并且干扰信号属于集合A时，κ_i为：

${\mathrm{\κ}}_i=\underset{-{\mathrm{\β}}_r/2}{\overset{{\mathrm{\β}}_r/2}{\∫}}{G}_s\left(f\right)G_i(f-\mathrm{\Δf})\mathrm{df}$ 公式(1)

其中，β_r为接收机前端带宽，G_s(f)为期望信号的功率谱密度，G_i(f)为干扰信号的功率谱密度，Δf为多普勒频移。

所述的频谱分离系数κ_i，待检测导航信号的码长特征参数α_i≥1时，无论干扰信号属于集合A或者B，κ_i为：

${\mathrm{\κ}}_i=\underset{-{\mathrm{\β}}_r/2}{\overset{{\mathrm{\β}}_r/2}{\∫}}{G}_{\mathrm{sc}}\left(f\right)G_{\mathrm{ic}}\left(f\right)\mathrm{df}$ 公式(2)

其中，β_r为接收机前端带宽，G_sc(f)为期望信号的码片功率谱密度，G_ic(f)为干扰信号的码片功率谱密度。

计算频谱分离系数时，待检测导航信号为期望信号，已知信号集合A、B中的信号均为干扰信号。

所述的功率谱密度是指：用密度的概念表示信号功率在各频率点的分布情况，对功率谱在频域上积分就得到信号的功率，使用周期性伪随机码且包含数据调制的卫星导航信号的功率谱密度G_x(f)：

$G_x\left(f\right)=\left(\frac{1}{f_d}\right){\left(\frac{1}{L{T}_c}\right)}^2\left(\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{DFT}\left(c_k\right)\right|}^2{\mathrm{\Φ}}^2\left(\frac{k}{{\mathrm{LT}}_c}\right)\sin c^2\left(\frac{f-\frac{k}{{\mathrm{LT}}_c}}{f_d}\right)\right)$

其中：L为信号伪随机码码长，f_c为信号码片速率，f_d为导航数据速率，DFT(c_k)为伪随机码的离散傅立叶变换，Φ为调制波形的傅立叶变换。

本发明首先在检测设备上设定需要检测的目标频段，得到位于该频段上的所有卫星信号，以码长特征对卫星信号进行分类，将待检测卫星信号分别与已分类的已知卫星信号进行频谱分离系数的检测，最终得到频谱分离系数的检测结果。

本发明对卫星导航信号进行基于码长特征的频谱分离系数的检测，以便快速判定不同卫星导航信号间的兼容性。故首先在检测设备上设定需要检测的目标频段，得到位于该频段上的所有卫星信号，以码长特征对卫星信号进行分类，将待检测卫星信号分别与已分类的已知卫星信号进行频谱分离系数的检测，最终得到频谱分离系数的检测结果。该检测方法以码长特征参数代入频谱分离系数检测，且实施的每一步骤都有定量的衡量分类标准，在不引入可见的计算误差的前提下，大大提高频谱分离系数的检测效率，使得全球导航卫星系统的兼容性评估有快速、准确的实现途径。

附图说明

图1实施例中待检测导航信号的功率谱密度曲线示意图；

图2实施例中待检测信号的码片功率谱密度曲线示意图；

图3实施例中待检测信号与GPS CA信号间的频谱分离系数曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

设计待检测卫星信号x₁(t)工作在L1频段上，x₁(t)信号的伪随机码码长L为2046，信号码片速率f_c为1.023MHz、导航数据速率f_d为50Hz。

步骤一：系统启动，在检测设备上设定需要检测的目标频段为L1，得到位于该频段上的所有卫星信号的集合M＝{x₁(t)，GPS CA，GPS L1P(Y)，GPS L1C，Galieo E1 OS}，并且得到初始集合的大小N＝5；

步骤二：根据目标频段的系统信息，获得GPS(Global Positioning System全球定位系统)和Galileo(伽利略)系统的L1频段的卫星导航信号的信息列表；

步骤三：将集合M中属于步骤二中所得信息表中的卫星信号的成员移入集合M^k，M^k＝{GPSCA，GPS L1P(Y)，GPS L1C，Galileo E1 OS}的集合大小为N^k＝4；集合M的大小变为N＝1，此时集合M为待检测集合，M^k为已知信号集合；

步骤四：将集合M^k中的元素导航信号x_k(t)(k＝1，...N^k)的码长特征参数α_k初始化为

(L_k为第k个信号伪随机码码长，f_kc为第k个信号码片速率，f_kd为第k个信号导航数据速率)，将α_k＜1的信号放入集合A(短码集合)，将α_k≥1的信号放入集合B(长码集合)，具体计算数值如表(1)所示；

表1

步骤五：对待检测集合M中的元素x₁(t)进行如下处理：

1)将待检测导航信号x₁(t)的码长特征参数α₁初始化为

$\frac{L_i{f}_{\mathrm{id}}}{f_{\mathrm{ic}}}=2046*50/1.023\×{10}^6=0.1;$

2)根据待检测导航信号的码长特征参数α_i，计算导航信号x_i(t)与集合A中每个元素的频谱分离系数k_Ai(i＝1，...，n)；计算导航信号x_i(t)与集合B中每个元素的频谱分离系数k_Bi(i＝1，...，m)。

因为待检测导航信号的码长特征参数α₁＜1，则以公式(1)计算导航信号x₁(t)与集合A中元素GPS CA的频谱分离系数k_A1，结果为-50dB/Hz到-75dB/Hz的周期波动值，如图(3)所示；以公式(2)计算导航信号x_i(t)与集合B中每个元素的频谱分离系数k_B1＝-71.16dB/Hz，k_B2＝-65.23dB/Hz，k_B3＝-68.04dB/Hz；

3)取频谱分离系数k_Ai(i＝1，...，n)和k_Bi(i＝1，...，m)中的最大值-50dB/Hz，做为导航信号x₁(t)的k₁频谱分离系数；

步骤六：设置系统最终频谱分离系数阈值Lim为-50dB/Hz，因为k₁≤Lim，所以检测结果为导航信号x_i(t)频谱分离系数检测达标，符合卫星导航信号兼容性要求，基于码长特征的频谱分离系数检测完成。

本实施例的频谱分离系数的检测方法，相比现有技术检测方法，得到频谱分离系数误差仅为0.232dB/Hz，而运算速度提高了1000倍以上。

Claims (1)

1.一种基于码长特征的频谱分离系数检测方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一、系统启动，在检测设备上设定需要检测的目标频段，得到位于该频段上的所有卫星信号的集合M={x₁(t)，x₂(t)，x₃(t)，…x_N(t)}，并且得到初始集合的大小N；

步骤二、根据目标频段的系统信息，获得GPS和Galileo系统的相应频段的卫星导航信号的信息列表；

步骤三、将集合M中属于步骤二中所得信息表中的卫星信号的成员移入集合M^k，M^k的集合大小为N^k；集合M的大小变为N＝N-N^k，此时集合M为待检测集合，M^k为已知信号集合；

步骤四、将集合M^k中的元素导航信号x_k(t)其中k＝1,...N^k的码长特征参数α_k初始化为：

其中：L_k为第k个信号伪随机码码长，f_kc为第k个信号码片速率，f_kd为第k个信号导航数据速率；将α_k＜1的信号放入短码集合A，假设集合元素为n，将α_k≥1的信号放入长码集合B，假设集合元素为m；

步骤五、对所述的待检测集合M中的元素x_i(t)其中i＝1,...,N根据码长特征参数α_i逐一处理，计算频谱分离系数κ_i；

所述的计算频谱分离系数κ_i为：

1)将导航信号x_i(t)的码长特征参数α_i初始化为

2)根据待检测导航信号的码长特征参数α_i,计算导航信号x_i(t)与集合A中每个元素的频谱分离系数k_Ai其中i＝1,...,n；计算导航信号x_i(t)与集合B中每个元素的频谱分离系数k_Bi其中i＝1,...,m；

2)取所述的频谱分离系数k_Ai和k_Bi中的最大值，做为导航信号x_i(t)的频谱分离系数κ_i；

所述的频谱分离系数κ_i，待检测导航信号的码长特征参数α_i＜1并且干扰信号属于集合Ａ时，κ_i为：

${\mathrm{\κ}}_i=\underset{-{\mathrm{\β}}_r/2}{\overset{{\mathrm{\β}}_r/2}{\∫}}{G}_s\left(f\right)G_i(f-\mathrm{\Δf})\mathrm{df}$

其中，β_r为接收机前端带宽，G_s(f)为期望信号的功率谱密度，G_i(f)为干扰信号的功率谱密度，Δf为多普勒频移；

所述的频谱分离系数κ_i，待检测导航信号的码长特征参数α_i≥1时，无论干扰信号属于集合Ａ或者Ｂ,κ_i为：

${\mathrm{\κ}}_i=\underset{-{\mathrm{\β}}_r/2}{\overset{{\mathrm{\β}}_r/2}{\∫}}{G}_{\mathrm{sc}}\left(f\right)G_{\mathrm{ic}}(f-\mathrm{\Δf})\mathrm{df}$

其中，β_r为接收机前端带宽，G_sc(f)为期望信号的码片功率谱密度，G_ic(f)为干扰信号的码片功率谱密度；

计算频谱分离系数时，待检测导航信号为期望信号，已知信号集合Ａ、Ｂ中的信号均为干扰信号；

步骤六、设置系统最终频谱分离系数阈值Lim，默认阈值为-50dB/Hz，如果k_i＞Lim，则检测结果为导航信号x_i(t)不能达到频谱分离系数检测标准，如果k_i≤Lim，则检测结果为导航信号x_i(t)频谱分离系数检测达标，符合卫星导航信号兼容性要求，基于码长特征的频谱分离系数检测完成。

Images