CN105137463B - 一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法 - Google Patents
一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法。根据卫星定位系统设计基于Alamouti码的空时协同分集定位方案和MIMO‑扩频的空间分集编码；具体包括：基于Alamouti码的空时协同分集定位，将同一轨道上的相邻卫星编为星对，实现相邻卫星协同分集；在MIMO‑直接序列扩频方法多码模型的基础上设计针对卫星定位系统的协同分集MIMO‑扩频的空间分集编码。本发明同现有技术相比的优越性在于：在不增大定位信号发射功率的情况下提高信号增益，从而在保障抗干扰能力的前提下有效延长卫星寿命；相邻卫星协同分集紧密结合定位卫星星座特点，在不改变空间段结构功能和增加卫星额外负担的情况下提高定位信号的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明属于卫星导航定位技术领域，涉及一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法。
背景技术
GPS(Global Satellite Position System)卫星导航系统采用码分多址RNSS(Radio Navigation Satellite Server)结构体制，其信号体制自上世纪末提出了现代化升级计划，其升级目的是使其信号的综合性能得到提升，并确保在未来导航战中，GPS用户特别是授权用户的安全使用。因此，GPS卫星导航系统采用了一些新的技术。空间段的主要措施是增大GPS卫星的发射功率，由30W提高到500W。现有提高GPS接收机抗干扰能力的措施包括：采用自适应调零天线；GPS接收机加装自适应滤波；P码直接捕获；采用GPS/INS(Inertia Navigation System)组合导航设备；用伪卫星对抗GPS干扰；火力摧毁干扰源；配备新开发的微型原子钟。正常GPS信号到达地面时已经非常微弱，信号功率低于噪声功率。现有技术中有学者提出利用块捕获方法实现GPS弱信号捕获的方法。也有学者证明了码分多址系统中双驻留捕获方法中使用差分相干积分比非相干积分具有优势。以上方法只能改进效果，并不能像美军下一步GPS改进策略的直接增大卫星发射功率那样从根本上解决问题。
MIMO无线通信技术是天线分集与空时处理技术相结合的产物，它源于天线分集与智能天线技术。智能天线采用加权选择方法驱动波束指向，通过将能量聚集到期望方向而提高平均信噪比，抑制而不是利用多径传播。Foschini在1996年的开创性的首次指出：如果用于描述具有N副发射天线与M副接收天线的无线链路的M×N信道矩阵的元素是完全独立衰落的，则该系统的容量随最小天线数目线性增长，而不是采用智能天线下的对数增长。
由于通信设备大小、硬件和功耗等的限制，并不能非常方便地部署符合MIMO要求的多天线，对于地面接收机及手持机来说，情况同样不容乐观。正是鉴于MIMO技术在实际应用中面临的这种困境，协同通信的概念应运而生。协同通信是通过单天线用户终端相互作为中继、共享天线，产生类似于多天线发送的虚拟环境，能有效实现多天线分集。协同分集的思想源于中继通信。但协作分集并非简易的中继问题，其通信机制非常复杂。协同分集的过程分为两个步骤：首先，源节点以广播形式发送信号，所有中继节点和目的节点接收信号，并且中继节点用相关方法处理接收到的信号，为下一步做准备；然后，中继节点将处理好的信号传送给目的节点，同时源节点也可以向目的节点发送新的信息或重复的信息，最后目的节点合并上面两步接收到的信号，作为一种分布式的虚拟多天线传输技术，协同通信融合了分集技术与中继传输技术的优势。协同分集就是用户借助其合作伙伴的天线，与自身天线共同构造多发射天线，以获得空间分集增益。采用协同分集可以使用户资源得到充分利用。只要协作方案设计合理，可以做到增益远大于付出的代价。协作分集可以使整个信道的资源得到更有效的利用，使传输性能更好。
目前相关的文献和研究提出了一些编码协同方面的成果，但它们均未提及将其文章、研究成果应用于卫星定位系统中。
发明内容
针对全球定位系统的卫星有效载荷功率受限的缺点，为避免由于大幅增大发射功率抗干扰而缩短定位卫星寿命的问题，本发明提供一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，该方法将同一轨道上的相邻卫星编为星对，实现相邻卫星导航信息共享的协同分集。
现将本发明构思及技术解决方案叙述如下：
本发明的基本构思是，根据卫星定位系统设计基于Alamouti码的空时协同分集定位方案和MIMO-扩频的空间分集编码；如果将全球卫星定位系统与一个所有节点均具有传输能力的无线传感器网络等同起来，则编码协同方面的成果将对卫星协同定位技术研究产生促进作用。
本发明一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，具体包括以下步骤：
步骤1：基于Alamouti码的空时协同分集定位，将同一轨道上的相邻卫星编为星对，实现相邻卫星协同分集；
步骤1.1：假设初始工作状态正常，接收机运行在常规定位模式，一旦下行信号遭遇强干扰，无法解析导航电文，接收机可向信关站发送启动协同定位模式申请；
步骤1.2：当信关站接收到申请后，信关站选择2个星对向干扰区域发送协同定位信号，信关站可以事先估算出卫星1到用户终端和卫星2到用户终端两条传输路径的信道特性，信关站首先将每个星对中的两份导航电文发送给该星对的两颗卫星；
步骤1.3：当卫星收到该信号后，两颗卫星分别按发射分集方案将各自接收到的信号经空时编码处理后发给目的用户终端；在这一过程中，两卫星的用户下行链路信号按照MIMO-扩频的空间分集编码方式进行编码处理，卫星1和卫星2分别相当于MIMO系统中的两个发射天线；由于用户终端已对定位信号进行了捕获，故假设由两颗卫星共同发送的空时编码电文可以同时被用户终端检测；
步骤1.4：当用户接收到信号后，用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进行处理，用户终端即可恢复出发送的导航电文，通信协议见表1；
表1 协同分集传输协议
步骤2：在MIMO-直接序列扩频方法多码模型的基础上设计针对卫星定位系统的协同分集MIMO-扩频的空间分集编码：
步骤2.1：对于频率平坦信道，发送端未知信道状态信息，设计简单的分集策略；发送端能够用不同的正交扩频码在MT个天线上传输相同的符号；假设有MT个正交扩频码，即在接收端相关器所得到的第j个扩频码的输出是
其中yi是某一接收终端的接收信号；Es是在一个符号周期中每一符号上发送端上可用的平均能量，Hj是信道矩阵，s是信道矩阵的输入信号，nj是第j条路径的信道噪声；
步骤2.2：接收端从不同的发射天线中分离出到达的信号，并用最大比合并将它们合并；在卫星定位系统中，用户下行链路为典型多径衰落信道，故针对Rayleigh衰落信道展开，MIMO-扩频空间分集编码策略采用的是Alamouti码；
步骤2.3：建立MIMO-扩频空间分集编码策略，具体包括：
步骤2.3.1：假设MT＝2(卫星数)，MR＝1(用户终端数)，两个正交扩频码c1和c2:用于传输并且两份导航电文s1和s2是在一个周期内用Alamouti策略传输；
步骤2.3.2：符号s1和s2是由扩频码c1扩频并分别由卫星1和2发送；同时-s2*和s1*是由扩频码c2扩频并分别由卫星1和2发送；
步骤2.3.3：假设在时延0和1Tchip(码片周期)时每个SISO组成信道有两个抽头，每个抽头上有相等的平均功率；可以既获取路径即频率分集，又可获取空间分集；在接收端接收到的信号分别在时延0和1与每个扩频码相关；
步骤2.3.4：假设扩频码是正交的，并有最优的自相关和互相关特性；因此，在每个时延就没有来自其他时延(路径)的自干扰和互干扰，其中，对应于扩频码c1，在时延0和1相关器的输出y10和y11分别满足:
其中hi[l]代表在发送天线i和接收天线之间的采样(以码片速率)信道脉冲响应，n1是噪声向量。类似地，对应于扩频码2在接收端的相关器的输出满足
本发明进一步提供一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，其特征在于：步骤1.4中所述的用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进行处理，具体过程如下：
步骤1.4.1：用户端收到这些信号后，用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进行处理，先用最大比合并将接收信号合并，然后通过解扩方法得到解扩后的信号，最后利用Alamouti译码方法得到导航电文：
其中：zi是解扩后的信号，是解扩后的噪声，假设是独立同分布，即给定MT且L个在时间和空间中独立同分布衰落的等功率抽头，连同Alamouti策略一起使用的MIMO-SS(spread spectrum)获取完全的2L重数的分集；
步骤1.4.2：扩频码在实际中不会有完全的自相关和互相关特性，从而导致径间和码间干扰，并且导致信噪比损失；同样地，协作多点的分布特性造成的不相等的路径功率损耗(在本发明的场景中不能忽略)或相关性将带来分集损失，当采用单码和多码操作时差异尤为明显(如图4所示)，其数学推导见步骤1.4.3。
步骤1.4.3：假定两个不同的编码序列S和分别由两个输入信号(s1,s2)和产生，其中码字差别矩阵B分别为
单码：
多码：
公式中Ks为码长。由于编码矩阵的行是正交的，因此码字差别矩阵也是正交的。码字距离矩阵A可以表示为
单码：
多码：
由码字距离矩阵A可以推导慢瑞利衰落信道上的扩频空时编码系统差错概率，其成对差错概率可以表示为
为码字之间的最小平方欧氏距离：
单码：
多码：
公式中θ是信号调制角度。
步骤1.4.4：根据上述分析，将信号功率的不平衡特性主要赋予扩频码的幅度，由成对差错概率与最小平方欧氏距离的关系可见，多码系统的成对差错概率在路径损耗不平衡(c1>>c2)的情况下将大幅小于单码系统，因此，本发明的空时扩频编码采用多码扩频进行。
本发明同现有技术相比的优越性在于：在不增大定位信号发射功率的情况下提高信号增益，从而在保障抗干扰能力的前提下有效延长卫星寿命；相邻卫星协同分集紧密结合定位卫星星座特点，在不改变空间段结构功能和增加卫星额外负担的情况下提高定位信号的鲁棒性。
附图说明
图1：两卫星协同分集定位系统模型示意图
图2：多码MIMO扩频框图
图3：Rayleigh衰落信道中的误码性能曲线
图4：单码与多码的误码率性能比较
图5：协同分集定位工作流程图
具体实施方式
下面结合附图对发明方法的具体实施方式做进一步说明。
参见图1：图1是具体的协同分集传输系统模型。在地面某一固定区域，通常同步轨道卫星任意时刻可见，中轨道卫星平均十几分钟可见，因此实现较大规模的协同分集较为困难。为了便于实现，可将同一轨道上的相邻卫星编为星对，实现双星协同分集，传输协议如表1所示。当初始工作状态由正常转为不正常时，此时卫星下行信号遭遇强干扰，用户接收机在常规定位模式条件下不能够接收到导航信号，无法解析导航电文。在此状态下，接收机向信关站发送启动协同定位模式申请。信关站收到申请后，信关站控制中心选择两个(或多个)星对向干扰区域发送协同定位信号。
参见图2：信号的编码与解码过程信关站先估算出卫星1到用户终端和卫星2到用户终端两条传输路径的信道特性，然后将每个星对的两份导航电文分别发送给该星对的两颗卫星。卫星收到该信号后将接收到的信号进行MIMO-扩频空间分集编码后再通过卫星下行链路将编码信号发送给目的用户终端。用户终端对编码信号进行捕获后，由该卫星对共同发送的空时编码电文即可同时被用户终端检测。用户接收终端按照空时编码的检测方法对接收到的信号进行解码后即可恢复出发送的导航电文。见图2-多码MIMO扩频示意图。
参见图5：本发明一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法的具体流程图
实施例：基于Alamouti码的空时协同分集定位，针对用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进行处理的(即步骤1.4)仿真实例
本仿真实例采用matlab对BPSK(Binary Phase Shift Keying)调制、基于Alamouti码的空时协同分集定位信号在Rayleigh信道中的性能进行了仿真。仿真中假设帧长为1500个符号；信道衰落在10帧内保持不变，每10帧之间独立变化；各协同卫星的总发射功率相同，接收机为单天线接收。
参见图3：给出了Rayleigh信道中空时协同分集系统的误码性能仿真曲线。从图3中的曲线可以看出，在同样的信道环境中，Alamouti码检测系统性能远优于传统单天线BPSK系统的；在低信噪比区，Alamouti码协同系统的性能接近Alamouti码检测系统的，优于单天线BPSK系统的；而在高信噪比区，Alamouti码协同系统的性能存在一定的地板效应，较Alamouti码检测系统略差。由此可见，如果我们适当地改进导航电文的结构和传输方式，在可接受的信噪比区内，完全可以通过协同的方法获得远优于传统单天线BPSK扩频系统性能。相邻卫星协同导航电文传输结构还将面对新的问题。常规MIMO和地面多点协作传输系统接收天线收到的信号都是等功率的，由于距离不同引起的传输损耗差异大都可被忽略。而卫星定位系统下行信号传输距离高达20000km以上，两颗卫星下行信号传输距离差可高达4000km，累计传输损耗差异超过30dB。在空时协同信号同步已被捕获的前提下，信号接收功率的不平衡将使系统性能大幅下降。对此，有必要对不同的扩频码工作方式的抗接收功率失衡特性进行仿真对比。
参见图4：给出了Rayleigh信道中空时协同分集系统采用单码和多码的误码性能仿真曲线。从图中曲线可以看出，在同样的相邻卫星协同分集信道环境中，多码扩频性能远优于单码扩频；当两径接收功率差在10dB以上时，单码扩频完全不能工作；当两径接收功率差在40dB以上时，多码扩频仍具有较低的误码率；单码扩频只有在两条路径长度相差不远的情况下才有意义，而多码扩频则携带了额外的增益，非常适宜本专利提出的相邻卫星协同定位的场合。
Claims (3)
1.一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，其特征在于：根据卫星定位系统设计基于Alamouti码的空时协同分集定位方案和MIMO-扩频的空间分集编码；具体包括以下步骤：
步骤1：基于Alamouti码的空时协同分集定位，将同一轨道上的相邻卫星编为星对，实现相邻卫星协同分集；
步骤1.1：假设初始工作状态正常，接收机运行在常规定位模式，一旦下行信号遭遇强干扰，无法解析导航电文，接收机可向信关站发送启动协同定位模式申请；
步骤1.2：当信关站接收到申请后，信关站选择2个星对向干扰区域发送协同定位信号，信关站可以事先估算出卫星1到用户终端和卫星2到用户终端两条传输路径的信道特性，信关站首先将每个星对中的两份导航电文发送给该星对的两颗卫星；
步骤1.3：当卫星收到该信号后，两颗卫星分别按发射分集方案将各自接收到的信号经空时编码处理后发给目的用户终端；在这一过程中，两卫星的用户下行链路信号按照MIMO-扩频的空间分集编码方式进行编码处理，卫星1和卫星2分别相当于MIMO系统中的两个发射天线；由于用户终端已对定位信号进行了捕获，故假设由两颗卫星共同发送的空时编码电文可以同时被用户终端检测；
步骤1.4：当用户接收到信号后，用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进行处理，用户终端即可恢复出发送的导航电文，通信协议见表1；
表1 协同分集传输协议
步骤2：在MIMO-直接序列扩频方法多码模型的基础上设计针对卫星定位系统的协同分集MIMO-扩频的空间分集编码：
步骤2.1：对于频率平坦信道，发送端未知信道状态信息，设计简单的分集策略；发送端能够用不同的正交扩频码在MT个天线上传输相同的符号；假设有MT个正交扩频码，即在接收端相关器所得到的第j个扩频码的输出是
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其中yi是某一接收终端的接收信号；Es是在一个符号周期中每一符号上发送端上可用的平均能量，Hj是信道矩阵，s是信道矩阵的输入信号，nj是第j条路径的信道噪声；
步骤2.2：接收端从不同的发射天线中分离出到达的信号，并用最大比合并将它们合并；在卫星定位系统中，用户下行链路为典型多径衰落信道，故针对Rayleigh衰落信道展开，MIMO-扩频空间分集编码策略采用的是Alamouti码；
步骤2.3：建立MIMO-扩频空间分集编码策略。
2.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，其特征在于：步骤1.4中所述的用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进行处理，具体过程如下：
步骤1.4.1：用户端收到这些信号后，用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进行处理，先用最大比合并将接收信号合并，然后通过解扩方法得到解扩后的信号，最后利用Alamouti译码方法得到导航电文：
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其中：zi是解扩后的信号，是解扩后的噪声，假设是独立同分布，即给定MT且L个在时间和空间中独立同分布衰落的等功率抽头，连同Alamouti策略一起使用的MIMO-扩频获取完全的2L重数的分集；
步骤1.4.2：扩频码在实际中不会有完全的自相关和互相关特性，从而导致径间和码间干扰，并且导致信噪比损失；同样地，协作多点的分布特性造成的不相等的路径功率损耗或相关性造成的分集损失在场景中不能忽略，当采用单码和多码操作时差异尤为明显，其数学推导见步骤1.4.3；
步骤1.4.3：假定两个不同的编码序列S和分别由两个输入信号(s1,s2)和产生，其中码字差别矩阵B分别为
单码：
多码：
公式中Ks为码长，由于编码矩阵的行是正交的，因此码字差别矩阵也是正交的，码字距离矩阵A可以表示为
单码：
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由码字距离矩阵A可以推导慢瑞利衰落信道上的扩频空时编码系统差错概率，其成对差错概率可以表示为
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单码：
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公式中θ是信号调制角度；
步骤1.4.4：将信号功率的不平衡特性主要赋予扩频码的幅度，由成对差错概率与最小平方欧氏距离的关系可见，多码系统的成对差错概率在路径损耗不平衡，即c1>>c2的情况下将大幅小于单码系统，因此，空时扩频编码采用多码扩频进行。
3.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，其特征在于：步骤2.3中建立MIMO-扩频空间分集编码策略的具体过程如下：
步骤2.3.1：假设卫星数MT＝2，用户终端数MR＝1，两个正交扩频码c1和c2:用于传输并且两份导航电文s1和s2是在一个周期内用Alamouti策略传输；
步骤2.3.2：符号s1和s2是由扩频码c1扩频并分别由卫星1和2发送；同时-s2*和s1*是由扩频码c2扩频并分别由卫星1和2发送；
步骤2.3.3：假设在时延0和1个码片周期时每个SISO组成信道有两个抽头，每个抽头上有相等的平均功率；可以既获取路径即频率分集，又可获取空间分集；在接收端接收到的信号分别在时延0和1与每个扩频码相关；
步骤2.3.4：假设扩频码是正交的，并有最优的自相关和互相关特性；因此，在每个时延就没有来自其他路径的自干扰和互干扰，其中，对应于扩频码c1，在时延0和1相关器的输出y10和y11分别满足:
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其中hi[l]代表在发送天线i和接收天线之间的以码片速率采样的信道脉冲响应，n1是噪声向量，类似地，对应于扩频码2在接收端的相关器的输出满足
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN101834649A (zh) * | 2010-04-19 | 2010-09-15 | 南京邮电大学 | 用于多天线协作通信系统中的随机数据联合检测方法 |
| KR101400880B1 (ko) * | 2012-12-12 | 2014-05-29 | 세종대학교산학협력단 | 하이브리드 ｍｉｍｏ－협력 통신 시스템을 이용한 신호 전송 방법 및 그 신호 전송 장치 |
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| "GEO卫星通信中空时协同编码技术研究";马素双;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20140815(第08期);摘要、第2.2，2.3.3，3.2，3.3节 * |
| "协作通信在短波组网中的应用";李弘扬;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20110815(第08期);第3.4.1节 * |
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