CN105116425B - 一种并行AltBOC导航信号中频生成方法 - Google Patents

一种并行AltBOC导航信号中频生成方法 Download PDF

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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

一种并行AltBOC导航信号中频生成方法
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 -1 1]，正弦量化为[1 1 -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[-1 1]；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2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
SF_ideal·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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