CN108897015B - 一种仿真导航卫星信号杂散抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿真导航卫星信号杂散抑制方法，该方法采用多个线性反馈移位寄存器组，产生的抖动信号不再具有单一的周期性，抖动更具噪声特性，对杂散的改善效果更加显著；将多个抖动序列添加至相位字的低位，避免抖动引入的相位噪声大于量化产生的相位误差，从而避免信号的相位分辨率恶化。

Description

一种仿真导航卫星信号杂散抑制方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，涉及一种仿真导航卫星信号杂散抑制方法。
背景技术
卫星信号模拟器根据载体动态特性、气候环境等因素对卫星信号的影响，模拟产生接收机前端接收到的卫星信号，是接收机研发、测试不可或缺的重要工具。由于牵扯到核心商业利益，国外对仿真卫星信号合成技术采取更为严格的保密措施。公开文献中可查的仿真卫星信号合成技术有数字延迟滤波器(DigitalDelayFilter)和直接数字频率合成(DirectDigitalSynthesis，DDS)两种。其中，相比于延迟滤波器技术，DDS信号合成方法控制简单、计算量大幅降低，输出带宽大，频率分辨率高，能够实现高精度的卫星信号多普勒频移仿真，且合成信号相位连续，频率控制灵活，适于周期信号的合成。然而，DDS作为一种纯数字的信号合成方式，信号杂散是其主要的劣势之一。
杂散反映在频域内是除生成信号频率之外的离散谱线。作为一种数字信号合成方法，DDS合成信号不可避免地含有因量化和截断造成的杂散。除受DAC非线性和后级模拟电路电磁兼容的影响之外，其信号杂散主要来源于以下两个方面：(1)查找表需要较大的ROM存储空间，而硬件内ROM空间有限，传统DDS信号合成方法中相位累加器输出至相位幅度查找表一般都要经过相位截断；(2)查找表内信号幅值长度有限引起相应的量化误差。
现有技术中采取的抑制杂散的方法主要为：(1)增加查找表、增大信号幅值长度来减少截断和量化误差。此种方法必然带来存储空间的级数级增长。(2)噪声成形。相位字的截断可以看做噪声加入的过程，噪声成形方法是将截断的相位字低位反馈至累加器输出端，从而形成低通滤波器滤除部分量化噪声，达到抑制杂散的目的。然而该方法通常对远低于时钟频率的信号较为有效。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种仿真导航卫星信号杂散抑制方法，该方法采用多个线性反馈移位寄存器组，在不增加存储空间的基础上，解决导航卫星信号的杂散问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种仿真导航卫星信号杂散抑制方法，包括以下步骤：
步骤1：在仿真导航卫星信号的相位字上添加抖动信号，得到处理后的相位字，该抖动信号包括多个抖动序列，每个抖动序列的周期不同；
步骤2，对处理后的相位字进行相位截断，得到幅值查找表的索引地址；将幅值查找表的索引地址输入幅值查找表中，该幅值查找表输出信号的幅值。
可选地，所述步骤1中的在仿真导航卫星信号的相位字上添加抖动信号，采用的方法如下：
在仿真导航卫星信号的相位字上由最低位向高位选取与抖动序列个数相同的位，将多个抖动序列对应添加至所选相位字的位上，得到处理后的相位字。
可选地，所述的将多个抖动序列对应添加至所选相位字的位上,采用的方法如下：
将多个抖动序列按照周期由长到短进行排序，得到排序后的抖动序列；将排序后的抖动序列与所选相位字的位按照由高到低一一对应，将多个抖动序列添加至与其对应的相位字的位上。
本发明还提供一种仿真导航卫星信号杂散抑制系统，包括相位累加器、抖动信号发生器、加法器、相位截断装置和幅值查找装置，其中，相位累加器的输出端和抖动信号发生器的输出端分别连接加法器的一个输入端，加法器的输出端连接相位截断装置的输入端，相位截断装置的输出端连接幅值查找装置的输入端；
其中，相位累加器用于输出仿真导航卫星信号的相位字；抖动信号发生器用于生成抖动信号，该抖动信号包括多个抖动序列，每个抖动序列的周期不同；加法器用于将抖动信号添加至仿真导航卫星信号的相位字上，并输出处理后的相位字；相位截断装置用于对处理后的相位字进行相位截断，得到幅值查找表的索引地址，并将幅值查找表的索引地址输入到幅值查找装置中；幅值查找装置用于根据幅值查找表的索引地址输出信号的幅值。
可选地，所述抖动信号发生器包括多个线性反馈移位寄存器组，多个线性反馈移位寄存器组具有不同的阶次；每个线性反馈移位寄存器组用于生成一个抖动序列。
可选地，所述相位累加器的输出端包括多个相位字引线，每个相位字引线输出相位字的一位；每个所述线性反馈移位寄存器组包括一个抖动序列引线，每个抖动序列引线输出一个抖动序列；多个抖动序列引线与相位字的低位对应的多个相位字引线一一对应连接。
可选地，所述多个抖动序列引线按照周期由长到短的顺序，与相位字的低位对应的多个相位字引线按照相位字的位由高到低的顺序一一对应连接。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明的方法采用的抖动信号不再具有单一的周期性，抖动更具噪声特性，对杂散的改善效果更加显著；将多个抖动序列添加至相位字的低位，避免抖动引入的相位噪声大于量化产生的相位误差，从而避免信号的相位分辨率恶化。
下面结合附图和具体实施方式对本发明的方案作进一步详细地解释和说明。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是数仿正弦信号加抖前频谱；
图3是数仿正弦信号加抖后频谱。
具体实施方式
本发明提供一种仿真导航卫星信号杂散抑制方法，包括以下步骤：
步骤1：在仿真导航卫星信号的相位字上添加抖动信号，得到处理后的相位字；该抖动信号包括多个抖动序列，每个抖动序列的周期不同；
步骤2，对处理后的相位字进行相位截断，得到幅值查找表的索引地址；将幅值查找表的索引地址作为幅值查找表的输入，幅值输出信号的幅值。
本实施例使得抖动信号不再具有单一的周期性，抖动更具噪声特性，对杂散的改善效果更加显著。
具体地，在又一实施例中，步骤1中的在仿真导航卫星信号的相位字上添加抖动信号，具体采用的方法如下：
在仿真导航卫星信号的相位字上由最低位向高位选取与抖动序列个数相同的位，将多个抖动序列对应添加至所选相位字的位上，得到处理后的相位字。
本实施例将多个抖动序列添加至相位字的低位，避免抖动引入的相位噪声大于量化产生的相位误差，从而避免信号的相位分辨率恶化。
具体地，在又一实施例中，将多个抖动序列对应添加至所选相位字的位上,具体采用的方法如下：
将多个抖动序列按照周期由长到短进行排序，得到排序后的抖动序列；将排序后的抖动序列与所选相位字的位按照由高到低一一对应，将多个抖动序列添加至与其对应的相位字的位上。即周期最长的抖动序列添加至所选相位字的位的最高位，周期最短的抖动序列添加至所选相位字的位的最低位。
本实施例减少相位字误进位概率，虽然线性反馈移位寄存器组产生的“0”、“1”比特基本相等，但单个周期内“1”始终比“0”多一个，这就造成了一定的误舍入概率。高阶次的线性反馈移位寄存器组的输出序列具有更长的周期，添加到相位字高位时造成误舍入的概率相对更小。
本发明还提供一种仿真导航卫星信号杂散抑制系统，包括相位累加器、抖动信号发生器、加法器、相位截断装置和幅值查找装置，其中，相位累加器的输出端和抖动信号发生器的输出端分别连接加法器的一个输入端，加法器的输出端连接相位截断装置的输入端，相位截断装置的输出端连接幅值查找装置的输入端。
其中，相位累加器用于输出仿真导航卫星信号的相位字；抖动信号发生器用于生成抖动信号，该抖动信号包括多个抖动序列，每个抖动序列的周期不同；加法器用于将抖动信号添加至仿真导航卫星信号的相位字上，并输出处理后的相位字；相位截断装置用于对处理后的相位字进行相位截断，得到幅值查找表的索引地址，并将幅值查找表的索引地址输入到幅值查找装置中；幅值查找装置用于根据幅值查找表的索引地址输出信号的幅值。在本实施例中，幅值查找装置采用存储器。
本实施例利用抖动信号发生器使得抖动信号不再具有单一的周期性，抖动更具噪声特性，对杂散的改善效果更加显著。
具体地，在又一实施例中，所述抖动信号发生器包括多个线性反馈移位寄存器组，多个线性反馈移位寄存器组具有不同的阶次；每个线性反馈移位寄存器组生成一个抖动序列。
本实施例使用N个不同阶次的线性反馈移位寄存器组产生的抖动序列，最多可有N*(N-1)/2个小周期，使得抖动信号不再具有单一的周期性，抖动更具噪声特性，对杂散的改善效果更加显著。
具体地，在又一实施例中，所述相位累加器的输出端包括多个相位字引线，每个相位字引线输出相位字的一位；每个所述线性反馈移位寄存器组包括一个抖动序列引线，每个抖动序列引线输出一个抖动序列；多个抖动序列引线与相位字的低位对应的多个相位字引线一一对应连接，其中，相位字的低位对应的多个相位字引线与多个抖动序列引线的个数相同，相位字的低位对应的多个相位字引线指的是由相位字的最低位向高位对应的多个相位字引线。
本实施例选取相位字的低位对应的多个相位字引线与抖动序列引线一一对应连接，实现将多个抖动序列添加至相位字的低位，避免抖动引入的相位噪声大于量化产生的相位误差，从而避免信号的相位分辨率恶化。
具体地，在又一实施例中，多个抖动序列引线按照周期由长到短的顺序，与相位字的低位对应的多个相位字引线按照相位字的位由高到低的顺序一一对应连接。
本实施例减少相位字误进位概率，虽然线性反馈移位寄存器组产生的“0”、“1”比特基本相等，但单个周期内“1”始终比“0”多一个，这就造成了一定的误舍入概率。高阶次的线性反馈移位寄存器组的输出序列具有更长的周期，添加到相位字高位时造成误舍入的概率相对更小。
实施例
本实施例对于加抖前后合成的单一频率中频载波信号进行了全数字软件仿真对比。
假设相位累加器宽度为27比特，相位字截断13比特，相位幅度查找表索引和信号幅值输出均宽14比特，时钟频率取为100MHz，输出正弦波信号频率设置为北斗二号B1频点中频信号频率21.098MHz。抖动发生器产生宽度为13比特的伪随机数，多个移位线性反馈移位寄存器组阶次设置为11至23。100MHz采样率下取1000000个采样点，加抖前后信号频谱如图2和图3。可以明显看出，加抖后信号频谱底噪有微小上升，但是杂散谱线基本消失，信号质量得到了极大改善。

Claims (3)

1.一种仿真导航卫星信号杂散抑制方法，其特征在于，按以下步骤操作：
步骤1：在仿真导航卫星信号的相位字上由最低位向高位选取与抖动序列个数相同的位，将多个抖动序列对应添加至所选相位字的位上，得到处理后的相位字，抖动信号包括多个抖动序列，每个抖动序列的周期不同；
其中，所述的将多个抖动序列对应添加至所选相位字的位上所采用的方法如下：
将多个抖动序列按照周期由长到短进行排序，得到排序后的抖动序列；将排序后的抖动序列与所选相位字的位按照由高到低一一对应，将多个抖动序列添加至与其对应的相位字的位上；即周期最长的抖动序列添加至所选相位字的位的最高位，周期最短的抖动序列添加至所选相位字的位的最低位；
步骤2，对处理后的相位字进行相位截断，得到幅值查找表的索引地址；将幅值查找表的索引地址输入幅值查找表中，该幅值查找表输出信号的幅值。
2.一种仿真导航卫星信号杂散抑制系统，其特征在于，包括相位累加器、抖动信号发生器、加法器、相位截断装置和幅值查找装置，其中，相位累加器的输出端和抖动信号发生器的输出端分别连接加法器的一个输入端，加法器的输出端连接相位截断装置的输入端，相位截断装置的输出端连接幅值查找装置的输入端；
相位累加器用于输出仿真导航卫星信号的相位字；抖动信号发生器用于生成抖动信号，该抖动信号包括多个抖动序列，每个抖动序列的周期不同；加法器用于将抖动信号添加至仿真导航卫星信号的相位字上，并输出处理后的相位字；相位截断装置用于对处理后的相位字进行相位截断，得到幅值查找表的索引地址，并将幅值查找表的索引地址输入到幅值查找装置中；幅值查找装置用于根据幅值查找表的索引地址输出信号的幅值；
所述抖动信号发生器包括多个线性反馈移位寄存器组，多个线性反馈移位寄存器组具有不同的阶次；每个线性反馈移位寄存器组用于生成一个抖动序列；
所述相位累加器的输出端包括多个相位字引线，每个相位字引线输出相位字的一位；每个所述线性反馈移位寄存器组包括一个抖动序列引线，每个抖动序列引线输出一个抖动序列；多个抖动序列引线与相位字的低位对应的多个相位字引线一一对应连接。
3.如权利要求2所述的仿真导航卫星信号杂散抑制系统，其特征在于，所述多个抖动序列引线按照周期由长到短的顺序，与相位字的低位对应的多个相位字引线按照相位字的位由高到低的顺序一一对应连接。
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