CN105116425A - 一种并行AltBOC导航信号中频生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,步骤如下:生成I、Q两路基带正交信号;利用复数滤波对I、Q进行幅频失真补偿,生成cI、cQ两路基带正交信号;对生成的cI、cQ两路基带正交信号低通滤波;生成中频载波;将中频载波和cI、cQ两路基带正交信号并行调制;最后并串转换输出中频信号。本发明以较低频率实现AltBOC信号生成,保证I、Q支路通道特性一致,保证信号质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,属于卫星导航技术领域。
背景技术
在导航卫星信号中,AltBOC信号被欧洲Galileo卫星导航系统选为E5信号的复合和调制方式,中国BDS也计划采用。AltBOC信号带宽较宽,其副载波、伪码和恒包络生成的查表方法较为特殊,系统对时钟频率要求严格。
目前,可以通过以下方法来进行AltBOC导航信号的生成:
方法1,利用I、Q正交上变频方式;
方法2,利用中频生成,再变频调制的方式;
然而,上述方法存在如下问题:
(1)方法1虽然在基带信号带宽较小(较射频信号带宽小一半),但是I、Q在数字基带生成之后经历不同路径到达正交调制器,不同的路径其通道特性的差别导致最终信号质量恶化。
(2)方法2是较常用的导航信号生成方法,但是通用的方法存在重要的约束:AltBOC的大带宽使得中频频率较高,采样频率需要很高。这对生成器件的时钟频率和速度资源要求较高,在现有高可靠器件中实现难度较大。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,本发明可以以较低频率实现AltBOC信号生成,保证I、Q支路通道特性一致,保证信号质量。
本发明的技术解决方案是:
一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,包括步骤如下:
(1)生成基带信号;
在122.76MHz时钟域下,生成4路两电平导航信号Ad、Ap、Bd、Bp,所述四路导航信号包含测距所需的数据、次码和伪码,并经过AltBOC恒包络生成处理,生成I、Q两路基带正交信号;
(2)复数滤波;
利用复数滤波对I、Q进行幅频失真补偿,生成cI、cQ两路基带正交信号,;
(3)低通滤波;
对步骤(2)生成的cI、cQ两路信号进行低通滤波,并进行串并转换,并行输出4路滤波后的基带信号cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E;
(4)生成中频载波;
(4a)在245.52MHz时钟域下,使用2bit计数器计数,得到0、1、2、3这4个相位;
(4b)按照表1中的关系进行并行相位分配,组合为cos_O、cos_E、sin_O、sin_E。在时间上,cos_O和sin_O为一个时刻的载波值,cos_E和sin_E为一个时刻的载波值,cos_E、sin_E滞后cos_O、sin_O一个245.52MHz时钟周期;
表1载波信号两电平量化表
(5)并行调制;
将步骤(3)生成的4路滤波后的基带信号cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E与步骤(4)生成的4路载波信号cos_O、cos_E、sin_O、sin_E进行并行调制输出调制信号S_O、S_E:
(6)并串转换;
将步骤(5)生成的2路并行信号S_O、S_E转为串行输出,并进行数模转换。
步骤(2)的复数滤波的具体实现方式如下:
(2a)对步骤(1)生成本地数字基带信号I、Q,进行FFT变换得到幅频和相频特性;
(2b)将复数滤波直通,采集射频通道输出的实际信号,并将采集到的信号变换至基带信号I、Q,对基带信号I、Q进行FFT得到幅频和相频特性;
(2c)将(2b)与(2a)结果比对,得到通道幅频和相频特性,取反,通过最小二乘方法,得到补偿滤波器冲击响应;
(2d)使用(2c)中设计的滤波器进行复数滤波。
步骤(3)的低通滤波的具体实现方式如下::
122.76MHz时钟域低通滤波使用并行方法进行:将122.76MHz时钟域下信号cI、cQ分别插1个0并转为串行成为4路信号,再并行滤波,滤波之后直接并行输出4路滤波结果cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E。
步骤(5)的并行调制输出调制信号S_O、S_E的具体实现方式如下:
S_O(t)=cI_O(t)·cos_O(t)-cQ_O·sin_O(t)
S_E(t)=cI_E(t)·cos_E(t)-cQ_E·sin_E(t)。
步骤(2b)采集信号的采样频率大于500MHz,同源采样,采样频率不能是导航信号中伪码的码片速率的整数倍;采样时间大于伪码周期长度的两倍。
步骤(2c)中将(2b)与(2a)结果比对,得到通道幅频和相频特性,取反,通过最小二乘方法,得到补偿滤波器冲击响应的具体方式如下:
步骤(2a)中的本地数字基带信号和步骤(2b)中的实际采集到的基带信号分别截取至少一个码周期信号,以大于500MHz采样频率采样,幅频和相频特性由FFT得到
SF_ideal=FFT(S_ideal)
SF_real=FFT(S_real)
设通道特性为H,则
SFideal·H=SF_real
频域的相乘即为时域卷积,依据最小二乘法,得到逆H对应的冲击响应,作为复滤波器的系数。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)本发明使用并行方法生成AltBOC导航信号,大量运算在低时钟域进行,大幅降低了对时序的要求,尤其适合时钟资源紧张的场合,大大降低设计成本,提高了资源利用率,通用性大大增强。
(2)本发明对AltBOC导航信号使用中频调制,可保证I、Q通道特性一致性,提高了信号处理的准确性。
(3)本发明可通过复数滤波补偿通道幅频、相频特性,降低了AltBOC信号高带宽对通道幅频、相频特性一致性和稳定性的较高要求,保证了信号质量
(4)本发明在进入245.52MHz时钟域中频调制之前进行低通滤波,防止混叠,滤波器使用并行滤波方法实现,滤波处理方式更加精准,可靠性更强。
附图说明
图1为本发明原理结构图;
图2为本发明最终生成的中频信号频谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作原理和工作过程作进一步解释和说明:
如图1所示,本发明一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,包括步骤如下:
(1)生成基带信号;
在122.76MHz时钟域下,生成4路两电平导航信号Ad、Ap、Bd、Bp,所述四路导航信号包含测距所需的数据、次码和伪码,并经过AltBOC恒包络生成处理,生成I、Q两路基带正交信号;
(2)复数滤波;
利用复数滤波对I、Q进行幅频失真补偿,生成cI、cQ两路基带正交信号,(对I+jQ进行复数滤波就得到cI+jcQ);
复数滤波的具体实现方式如下:
(2a)对步骤(1)生成本地数字基带信号I、Q,进行FFT变换得到幅频和相频特性;
(2b)将复数滤波直通,采集射频通道输出的实际信号,并将采集到的信号变换至基带信号I、Q,对基带信号I、Q进行FFT得到幅频和相频特性;
采集信号的采样频率大于500MHz,同源采样,采样频率不能是导航信号中伪码的码片速率的整数倍;采样时间大于伪码周期长度的两倍。
(2c)将(2b)与(2a)结果比对,得到通道幅频和相频特性,取反,通过最小二乘方法,得到补偿滤波器冲击响应;具体方式如下:
步骤(2a)中的本地数字基带信号和步骤(2b)中的实际采集到的基带信号分别截取至少一个码周期信号,以大于500MHz采样频率采样,幅频和相频特性由FFT得到
SF_ideal=FFT(S_ideal)
SF_real=FFT(S_real)
设通道特性为H,则
SFideal·H=SF_real
频域的相乘即为时域卷积,依据最小二乘法,得到逆H对应的冲击响应,作为复滤波器的系数。
(2d)使用(2c)中设计的滤波器进行复数滤波。
(3)低通滤波;
对步骤(2)生成的cI、cQ两路信号进行低通滤波,并进行串并转换,并行输出4路滤波后的基带信号cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E;
低通滤波的具体实现方式如下::
122.76MHz时钟域低通滤波使用并行方法进行:将122.76MHz时钟域下信号cI、cQ分别插1个0并转为串行成为4路信号,再并行滤波,滤波之后直接并行输出4路滤波结果cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E。
(4)生成中频载波;
(4a)在245.52MHz时钟域下,使用2bit计数器计数,得到0、1、2、3这4个相位;
(4b)按照表1中的关系进行并行相位分配,组合为cos_O、cos_E、sin_O、sin_E。在时间上,cos_O和sin_O为一个时刻的载波值,cos_E和sin_E为一个时刻的载波值,cos_E、sin_E滞后cos_O、sin_O一个245.52MHz时钟周期(首先将余弦一个周期波形量化为[1-1-11],正弦量化为[11-1-1]。再按奇偶分开,因此I的奇数路cos_O为[1-1],偶数路cos_E为[-11];Q的奇数路cQ_O为[1-1],偶数路sin_E为[1-1]);
表1载波信号两电平量化表
(5)并行调制;
将步骤(3)生成的4路滤波后的基带信号cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E与步骤(4)生成的4路载波信号cos_O、cos_E、sin_O、sin_E进行并行调制输出调制信号S_O、S_E:
S_O(t)=cI_O(t)·cos_O(t)-cQ_O·sin_O(t)
S_E(t)=cI_E(t)·cos_E(t)-cQ_E·sin_E(t)。
(6)并串转换;
将步骤(5)生成的2路并行信号S_O、S_E转为串行输出,并进行数模转换,如图2所示。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,其特征在于包括步骤如下:
(1)生成基带信号;
在122.76MHz时钟域下,生成4路两电平导航信号Ad、Ap、Bd、Bp,所述四路导航信号包含测距所需的数据、次码和伪码,并经过AltBOC恒包络生成处理,生成I、Q两路基带正交信号;
(2)复数滤波;
利用复数滤波对I、Q进行幅频失真补偿,生成cI、cQ两路基带正交信号;
(3)低通滤波;
对步骤(2)生成的cI、cQ两路信号进行低通滤波,并进行串并转换,并行输出4路滤波后的基带信号cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E;
(4)生成中频载波;
(4a)在245.52MHz时钟域下,使用2bit计数器计数,得到0、1、2、3这4个相位;
(4b)按照表1中的关系进行并行相位分配,组合为cos_O、cos_E、sin_O、sin_E。在时间上,cos_O和sin_O为一个时刻的载波值,cos_E和sin_E为一个时刻的载波值,cos_E、sin_E滞后cos_O、sin_O一个245.52MHz时钟周期;
表1载波信号两电平量化表
(5)并行调制;
将步骤(3)生成的4路滤波后的基带信号cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E与步骤(4)生成的4路载波信号cos_O、cos_E、sin_O、sin_E进行并行调制输出调制信号S_O、S_E:
(6)并串转换;
将步骤(5)生成的2路并行信号S_O、S_E转为串行输出,并进行数模转换。
2.根据权利要求1所述的一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,其特征在于:步骤(2)所述的复数滤波的具体实现方式如下:
(2a)对步骤(1)生成本地数字基带信号I、Q,进行FFT变换得到幅频和相频特性;
(2b)将复数滤波直通,采集射频通道输出的实际信号,并将采集到的信号变换至基带信号I、Q,对基带信号I、Q进行FFT得到幅频和相频特性;
(2c)将(2b)与(2a)结果比对,得到通道幅频和相频特性,取反,通过最小二乘方法,得到补偿滤波器冲击响应;
(2d)使用(2c)中设计的滤波器进行复数滤波。
3.根据权利要求1所述的一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,其特征在于:步骤(3)所述的低通滤波的具体实现方式如下::
122.76MHz时钟域低通滤波使用并行方法进行:将122.76MHz时钟域下信号cI、cQ分别插1个0并转为串行成为4路信号,再并行滤波,滤波之后直接并行输出4路滤波结果cI_O、cI_E、cQ_O、cQ_E。
4.根据权利要求1所述的一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,其特征在于:步骤(5)所述的并行调制输出调制信号S_O、S_E的具体实现方式如下:
S_O(t)=cI_O(t)·cos_O(t)-cQ_O·sin_O(t)
S_E(t)=cI_E(t)·cos_E(t)-cQ_E·sin_E(t)。
5.根据权利要求1所述的一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,其特征在于:步骤(2b)所述采集信号的采样频率大于500MHz,同源采样,采样频率不能是导航信号中伪码的码片速率的整数倍;采样时间大于伪码周期长度的两倍。
6.根据权利要求5所述的一种并行AltBOC导航信号中频生成方法,其特征在于:步骤(2c)中所述将(2b)与(2a)结果比对,得到通道幅频和相频特性,取反,通过最小二乘方法,得到补偿滤波器冲击响应的具体方式如下:
步骤(2a)中的本地数字基带信号和步骤(2b)中的实际采集到的基带信号分别截取至少一个码周期信号,以大于500MHz采样频率采样,幅频和相频特性由FFT得到
SF_ideal=FFT(S_ideal)
SF_real=FFT(S_real)
设通道特性为H,则
SFideal·H=SF_real
频域的相乘即为时域卷积,依据最小二乘法,得到逆H对应的冲击响应,作为复滤波器的系数。
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