CN107026674A - 一种th/ds‑cdma导航信号的跳时图案匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TH/DS‑CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其步骤为：S1：计算当前突发CDMA信号捕获成功的峰值与前一次突发CDMA信号捕获成功的峰值之间的间隔；S2：通过峰值间隔计算两次突发CDMA信号之间的时隙间隔，查找本地跳时序列中两个正电平之间的时隙间隔与上述成功捕获CDMA信号得到的时隙间隔相等的所有相位值；S3：根据查找到的相位值确定当前接收信号所在子帧帧号的解集；S4：不断捕获突发CDMA信号，进行上述搜索过程，直至当前接收信号所在子帧帧号的解集基数为1。本发明具有原理简单、可容忍突发CDMA信号检测漏警能力、提高脉冲跳时序列同步速度等优点。

Description

一种TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法
技术领域
本发明主要涉及到卫星导航定位领域，特指一种TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法。
背景技术
随着信息社会的不断发展，人们对于导航定位的需求日益增大。精确的导航定位信息，不仅在关系到国计民生的国防安全和远程航海等领域意义重大，在人们日常的生产生活中，也扮演着越来越重要的角色。卫星导航系统具有覆盖范围广、全天候全天时、精度高、应用便捷、用户数量无限制等优点，已成为世界范围内首选的定位导航授时手段。在室内、“城市峡谷”等特殊环境下时，由于GNSS信号微弱，建筑物的遮挡或阻塞使得卫星导航信号衰减过大，甚至完全阻断，使得卫星定位接收机无法捕获与跟踪到卫星信号。尽管GNSS用途十分广泛，卫星导航最基本的挑战依然存在—在可见卫星少于4颗的“困难区域”无法提供高精度定位。另外，GNSS卫星距离地面超过20000公里，信号到地面的强度会衰减至只有-160dBW甚至更低，致使其抗干扰能力异常脆弱，8瓦的单音调制干扰机对P(Y)码的干扰距离超过80公里。
伪卫星、Locata等地基导航系统为上述卫星定位系统所面临的问题提供了较好的解决方案。但地基导航系统需要考虑到远近效应的问题，脉冲调制技术可以有效缓解远近效应，即导航系统的每个发射器仅在特定脉冲时隙跳时发送导航信号，其他时间保持静默，且整网的时隙分配伪随机化，如图1所示。Locata一个TDMA子帧包括10个时隙，整个超帧的周期为200ms。RTCM的附属委员会SC-104定义了一种GPS脉冲伪卫星的TDMA方案，所规定的脉冲持续时间为C/A码码周期的1/11，每个脉冲对应于93个码片，整个TDMA跳时图案的周期为200ms。这种跳时体制的导航信号称为跳时直接序列码分多址(Time-Hopping/DirectSequence Code Division Multiple Access，TH/DS-CDMA)信号。图2示出了TH/DS-CDMA信号的示意图，TH/DS-CDMA信号由伪码、脉冲跳时序列、载波三部分组成，可以表示为：s(t)＝p(t)c(t)sin(2πft+θ)，其中p(t)为为跳时序列，c(t)为扩频码，f表示载波频率，θ为载波初始相位。
传统的DS-CDMA导航接收机通过捕获过程完成对导航信号的载波频率从和码相位的粗略估计，使本地复制信号与接收信号之间的差异满足跟踪环路的牵入范围，接收机初始化跟踪环路后可以跟踪信号。但是TH/DS-CDMA导航信号的CDMA信号是突发的，接收机完成载波频率从和码相位的粗略估计后在转入跟踪之前，必须进行跳时图案匹配。所谓跳时图案匹配是指使本地复制跳时序列信号与接收信号的跳时序列信号进行粗同步，使接收机在后续的跟踪过程可以在该发射器的使能时隙内进行载波剥离、伪码剥离等一系列跟踪操作。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、具有容忍突发CDMA信号检测漏警能力、提高脉冲跳时序列同步速度的TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其步骤为：
S1：计算当前突发CDMA信号捕获成功的峰值与前一次突发CDMA信号捕获成功的峰值之间的间隔；
S2：通过峰值间隔计算两次突发CDMA信号之间的时隙间隔，查找本地跳时序列中两个正电平之间的时隙间隔与上述成功捕获CDMA信号得到的时隙间隔相等的所有相位值；
S3：根据查找到的相位值确定当前接收信号所在子帧帧号的解集；
S4：不断捕获突发CDMA信号，进行上述搜索过程，直至当前接收信号所在子帧帧号的解集基数为1。
作为本发明的进一步改进：在上述过程中，TDMA结构中的一个超帧的子帧数为Nf，每帧中包括Ns个时隙，记脉冲跳时序列为slot，序列长度为Nslot＝Nf·Ns，此序列中元素为单极性码，“1”代表突发CDMA信号使能的正电平，“0”代表失能；将序列slot中所有码元为1的元素的序号按从小到大的顺序排列生成新的序列sloten，sloten中元素即为突发CDMA信号的使能时隙数，序列sloten的长度即为Nf，两个相邻突发CDMA信号之间的时隙跳数为：
作为本发明的进一步改进：在上述过程中，接收机出现漏警时，接收机前后两次捕获的突发CDMA信号所在子帧帧号并不连续，设实际的帧号之差为nf，两次捕获突发CDMA信号之间时隙间隔由nf个时隙跳数hop(k)构成，即 为前一次捕获成功的突发CDMA信号所在子帧的帧号，为当前突发CDMA信号所在子帧的帧号。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S1中，计算当前成功捕获的峰值与前一次成功捕获的峰值之间的间隔，通过峰值间隔计算两次突发CDMA信号之间的时隙间隔hn，n＝1,2,3…；当前可能帧号的解集F清零，F的基数c清零，搜索次数s设置为1。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S2和S3中，判断是否为正电平“1”，代表取余运算，即判断第Fpre(s)帧后面的第hn个时隙是否为使能时隙，若满足条件，当前可能帧号解集基数c自加1，令F(c)等于对应的帧号。
作为本发明的进一步改进：在上述步骤中，搜索次数s自加1，如果s大于cpre，完成此轮搜索，更新前一次可能帧号与其基数，cpre＝c，Fpre＝F，进入接下来的步骤，否则返回。
作为本发明的进一步改进：在上述步骤中，判断当前可能帧号的解集基数c是否为1，c＝1代表图案匹配成功，退出图案匹配搜索，否则返回步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，原理简单、易推广和应用，其具有容忍突发CDMA信号检测漏警的能力，大大提高了脉冲跳时序列的同步速度。
附图说明
图1是新体制导航信号TDMA结构原理示意图。
图2是TH/DS-CDMA信号的原理示意图。
图3是本发明方法的流程示意图。
图4是本发明在具体应用实例中相邻突发CDMA信号之间的时隙跳数的示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图3所示，本发明的一种TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其步骤为：
S1：计算当前突发CDMA信号捕获成功的峰值与前一次突发CDMA信号捕获成功的峰值之间的间隔；
S2：通过峰值间隔计算两次突发CDMA信号之间的时隙间隔，查找本地跳时序列中两个正电平之间的时隙间隔与上述成功捕获CDMA信号得到的时隙间隔相等的所有相位值；
S3：根据查找到的相位值确定当前接收信号所在子帧帧号的解集；
S4：不断捕获突发CDMA信号，进行上述搜索过程，直至当前接收信号所在子帧帧号的解集基数为1。
假设TDMA结构中的一个超帧的子帧数为Nf，每帧中包括Ns个时隙，记脉冲跳时序列为slot，序列长度为Nslot＝Nf·Ns，此序列中元素为单极性码，“1”代表突发CDMA信号使能的正电平，“0”代表失能。将序列slot中所有码元为1的元素的序号按从小到大的顺序排列生成新的序列sloten，sloten中元素即为突发CDMA信号的使能时隙数，序列sloten的长度即为Nf，两个相邻突发CDMA信号之间的时隙跳数为：
由于接收机可能出现漏警，接收机前后两次捕获的突发CDMA信号所在子帧帧号可能并不连续，设实际的帧号之差为nf，两次捕获突发CDMA信号之间时隙间隔可能由nf个时隙跳数hop(k)构成，即 为前一次捕获成功的突发CDMA信号所在子帧的帧号，为当前突发CDMA信号所在子帧的帧号。
本发明的跳时图案匹配方法在具体应用实例中，结合图3，设定Fpre表示前一次匹配搜索得到的可能帧号，简记为前一次可能帧号，为cpre表示解集Fpre的基数。未完成两次捕获突发CDMA信号时，无法确定当前帧号，初始化时Fpre＝{1,2,…Nf}，cpre＝Nf。令F表示当前搜索过程中生成的可能帧号，简记为当前可能帧号，c表示解集F的基数，详细步骤为：
S100：计算当前成功捕获的峰值与前一次成功捕获的峰值之间的间隔，通过峰值间隔计算两次突发CDMA信号之间的时隙间隔hn，n＝1,2,3…；
S200：当前可能帧号的解集F清零，F的基数c清零，搜索次数s设置为1；
S300：判断是否为正电平“1”，代表取余运算，即判断第Fpre(s)帧后面的第hn个时隙是否为使能时隙，若满足条件，当前可能帧号解集基数c自加1，令F(c)等于对应的帧号；
S400：搜索次数s自加1，如果s大于cpre，完成此轮搜索，更新前一次可能帧号与其基数，cpre＝c，Fpre＝F，进入步骤S400，否则回到步骤S300。
S500：判断当前可能帧号的解集基数c是否为1，c＝1代表图案匹配成功，退出图案匹配搜索，否则回到步骤S100。
下面结合一个具体应用实例，进一步阐述本发明，在该实施例中，选取TDMA结构中的帧数为Nf＝50，每帧的时隙个数为Ns＝10，使能时隙序列sloten
表1使能时隙序列表
帧号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
01-10 1 17 24 38 42 55 66 79 85 92
11-20 101 118 121 133 142 156 170 179 183 194
21-30 203 212 230 234 246 258 266 274 287 297
31-40 304 319 330 332 349 354 361 375 384 399
41-50 408 416 425 433 443 457 463 479 481 498
两个相邻突发CDMA信号之间的时隙跳数为：
相邻突发CDMA信号之间的时隙跳数hop(k)的说明图如图4所示，使能时隙序列sloten的第一个元素为1，第二元素为17，则hop(1)＝16，依次类推，hop(2)＝7，hop(3)＝14，…，hop(50)＝3。
在具体应用实例中，将跳时图案匹配分为突发CDMA信号捕获过程中无漏警和突发CDMA信号捕获过程中有漏警两种情况，下面对这两种情况下跳时图案匹配的实现过程进行说明。
(1)无漏警情况：若第一次与第二次捕获突发CDMA信号之间的时隙间隔为h1＝16，根据跳时图案匹配算法得到的当前可能帧号的解集F＝{2,11,25,28,48}，其中，帧号之差nf＝1的可能帧号为{2,48}，帧号之差nf＝2的可能帧号为{11,25,28}。若第二次与第三次捕获突发CDMA信号之间的时隙间隔为h2＝7，当前可能帧号的解集F＝{3}，与表1相符，跳时图案匹配成功。
(2)有漏警情况：若第一次与第二次捕获突发CDMA信号之间的时隙间隔为h1＝13，根据跳时图案匹配算法得到的当前可能帧号的解集F＝{6,8,10,19,29,34}，其中，帧号之差nf＝1的可能帧号为,{6,8,29}，帧号之差nf＝2的可能帧号为{10,19,34}。若第二次与第三次捕获突发CDMA信号之间的时隙间隔为h2＝11，当前可能帧号的解集F＝{7,20}，两个帧号之差nf都为1。若第三次与第四次捕获突发CDMA信号之间的时隙间隔为h3＝9，当前可能帧号的解集F＝{21}，与表1相符，跳时图案匹配成功。
另外指出，上述实施例中仅测试了捕获过程中一次漏警的情况，本申请的跳时图案匹配方法可以允许多次漏警。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其特征在于，步骤为：
S1：计算当前突发CDMA信号捕获成功的峰值与前一次突发CDMA信号捕获成功的峰值之间的间隔；
S2：通过峰值间隔计算两次突发CDMA信号之间的时隙间隔，查找本地跳时序列中两个正电平之间的时隙间隔与上述成功捕获CDMA信号得到的时隙间隔相等的所有相位值；
S3：根据查找到的相位值确定当前接收信号所在子帧帧号的解集；
S4：不断捕获突发CDMA信号，进行上述搜索过程，直至当前接收信号所在子帧帧号的解集基数为1。
2.根据权利要求1所述的TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其特征在于，在上述过程中，TDMA结构中的一个超帧的子帧数为Nf，每帧中包括Ns个时隙，记脉冲跳时序列为slot，序列长度为Nslot＝Nf·Ns，此序列中元素为单极性码，“1”代表突发CDMA信号使能的正电平，“0”代表失能；将序列slot中所有码元为1的元素的序号按从小到大的顺序排列生成新的序列sloten，sloten中元素即为突发CDMA信号的使能时隙数，序列sloten的长度即为Nf，两个相邻突发CDMA信号之间的时隙跳数为：
3.根据权利要求1所述的TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其特征在于，在上述过程中，接收机出现漏警时，接收机前后两次捕获的突发CDMA信号所在子帧帧号并不连续，设实际的帧号之差为nf，两次捕获突发CDMA信号之间时隙间隔由nf个时隙跳数hop(k)构成，即 为前一次捕获成功的突发CDMA信号所在子帧的帧号，为当前突发CDMA信号所在子帧的帧号。
4.根据权利要求1或2或3所述的TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其特征在于，在所述步骤S1中，计算当前成功捕获的峰值与前一次成功捕获的峰值之间的间隔，通过峰值间隔计算两次突发CDMA信号之间的时隙间隔hn，n＝1,2,3…；当前可能帧号的解集F清零，F的基数c清零，搜索次数s设置为1。
5.根据权利要求4所述的TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其特征在于，在所述步骤S2和S3中，判断是否为正电平“1”，代表取余运算，即判断第Fpre(s)帧后面的第hn个时隙是否为使能时隙，若满足条件，当前可能帧号解集基数c自加1，令F(c)等于对应的帧号。
6.根据权利要求5所述的TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其特征在于，在上述步骤中，搜索次数s自加1，如果s大于cpre，完成此轮搜索，更新前一次可能帧号与其基数，cpre＝c，Fpre＝F，进入接下来的步骤，否则返回。
7.根据权利要求6所述的TH/DS-CDMA导航信号的跳时图案匹配方法，其特征在于，在上述步骤中，判断当前可能帧号的解集基数c是否为1，c＝1代表图案匹配成功，退出图案匹配搜索，否则返回步骤。
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