CN102937717B - 一种优选导航卫星扩频码的方法 - Google Patents

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CN102937717B CN201210453838.7A CN201210453838A CN102937717B CN 102937717 B CN102937717 B CN 102937717B CN 201210453838 A CN201210453838 A CN 201210453838A CN 102937717 B CN102937717 B CN 102937717B
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Abstract

本发明针对卫星导航系统提出了一种优选导航卫星扩频码的方法。本方法计算获得扩频码组中各个扩频码的码平衡性、最大自相关旁峰值、最大互相关峰值、功率谱最大值，并依据这四个指标对扩频码进行排序和加权计算值的计算，根据加权计算值选取扩频码组中抗干扰性能较好的扩频码。采用本方法可在不改变系统软硬件设计方案和不增加系统建设成本的条件下，通过扩频码的优选有效提高了卫星导航系统的抗干扰性能性能。

Description

一种优选导航卫星扩频码的方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，特别是一种优选导航卫星扩频码的方法。
背景技术
在卫星导航系统中，导航卫星发射调制有扩频码的射频信号。地面接收机接收此射频信号，经过变频、解调获得卫星扩频码，并使用本地扩频码与卫星扩频码进行码相关计算，依据相关计算的结果获得测距结果。扩频码的优劣直接决定导航卫星的测距精度。另外，扩频码对导航接收机的抗干扰能力也有重要影响。因此，扩频码的选取是导航卫星系统设计的重要工作之一。
目前扩频码的选取主要为对扩频码码组的选取。一个码组是指由相同生成多项式产生，但相位选择器不同的移位寄存器产生的扩频码所组成的集合。由于属于同一码组的各个扩频码在码平衡性、最大自相关旁峰、最大互相关峰值和功率谱最大值方面的差别，造成扩频码在测距性能、抗干扰能力存在一定的差别。现有方法一般采取在同一码组中随机选取扩频码的方式，忽略了同一码组中扩频码的差异，不能优选出性能好的扩频码，导致卫星导航系统性能一定程度的降低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种优选导航卫星扩频码的方法，该方法在不改变卫星导航系统软硬件设计方案和不增加系统建设成本的条件下，能够选取出扩频码组中抗干扰性能较好的扩频码。
本发明的技术解决方案是：一种优选导航卫星扩频码的方法，其步骤如下：
(1)对于包含N个扩频码的码组，计算第i个扩频码中数值等于1的码片个数
Figure BSA00000805077000021
以及第i个扩频码中数值等于0的个数
Figure BSA00000805077000022
其中1≤i≤N；
(2)根据步骤(1)中得到的
Figure BSA00000805077000023
和
Figure BSA00000805077000024
获得第i个扩频码的码平衡性其中||为取绝对值操作；
(3)将步骤(2)中得到的码平衡性Di的值从小到大排序，数值相同的Di划入同一集合
Figure BSA00000805077000026
形成M1个集合，其中1≤j≤M1；数值最小的Di对应的集合为数值最大的Di对应的集合为
Figure BSA00000805077000028
依照排序结果得出码平衡性Di的扩频码计算值，对应的扩频码计算值为1，
Figure BSA000008050770000210
对应的扩频码计算值为2，依次类推，
Figure BSA000008050770000211
对应的扩频码计算值为M1；所有扩频码计算值构成集合其中
Figure BSA000008050770000213
为第i个扩频码的计算值；
(4)依次计算码组中第i个扩频码的循环移位自相关值
Figure BSA000008050770000214
1≤l≤L，Ci(l)为第i个扩频码的第l个码片，k为码片循环移位的偏移量，0≤k≤L-1，Ci(l+k)为第i个扩频码的第l+k个码片；
(5)根据步骤(4)中得出的第i个扩频码的循环移位自相关值，获得第k个扩频码的最大自相关旁峰值
Figure BSA000008050770000215
1≤k≤L-1，其中max()为取最大操作；
(6)将步骤(5)中得出的最大自相关函数旁峰值
Figure BSA000008050770000216
从小到大排序，数值相同的
Figure BSA000008050770000217
划入同一集合形成M2个集合，其中1≤j≤M2，数值最小的
Figure BSA000008050770000219
对应的集合为
Figure BSA000008050770000220
数值最大的
Figure BSA000008050770000221
对应的集合为
Figure BSA000008050770000222
依照排序结果得出最大自相关函数旁峰值
Figure BSA000008050770000223
的扩频码计算值，
Figure BSA000008050770000224
对应的扩频码计算值为1，对应的扩频码计算值为2，依次类推，
Figure BSA000008050770000226
对应的扩频码计算值为M2；所有扩频码的计算值构成集合
Figure BSA000008050770000227
其中为第i个扩频码的计算值；
(7)依次计算获得第i个扩频码与码组中其他N-1个扩频码的互相关峰值
Figure BSA000008050770000229
其中Cn(l)为第n个扩频码的第l个码片，n＝1，2，…N，且n≠i；
(8)根据步骤(7)中获得的互相关峰值，计算得到互相关峰值最大值
Figure BSA00000805077000031
其中max()为取最大操作；
(9)将步骤(8)中获得的最大互相关峰值
Figure BSA00000805077000032
从小到大排序，数值相同的
Figure BSA00000805077000033
划入同一集合
Figure BSA00000805077000034
形成M3个集合，其中1≤j≤M3，数值最小的
Figure BSA00000805077000035
对应的集合为
Figure BSA00000805077000036
数值最大的
Figure BSA00000805077000037
对应的集合为
Figure BSA00000805077000038
依照排序结果得出最大互相关峰值
Figure BSA00000805077000039
的扩频码计算值，对应的扩频码计算值为1，
Figure BSA000008050770000311
对应的扩频码计算值为2，依次类推，对应的扩频码计算值为M3。所有扩频码的计算值构成集合
Figure BSA000008050770000313
其中
Figure BSA000008050770000314
为第i个扩频码的计算值；
(10)根据步骤(4)中获得的第i个扩频码的循环移位自相关值Ri(k)，依次计算码组中第i个扩频码的功率谱值其中
Figure BSA000008050770000316
为傅里叶变换，Ri为由Ri(k)组成的序列；
(11)根据步骤(10)中获得的第i个扩频码的功率谱Θi，计算得到功率谱最大值
Figure BSA000008050770000317
(12)将步骤(11)中获得的功率谱最大值
Figure BSA000008050770000318
从小到大排序，数值相同的
Figure BSA000008050770000319
划入同一集合形成M4个集合，其中1≤j≤M4，数值最小的
Figure BSA000008050770000321
对应的集合为
Figure BSA000008050770000322
数值最大的
Figure BSA000008050770000323
对应的集合为
Figure BSA000008050770000324
依照排序结果得出功率谱最大值
Figure BSA000008050770000325
的扩频码计算值，
Figure BSA000008050770000326
对应的扩频码计算值为1，对应的扩频码计算值为2，依次类推，
Figure BSA000008050770000328
对应的扩频码计算值为M4；所有扩频码的计算值构成集合
Figure BSA000008050770000329
Figure BSA000008050770000330
为第i个扩频码的计算值；
(13)分别给码平衡性Di、最大自相关旁峰值
Figure BSA000008050770000331
最大互相关峰值
Figure BSA000008050770000332
功率谱最大值
Figure BSA000008050770000333
的扩频码计算值集合S1、S2、S3和S4赋予权值w1，w2，w3，w4，权值w1，w2，w3，w4应满足0≤w1≤1，0≤w2≤1，0≤w3≤1和0≤w4≤1，且w1+w2+w3+w4＝1；对于带宽、发射功率受限的系统取w1＝0.4，w2＝w3＝w4＝0.2；对于要求接收机假锁概率的系统取w2＝0.4，w1＝w3＝w4＝0.2；对于要求抗多址干扰能力的系统取w3＝0.4，w1＝w2＝w4＝0.2；对于要求抗窄带干扰能力的系统w4＝0.4，w1＝w2＝w3＝0.2；其余系统取w1＝w2＝w3＝w4＝0.25；
(14)根据权值和扩频码计算值集合S1、S2、S3和S4，计算各个扩频码的加权计算值S，即S＝w1·S1+w2·S2+w3·S3+w4·S4；加权计算值S值最小的扩频码为最优。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
给出了一种优选导航卫星扩频码的方法，该方法通过分别计算扩频码组中各个扩频码的码平衡性、自相关旁峰值、互相关峰值和功率谱最大值，并依据这四个指标对扩频码进行排序和计算加权计算值，根据加权计算值选取扩频码组中抗干扰性能较好的扩频码，在不改变卫星导航系统软硬件设计方案和不增加系统建设成本的条件下，提高了卫星导航系统的抗干扰性能性能。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为循环移位示意图。
具体实施方式
码平衡性好的扩频码在传输时占用带宽少，所需发射功率低。使用最大自相关旁峰小的扩频码有利于降低接收机假锁的概率。最大互相关峰值小的扩频码抗多址干扰的能力较强。功率谱最大值较小的扩频码抗窄带干扰的能力较强。因此，根据码平衡性好、最大自相关旁峰、最大互相关峰值和功率谱最大值这四个指标有减少降低系统占用的带宽和功率，降低接收机假锁的概率，提高抗干扰能力，综合提升卫星导航系统的性能。本发明方法主要包括以下具体步骤：
(1)对于包含N个扩频码的码组，计算第i个扩频码中数值等于1的码片个数1≤i≤N。由于码片的值只能等于0或者等于1，因此将所有L个码片的值相加即获得扩频码中数值等于1的码片个数
Figure BSA00000805077000042
计算第i个扩频码中数值等于0的个数
Figure BSA00000805077000051
使用L减去
Figure BSA00000805077000052
即为
(2)使用第i个扩频码中0的个数
Figure BSA00000805077000054
减去扩频码中1的个数
Figure BSA00000805077000055
并取绝对值，获得第i个扩频码的码平衡性Di，即
Figure BSA00000805077000056
(3)将码平衡性Di从小到大排序，数值相同的Di划入同一集合
Figure BSA00000805077000057
形成M1个集合，其中1≤j≤M1，最小值对应的集合为
Figure BSA00000805077000058
最大值对应的集合为
Figure BSA00000805077000059
依照排序结果得出码平衡性Di的扩频码计算值，对应的扩频码计算值为1，对应的扩频码计算值2，依次类推，
Figure BSA000008050770000512
对应的扩频码为M1。所有扩频码的计算值构成集合S1，
Figure BSA000008050770000513
Figure BSA000008050770000514
为第i个扩频码的计算值。
(4)依次计算码组中第i个扩频码的循环移位自相关值1≤l≤L，Ci(l)为第i个扩频码的第l个码片，k为码片循环移位的偏移量，0≤k≤L-1，Ci(l+k)为第i个扩频码的第l+k个码片；循环移位的具体实现方法如图1所示：两个长度为L的扩频码在进行相关运算时需进行循环移位操作。左图表示偏移量k等于0时两个扩频码码片的位置关系，其中外圈表示第1个扩频码，内圈表示第2个扩频码，每格代表1个码片，可见两个扩频码的第1到L个码片分别对齐。右图表示偏移量k等于3时两个扩频码码片的位置关系。相对于左图，右图外圈沿箭头所示方向旋转3格。对于任意1≤k≤L的值，外圈沿图中箭头所示方向旋转k格即实现偏移量为k的循环移位。若第1个扩频码和第2个扩频码相同，则通过循环移位获得扩频码的自相关值。若第1个扩频码和第2个扩频码不相同，则通过循环移位获得扩频码的互相关值。
(5)根据第i个扩频码的循环移位自相关值，获得第k个扩频码的最大自相关旁峰值
Figure BSA000008050770000516
1≤k≤L-1，其中max(·)为取最大操作。
(6)将最大自相关函数旁峰值按
Figure BSA000008050770000517
照从小到大排序，将最大自相关旁峰值
Figure BSA000008050770000518
从小到大排序，数值相同的
Figure BSA000008050770000519
划入同一集合
Figure BSA000008050770000520
形成M2个集合，其中1≤j≤M2，最小值对应的集合为
Figure BSA00000805077000061
最大值对应的集合为
Figure BSA00000805077000062
依照排序得出最大自相关函数旁峰值按
Figure BSA00000805077000063
的扩频码计算值，
Figure BSA00000805077000064
对应的扩频码计算值为1，对应的扩频码计算值为2，依次类推，
Figure BSA00000805077000066
对应的扩频码为M2。所有扩频码的计算值构成集合S2，
Figure BSA00000805077000067
Figure BSA00000805077000068
为第i个扩频码的计算值。
(7)依次计算第i个扩频码与码组中其他N-1个扩频码的互相关峰值
Figure BSA00000805077000069
Cn(l)为第n个扩频码的第l个码片，其中n＝1，2，…N，且n≠i。
(8)根据第i个扩频码与码组中其他N-1个扩频码的互相关峰值，获得互相关峰值最大值
Figure BSA000008050770000610
(9)将最大互相关峰值
Figure BSA000008050770000611
按照从小到大排序，数值相同的
Figure BSA000008050770000612
划入同一集合形成M3个集合，其中1≤j≤M3，最小值对应的集合为
Figure BSA000008050770000614
最大值对应的集合为
Figure BSA000008050770000615
依照排序结果得出最大互相关峰值
Figure BSA000008050770000616
的扩频码计算值，
Figure BSA000008050770000617
对应的扩频码计算值为1，
Figure BSA000008050770000618
对应的扩频码计算值为2，依次类推，对应的扩频码计算值为M3。所有扩频码的计算值构成集合S3，
Figure BSA000008050770000620
Figure BSA000008050770000621
为第i个扩频码的计算值。
(10)依次根据第i个扩频码的循环移位自相关值Ri(k)，计算码组中第i个扩频码的功率谱值Θi，即
Figure BSA000008050770000622
其中Ri为Ri(k)组成的序列，1≤k≤L，
Figure BSA000008050770000623
为傅里叶变换，具体为：Θi为Θi(m)组成的序列，0≤m≤L-1。
(11)根据第i个扩频码的功率谱Θi获得功率谱最大值
Figure BSA000008050770000625
Θ i max = max ( Θ i ) .
(12)将功率谱最大值
Figure BSA000008050770000627
按照从小到大排序，数值相同的
Figure BSA000008050770000628
划入同一集合
Figure BSA000008050770000629
形成M4个集合，其中1≤j≤M4，最小值对应的集合为
Figure BSA000008050770000630
最大值对应的集合为
Figure BSA00000805077000071
依照排序结果得出功率谱最大值
Figure BSA00000805077000072
的扩频码计算值，
Figure BSA00000805077000073
对应的扩频码计算值为1，
Figure BSA00000805077000074
对应的扩频码计算值为2，依次类推，
Figure BSA00000805077000075
对应的扩频码为M4。所有扩频码的计算值构成集合S4，
Figure BSA00000805077000076
Figure BSA00000805077000077
为第i个扩频码的计算值。
(13)分别给码平衡性、最大自相关旁峰值，最大互相关峰值，功率谱最大值
Figure BSA00000805077000078
的扩频码的计算值集合S1、S2、S3和S4赋予权值w1，w2，w3，w4；w1，w2，w3，w4应满足0≤w1≤1，0≤w2≤1，0≤w3≤1和0≤w4≤1，并且w1+w2+w3+w4＝1。对于带宽、发射功率受限的系统取w1＝0.4，w2＝w3＝w4＝0.2。对于要求接收机假锁概率的系统取w2＝0.4，w1＝w3＝w4＝0.2。对于要求抗多址干扰能力的系统取w3＝0.4，w1＝w2＝w4＝0.2。对于要求抗窄带干扰能力的系统w4＝0.4，w1＝w2＝w3＝0.2。其余取系统w1＝w2＝w3＝w4＝0.25。
(14)根据权值和扩频码计算值集合S1、S2、S3和S4，计算各个扩频码的加权计算值S，即S＝w1·S1+w2·S2+w3·S3+w4·S4；加权计算值S值最小的扩频码为最优。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种优选导航卫星扩频码的方法，其特征在于步骤如下：
(1)对于包含N个扩频码的码组，计算第i个扩频码中数值等于1的码片个数
Figure FSB0000120671930000011
以及第i个扩频码中数值等于0的个数
Figure FSB0000120671930000012
其中1≤i≤N；
(2)根据步骤(1)中得到的
Figure FSB0000120671930000013
和
Figure FSB0000120671930000014
获得第i个扩频码的码平衡性
Figure FSB0000120671930000015
其中||为取绝对值操作；
(3)将步骤(2)中得到的码平衡性Di的值从小到大排序，数值相同的Di划入同一集合
Figure FSB0000120671930000016
形成M1个集合，其中1≤j≤M1；数值最小的Di对应的集合为
Figure FSB0000120671930000017
数值最大的Di对应的集合为
Figure FSB0000120671930000018
依照排序结果得出码平衡性Di的扩频码计算值，
Figure FSB0000120671930000019
对应的扩频码计算值为1，
Figure FSB00001206719300000110
对应的扩频码计算值为2，依次类推，对应的扩频码计算值为M1；所有扩频码计算值构成集合
Figure FSB00001206719300000112
其中
Figure FSB00001206719300000113
为第i个扩频码的计算值；
(4)依次计算码组中第i个扩频码的循环移位自相关值
Figure FSB00001206719300000114
1≤l≤L，L为扩频码的长度；Ci(l)为第i个扩频码的第l个码片，k为码片循环移位的偏移量，0≤k≤L-1，Ci(l+k)为第i个扩频码的第l+k个码片；
(5)根据步骤(4)中得出的第i个扩频码的循环移位自相关值，获得第k个扩频码的最大自相关旁峰值
Figure FSB00001206719300000115
其中max()为取最大操作；
(6)将步骤(5)中得出的最大自相关函数旁峰值
Figure FSB00001206719300000116
从小到大排序，数值相同的划入同一集合
Figure FSB00001206719300000118
形成M2个集合，其中1≤j≤M2，数值最小的
Figure FSB00001206719300000119
对应的集合为
Figure FSB00001206719300000120
数值最大的对应的集合为
Figure FSB00001206719300000122
依照排序结果得出最大自相关函数旁峰值
Figure FSB00001206719300000123
的扩频码计算值，对应的扩频码计算值为1，
Figure FSB0000120671930000021
对应的扩频码计算值为2，依次类推，
Figure FSB0000120671930000022
对应的扩频码计算值为M2；所有扩频码的计算值构成集合
Figure FSB0000120671930000023
其中
Figure FSB0000120671930000024
为第i个扩频码的计算值；
(7)依次计算获得第i个扩频码与码组中其他N-1个扩频码的互相关峰值
Figure FSB0000120671930000025
其中Cn(l)为第n个扩频码的第l个码片，n＝1，2，…N，且n≠i；
(8)根据步骤(7)中获得的互相关峰值，计算得到互相关峰值最大值
Figure FSB0000120671930000026
其中max()为取最大操作；
(9)将步骤(8)中获得的最大互相关峰值
Figure FSB0000120671930000027
从小到大排序，数值相同的
Figure FSB0000120671930000028
划入同一集合
Figure FSB0000120671930000029
形成M3个集合，其中1≤j≤M3，数值最小的
Figure FSB00001206719300000210
对应的集合为
Figure FSB00001206719300000211
数值最大的
Figure FSB00001206719300000212
对应的集合为
Figure FSB00001206719300000213
依照排序结果得出最大互相关峰值
Figure FSB00001206719300000214
的扩频码计算值，
Figure FSB00001206719300000215
对应的扩频码计算值为1，对应的扩频码计算值为2，依次类推，
Figure FSB00001206719300000217
对应的扩频码计算值为M3；所有扩频码的计算值构成集合其中为第i个扩频码的计算值；
(10)根据步骤(4)中获得的第i个扩频码的循环移位自相关值Ri(k)，依次计算码组中第i个扩频码的功率谱值Θi＝F(Ri)，其中F为傅里叶变换，Ri为由Ri(k)组成的序列；
(11)根据步骤(10)中获得的第i个扩频码的功率谱Θi，计算得到功率谱最大值
(12)将步骤(11)中获得的功率谱最大值
Figure FSB00001206719300000221
从小到大排序，数值相同的划入同一集合
Figure FSB00001206719300000223
形成M4个集合，其中1≤j≤M4，数值最小的对应的集合为
Figure FSB00001206719300000225
数值最大的
Figure FSB00001206719300000226
对应的集合为
Figure FSB00001206719300000227
依照排序结果得出功率谱最大值的扩频码计算值，
Figure FSB00001206719300000229
对应的扩频码计算值为1，对应的扩频码计算值为2，依次类推，对应的扩频码计算值为M4；所有扩频码的计算值构成集合
Figure FSB0000120671930000031
Figure FSB0000120671930000032
为第i个扩频码的计算值；
(13)分别给码平衡性Di、最大自相关旁峰值
Figure FSB0000120671930000033
最大互相关峰值
Figure FSB0000120671930000034
功率谱最大值
Figure FSB0000120671930000035
的扩频码计算值集合S1、S2、S3和S4赋予杈值w1，w2，w3，w4，权值w1，w2，w3，w4应满足0≤w1≤1，0≤w2≤1，0≤w3≤1和0≤w4≤1，且w1+w2+w3+w4＝1；对于带宽、发射功率受限的系统取w1＝0.4，w2＝w3＝w4＝0.2；对于要求接收机假锁概率的系统取w2＝0.4，w1＝w3＝w4＝0.2；对于要求抗多址干扰能力的系统取w3＝0.4，w1＝w2＝w4＝0.2；对于要求抗窄带干扰能力的系统w4＝0.4，w1＝w2＝w3＝0.2；其余系统取w1＝w2＝w3＝w4＝0.25；
(14)根据权值和扩频码计算值集合S1、S2、S3和S4，计算各个扩频码的加权计算值S，即S＝w1·S1+w2·S2+w3·S3+w4·S4；加权计算值S值最小的扩频码为最优。
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