CN106941386B - 基于高动态pcm/fm信号模型的信号传输方法及信号模型模拟方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种基于高动态PCM/FM信号模型的信号传输方法及信号模型模拟方法,属于航天测控通信、遥控遥测、卫星通信技术领域。
背景技术
PCM/FM信号体制具有很强的抗噪声、抗多径衰落、抗相位干扰等能力;此外还具有发射效率高、格式灵活多变、易于在收发端进行数据加工和处理等优点,并且与数字技术及大规模集成技术的飞速发展相适应,还能直接与计算机终端连接进行数据处理和管理控制,因此PCM/FM信号体制被广泛应用。无论是航天测控通信、遥控遥测还是卫星通信领域,PCM/FM接收机均工作在高动态环境下。为了测试和验证接收机对多普勒效应的处理能力,研制可以为其提供高动态仿真环境的PCM/FM信号模拟器具有十分重要的意义。
当前研究主要集中在对PCM/FM信号调制方法的研究,对高动态环境下PCM/FM信号的模拟较少。在需要模拟高动态PCM/FM信号时,均是直接给出信号模型,没有考虑基带数据信号动态对PCM/FM信号动态模拟的影响,致使信号模拟精度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高动态PCM/FM信号模型的信号传输方法及信号模型模拟方法,该方法所基于的PCM/FM信号模型,考虑PCM/FM基带数据信号的动态所引起的载波相位变化,提高了信号模拟精度,适用于高动态环境下信号的传输。
实现本发明的技术方案如下:
一种基于高动态PCM/FM信号模型的信号传输方法,具体过程为:
首先,根据高动态PCM/FM信号模型,生成高动态PCM/FM信号S(t);
其中,A为信号幅度,fr为发射频率,Kf为调制常数,m′(t)为基带信号,v(t)为信号源相对接收机的径向运动速度,c为光速;
其次,输出所述高动态PCM/FM信号,实现信号的传输。
一种高动态PCM/FM信号模型的模拟方法,具体过程为:
(一)分别计算调频相位pFM和载波相位pc;
所述调频相位pFM的计算过程为:
(1)根据数据速率Rb和数据多普勒速率Rb_d(t),计算得到数据相位pb;
(2)利用数据相位pb对已存储的数据或指令序列d[n]进行关系映射,使所述序列d[n]按照数据相位pb寻址输出;
(3)将输出的序列d[n]进行滤波得到基带信号m′(t);
(4)将基带信号m′(t)乘上调频常数Kf,再加上调频多普勒频率fFM_d(t),然后进行积分得到调频相位pFM;
所述载波相位pc的计算过程为:
根据载波频率fc和载波多普勒频率fc_d(t),计算载波相位pc;
(二)将调频相位pFM和载波相位pc相加,然后经过余弦映射得到PCM/FM信号;
S(t)=Acos[2π(pc+pFM)]。
有益效果
第一,本发明考虑了由基带数据信号动态引起的载波相位变化,给出了高精度高动态PCM/FM信号模型,利用该模型生成PCM/FM信号作为载波,实现了高精度的信号传输。
第二,本发明提出高动态PCM/FM信号模型的模拟方法,利用该方法相对于常规模拟方法,提高了信号模拟精度,为高动态环境下PCM/FM接收机性能的精确验证提供了基础。
附图说明
图1为信号源与接收机之间的运动示意图;
图2为PCM/FM信号模型流程示意图;
图3为数据相位与数据或指令序列关系映射示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
高动态PCM/FM信号的推导过程:
设PCM/FM信号表示为:
其中,A为幅度,fr为发射频率,Kf为调制常数,m(t)为基带信号。
如图1所示为信号源与接收机相对运动示意图。设径向运动速度为v(t),距离为d(t),接收机任意前后两次采样时刻分别为t1与t2,t1<t2。接收机采样时刻对应距离分别为d(t1)与d(t2)、瞬时相对运动速度分别为v(t1)与v(t2);采样时刻对应信号源信号发射时刻为t1-d(t1)/c与t2-d(t2)/c,其中c为光速。
令时间t2趋近于t1,则接收机在t1时刻接收到信号的瞬时频率f(t1)为:
由于时间t1的任意性,可以用t来代替,所以接收机在任意时刻接收到信号的瞬时频率f(t)为:
其中,基带信号m(t)可以表示为:
其中,d[n]∈{-1,1},n∈Z为数据序列,数据长度为Ts=1/Rb,Rb为数据速率,h(t)为平方根升余弦滚降成型滤波结构的冲击响应,T0为采样周期,δ(t)为单位冲击信号。
发射端基带信号m(t)是数据相位ψ(t)的函数:
m(t)=m[ψ(t)] (7)
其中ψ(t)=Rbt。设接收端基带信号m′(t),对应的数据相位为ψ′,则有:
其中,R′b(t)是相位ψ′(t)的数据速率,所以:
因此可以得到以下结论:
(1)接收机接收到PCM/FM信号的瞬时频率为:
(2)接收机接收到的基带数据信号m′(t)的瞬时频率为:
若已知载波多普勒频率的变化规律,利用公式(10)和公式(11)就可得到高动态PCM/FM信号模型,其信号格式为:
其中,fc_d(t)为载波多普勒频率,fFM_d(t)为调频多普勒频率,pc为载波相位、pFM为调频相位,可表示为:
对于基带数据信号m′(t)的相位pb为:
本发明所述高动态是指卫星相对地面站高速运行所导致的。
基于以上理论推导,本发明提供一种高动态PCM/FM信号模型的模拟方法,如图2所示,具体处理流程为:
(一)分别计算调频相位pFM和载波相位pc;
调频相位pFM的计算过程为:
(1)数据速率Rb和数据多普勒速率Rb_d(t)输入数据相位生成模块,按照公式(17)处理,得到数据相位pb;
(2)利用数据相位pb对已存储的数据或指令序列d[n]进行关系映射,使所述序列d[n]按照数据相位pb寻址输出;该步骤可以通过将数据序列存储在ROM、RAM等器件中实现。
例如需要传输遥控指令,则将遥控指令序列存储在ROM或RAM,然后进行关系映射后输出;例如需要传输遥测数据,则将遥测数据存储在ROM或RAM,然后进行关系映射后输出。
(3)将输出的序列d[n]经成型滤波得到滤波后的基带数据信号m′(t);
(4)将滤波后的基带数据信号m′(t)乘上调频常数Kf,加上调频多普勒频率fFM_d(t),最后经过积分器得到调频相位pFM,如式(16)所示;
载波相位pc的计算过程为:将载波频率fc和载波多普勒频率fc_d(t)输入载波相位生成模块,按照公式(15)处理,得到载波相位pc;
(二)将调频相位pFM和载波相位pc相加,然后经过余弦映射得到PCM/FM信号。
S(t)=Acos[2π(pc+pFM)]。
该步骤可以通过将正弦值存储在ROM或RAM等器件中实现。
本发明还提供一种基于高动态PCM/FM信号模型的信号传输方法,具体过程为:
首先,根据高动态PCM/FM信号模型,生成PCM/FM信号;
其中,A为信号幅度,fr为发射频率,Kf为调制常数,m′(t)为基带信号,v(t)为信号源相对接收机的径向运动速度,c为光速,τ与t的定义域相同;
其次,输出所述高动态PCM/FM信号,实现信号的传输。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
2.一种高动态PCM/FM信号模型的模拟方法,其特征在于,具体过程为:
(一)分别计算调频相位pFM和载波相位pc;
所述调频相位pFM的计算过程为:
(1)根据数据速率Rb和数据多普勒速率Rb_d(t),计算得到数据相位pb;
(2)利用数据相位pb对已存储的数据或指令序列d[n]进行关系映射,使所述序列d[n]按照数据相位pb寻址输出;
(3)将输出的序列d[n]进行滤波得到基带信号m'(t);
(4)将基带信号m'(t)乘上调频常数Kf,再加上调频多普勒频率fFM_d(t),然后进行积分得到调频相位pFM;
所述载波相位pc的计算过程为:
根据载波频率fc和载波多普勒频率fc_d(t),计算载波相位pc;
(二)将调频相位pFM和载波相位pc相加,然后经过余弦映射得到PCM/FM信号;
S(t)=Acos[2π(pc+pFM)]。
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