CN102937714B - 一种卫星导航信号模拟器的一体化精密时延和快速频谱成形方法 - Google Patents
一种卫星导航信号模拟器的一体化精密时延和快速频谱成形方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种卫星导航信号模拟器的一体化精密时延和快速频谱成形方法。本发明将频谱成形和多采样率结合起来，流程是首先对基带数字信号进行频谱成形，将基带的数字信号变为有限带宽的非恒定的包络信号，然后再通过插值的方式获得需要的时延。由于扩频码的码速率很高，当直接进行滤波的时候，算法的运算量很大，难以实时处理。所以可以采用查表的方法将滤波器所有可能的时域信号存储起来，在信号模拟产生时根据当前和以往伪码状态生成查找索引号，可快速检索获得若干连续采样点的信号模拟数据。本发明提高了系统伪距的相位控制精度和星间通道一致性，改善了系统零值稳定性和信号杂散性能，以较低代价和资源实现多星座多频点卫星导航信号模拟。
Description
技术领域
本发明涉及导航信号模拟领域，主要是基于重采样和快速频谱成形相结合的方式产生精密时延，特别是一种卫星导航信号模拟器的一体化精密时延和快速频谱成形方法。
背景技术
目前，全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）已成为重要的基础设施，在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用。卫星导航信号模拟器用于模拟实际环境中的真实GNSS信号，可以为GNSS接收机及依赖GNSS接收机的各类系统提供一种真实可信的高效率测试手段，是卫星导航系统和各种接收设备研制的关键仪器，备受军事和工业部门关注。
卫星导航信号模拟器需要根据COMPASS、GPS、GLONASS、GALILEO等卫星导航系统的频率规划和信号体制设计方案，根据其最新的ICD文件研究信号产生方案，完成多星座多体制卫星导航信号调制与精密时延控制。
精密时延控制是卫星导航射频信号模拟的关键。经典NCO驱动码发生器的伪距控制方法存在系统伪距的相位控制精度和星间通道一致性差，系统零值稳定性和信号杂散大等问题，这严重影响RNSS多通道射频信号实时产生的精度和动态范围。为此，必须实现多星之间伪码相位的高精度时延和多星间码相位控制的一致性。同时，传统基带信号的频谱成形主要采用升余弦函数构造的FIR滤波器，通过高速滤波运算完成信号频谱成形，这种方法需要的计算大，消耗资源多，不利于卫星导航信号模拟器多路信号频谱成形的实现。
因此，传统时延控制和频谱成形在相位控制精度、通道一致性、系统零值稳定性和信号杂散等方面性能不够理想，同时算法运算量大，难以实时处理。为此，设计一体化精密时延和快速频谱成形方法，通过重采样和快速频谱成形相结合，产生高速率扩频码的精密时延，并减少了导航信号精密伪距控制与频谱成形计算量，有效提高了系统零值稳定性和信号杂散等性能，以较低代价和资源实现多星座多频点卫星导航信号模拟。
发明内容
为提高卫星导航信号时延控制精度和通道间一致性，保证系统零值稳定性和信号杂散等性能，并有效控制运算量，满足实时处理要求，本发明提出一种卫星导航信号模拟器的一体化精密时延和快速频谱成形方法。
本发明将频谱成形和多采样率结合起来，流程是首先对基带数字信号进行频谱成形，将基带的数字信号变为有限带宽的非恒定的包络信号，然后再通过插值的方式获得需要的时延。由于扩频码的码速率很高，当直接进行滤波的时候，算法的运算量很大，难以实时处理。所以采用查表的方法将滤波器所有可能的时域信号存储起来，在信号模拟产生时根据当前和以往伪码状态生成查找索引号，快速检索获得若干连续采样点的信号模拟数据。
本发明的技术方案是：
一种卫星导航信号模拟器的一体化精密时延和快速频谱成形方法：
步骤1：根据各个卫星导航系统的频率规划和信号体制设计方案输入码片速率f c、采样率f s参数；
步骤2：输入滚降系数α，利用公式求得滚降滤波器系数h；
其中
步骤3：截短滤波器长度为个码元，每个码元间隔内取个样点（由采样率决定），此时共有个样点来表示该截短的滤波器；
步骤4：将数据序列分别按照2的幂次展开为阶多项式，将其多项式系数进行倍内插后和截短滤波器进行卷积运算，得到一个大小为的频谱成形查找表A，该表可表示为一个行数为，列数为的矩阵；
步骤5：：根据频谱成形查找表A利用线性插值方法计算插值系数表B，插值系数表B为行数为，列数为的矩阵，插值系数表B的计算方法为；
步骤6：将当前和以往输入伪码输入一个L阶移位寄存器组，将L阶移位寄存器状态按照2的幂次计算生成查找索引号，查找对应的频谱成形查找表A和插值系数表B，进行线性乘加运算，同时完成导航信号的精密时延与频谱成形。
其中，该方法可一次性进行M个采样点的并行计算。
本发明的有益效果是：可以快速同时完成导航信号的精密时延与频谱成形，一次性进行M个采样点的并行计算，大幅度减少导航信号精密伪距控制与频谱成形计算量，相比常规滚降滤波计算，计算效率提高了M倍。精密的线性内插处理改善了系统零值稳定性和信号杂散等性能，可灵活实现不同滚降系数的频谱成形。
附图说明
图1是导航信号一体化精密时延和快速频谱成形示意图；
图2频谱成型查找表A计算示意图；
图3插值系数表B计算示意图；
图4截短后的成形滤波器；
图5成形波形大延迟的情况；
图6 成形波形小延迟的情况。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
图1为导航信号一体化精密时延和快速频谱成形实现框图，其实施步骤为：
步骤1：根据各个卫星导航系统的频率规划和信号体制设计方案输入码片速率f c、采样率f s参数；
步骤2：输入滚降系数α，利用公式求得滚降滤波器系数h；
步骤3：截短滤波器长度为个码元，每个码元间隔内取个样点（由采样率决定），此时共有个样点来表示该截短的滤波器；
步骤4：将数据序列分别按照2的幂次展开为阶多项式，将其多项式系数进行倍内插后和截短滤波器进行卷积运算，得到频谱成形查找表A；如图2所示；
步骤5：根据频谱成形查找表A，利用线性插值方法计算插值系数表B，插值系数表B的计算方法为；如图3所示；
步骤6：将当前和以往输入伪码输入一个L阶移位寄存器组，将L阶移位寄存器状态按照2的幂次计算生成查找索引号，查找对应的频谱成形查找表A和插值系数表B，进行线性乘加运算，同时完成导航信号的精密时延与频谱成形。
对升余弦滤波器，在理论上是连续的，但在实际中，只要取有限样点予以表示就可以了。若取截短长度为L个码元，每个码元间隔内取M个样点（由采样率决定），此时共有LM个样点来表示该截短的滤波器。对于滤波器假定截短后的滤波器长度为7个码元，那么截短后的滤波器如图2所示。
同时假设采样频率，其中是码片速率。那么滤波器所有可能的码片输入有27=128种情况，从0000000到1111111。对于每一种输入，将它们通过成形滤波器后得到成形后参数，根据假定在一个码元间隔内抽样点数为40，那么滤波器对输入的码片进行成形的时候会出现40中情况。这是因为根据卷积运算和上面的假定，滤波器的长度只有7个码片长度，一开始的时候7个点会完全对齐，当移动滤波器的时候，每一次移动一个抽样点，当移动到第39个采样点的时候这时滤波器还是对应6个完整的码片长度；如果再移动一个抽样点，后面的码片就会进入到滤波器，此时的情况属于完全对齐的时候一种。因此，可以做出一个128×40的查询表。
做好上面的查询表以后，根据码片的输入情况可以查找出对应的成形波形，然后再对查找后成形数据做插值处理，就得到了码片的时间延迟。图3和图4给出了码片成形后不同时延情况。
Claims (2)
1.一种卫星导航信号模拟器的一体化精密时延和快速频谱成形方法，其特征在于，该方法首先对基带数字信号进行频谱成形，将基带的数字信号变为有限带宽的非恒定的包络信号，然后再通过插值的方式获得需要的时延，采用查表的方法将滤波器所有可能的时域信号存储起来，在信号模拟产生时根据当前和以往伪码状态生成查找索引号，快速检索获得若干连续采样点的信号模拟数据，具体步骤如下：
步骤1：根据各个卫星导航系统的频率规划和信号体制设计方案输入码片速率f c、采样率f s参数；
步骤2：输入滚降系数α，利用公式求得滚降滤波器系数h；
其中
步骤3：截短滤波器长度为个码元，每个码元间隔内取个样点，此时共有个样点来表示该截短的滤波器；
步骤4：将数据序列分别按照2的幂次展开为阶多项式，将其多项式系数进行倍内插后和截短滤波器进行卷积运算，得到一个大小为的频谱成形查找表A，该表可表示为一个行数为，列数为的矩阵；
步骤5：根据频谱成形查找表A利用线性插值方法计算插值系数表B，插值系数表B为行数为，列数为的矩阵，插值系数表B的计算方法为；
步骤6：将当前和以往输入伪码输入一个L阶移位寄存器组，将L阶移位寄存器状态按照2的幂次计算生成查找索引号，查找对应的频谱成形查找表A和插值系数表B，进行线性乘加运算，同时完成导航信号的精密时延与频谱成形。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航信号模拟器的一体化精密时延和快速频谱成形方法，其特征在于，该方法可一次性进行M个采样点的并行计算。
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