CN109921824B - 一种高阶boc调制信号无模糊捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其包括以下步骤：S1‑S2、获取并计算本地扩频码辅助序列，得到第一共轭数据；S3、对中频信号进行下变频、打包和快速傅里叶变换，得到打包变换数据；S4、将第一共轭数据和打包变换数据进行点乘、快速傅里叶变换和取模运算，得到第一取模运算结果；S5、将第一取模运算结果分别向左和向右循环移位；S6、将两个循环移位后的序列相加得到相加后的序列；S7、获取本地BOC调制基带信号；S8、获取第二共轭数据；S9、获取第二取模运算结果；S10、将峰值大于门限所对应的多普勒频偏和码相位组合作为目标对象进行捕获。本发明完成了高阶BOC调制信号的无模糊捕获。

Description

一种高阶BOC调制信号无模糊捕获方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种高阶BOC调制信号无模糊捕获方法。

背景技术

全球卫星导航系统(GNSS)提供的服务已经在军民领域得到广泛应用。传统的GNSS信号采用BPSK的调制方式。随着世界上各个国家和地区导航系统的不断发展，导航信号频段日驱拥挤，频谱资源愈发紧张，系统间同频干扰愈发严重。为了将不同导航体制的频谱分离，Betz提出了二进制偏移载波(binary offset carrier,BOC)调制。BOC调制的信号具有更狭窄陡峭的相关峰，利于接收机抗多径与更高精度的跟踪，从而实现更高的测距精度。但是BOC调制的自相关函数(autocorrelation function,ACF)出现了多峰，调制阶数越高，相邻副峰间距越紧密，副峰的干扰使得BOC信号的捕获跟踪容易发生误捕和误锁，称之为多峰模糊度。

相关函数法是利用自相关函数的几何特性，通过设计额外的函数曲线来抵消自相关函数的副峰，从而降低多峰模糊度。目前针对BOC(n,n)类信号研究的相关函数法有较为理想的效果，例如ASPeCT、ACF+AACF算法等。CCFR算法可以消除BOC(2n,n)类信号的第一副峰同时抑制其他次副峰。但是针对更高阶的BOC调制，对抗多峰模糊度的信号捕获方法却较少。GRASS算法能够在一定程度上降低BOC(kn,n)类信号的多峰模糊度，而且说明了ASPeCT算法是GRASS算法在k为1时的特例，但调制阶数较高(k≥5)时，该方法的去模糊度效果急剧下降。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种高阶BOC调制信号无模糊捕获方法解决了现有方法在高阶调制下的去模糊效果差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其包括以下步骤：

S1、生成本地扩频码序列和辅助序列，并根据本地扩频码序列和辅助序列得到本地扩频码辅助序列；

S2、对本地扩频码辅助序列作快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换后的结果取共轭，得到第一共轭数据；

S3、接收中频信号，对中频信号进行下变频后打包，对打包后的信号进行快速傅里叶变换，得到打包变换数据；

S4、将第一共轭数据和打包变换数据进行点乘，将点乘结果做快速傅里叶反变换后进行取模运算，得到第一取模运算结果；

S5、将第一取模运算结果分别向左和向右循环移位，得到两个循环移位后的序列；

S6、将两个循环移位后的序列相加得到相加后的序列；

S7、根据本地扩频码序列和BOC调制阶数生成本地BOC调制基带信号；

S8、对本地BOC调制基带信号做快速傅里叶变换后取共轭，得到第二共轭数据；

S9、将第二共轭数据与打包变换数据点乘后做快速傅里叶反变换，并对反变换后的结果取模得到第二取模运算结果；

S10、获取相加后的序列与第二取模运算结果点乘后所得序列的峰值，将峰值大于门限所对应的多普勒频偏和码相位组合作为目标对象进行捕获。

进一步地，步骤S1的具体方法包括以下子步骤：

S1-1、生成本地扩频码序列x_CA；

S1-2、生成辅助序列d，

为阶数1×2N的实数域；d的表达式为：

其中N为调制阶数，N＝2k，k为正整数，即BOC(kn,n)调制信号中的二进制偏移副载波频率与扩频码率的比值；d_p∈d,p＝1,2,3,...,2N；

S1-3、将本地扩频码序列x_CA的每个码片与辅助序列d相乘，得到本地扩频码辅助序列x_CA,d。

进一步地，步骤S3的具体方法包括以下子步骤：

S3-1、根据公式

xⁱ[n]＝s[n]exp[-j2π(f_IF+f_D-(i-1)Δf)n/f_S]

对接收到的中频信号在第i个多普勒频偏估计值下进行下变频，得到下变频后的信号xⁱ[n]；其中j为虚数单位；s[n]为中频信号的集合；exp(·)为以自然常数e为底的指数函数；π为常数；f_IF为在多普勒频偏为零的情况下中频信号载波频率；f_D为中频信号预估的最大多普勒频偏；Δf为中频信号的多普勒频移步进；n为采样后的数字信号第n个样本的索引；f_S为中频信号的采样率；

S3-2、以BOC码的2倍码率对xⁱ[n]进行打包，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号；

S3-3、对在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号进行快速傅里叶变换，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包变换数据，进而得到所有多普勒频偏估计值下的打包变换数据。

进一步地，步骤S3-2的具体方法为：

将xⁱ[n]中每

个采样点累加为1个点，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号

其中f_BOC为BOC码的码率；f_S为中频信号的采样率。

进一步地，步骤S4的具体方法包括：

根据公式

对共轭数据

和在第i个多普勒频偏估计值下的打包变换数据

进行点乘，将点乘结果做快速傅里叶反变换后进行取模运算，得到在第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ，进而得到所有多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果；其中ifft(·)表示快速傅里叶反变换；abs(·)表示取模运算。

进一步地，步骤S5的具体方法包括：

根据公式

将所有第一取模运算结果分别向左和向右循环位移0.5个扩频码片，分别得到向左循环位移后的结果序列和向右循环位移后的结果序列

其中

是第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向左循环位移的结果；

是第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向右循环位移的结果；n为采样后的数字信号第n个样本的索引；Δn为0.5个扩频码片的索引间距；M是corrⁱ序列长度；mod(·)表示取模运算。

进一步地，步骤S6的具体方法为：

根据公式

将第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向左循环位移后的结果

与第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向右循环位移后的结果

相加，得到第i个多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列

进而得到所有多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列。

进一步地，步骤S10中的具体方法为：

根据公式

获取第i个多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列rⁱ，进而得到所有多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列；其中为第i个多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列；

为第二取模运算结果；

对于每一个多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列，获取其峰值，将峰值大于门限所对应的多普勒频偏和码相位组合作为目标对象进行捕获。

本发明的有益效果为：本发明在高阶调制的情况下可以有效的消除BOC(kn,n)(k≥5)的多峰模糊度。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该高阶BOC调制信号无模糊捕获方法包括以下步骤：

S1、生成本地扩频码序列和辅助序列，并根据本地扩频码序列和辅助序列得到本地扩频码辅助序列；

S2、对本地扩频码辅助序列作快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换后的结果取共轭，得到第一共轭数据；

S3、接收中频信号，对中频信号进行下变频后打包，对打包后的信号进行快速傅里叶变换，得到打包变换数据；

S4、将第一共轭数据和打包变换数据进行点乘，将点乘结果做快速傅里叶反变换后进行取模运算，得到第一取模运算结果；

S5、将第一取模运算结果分别向左和向右循环移位，得到两个循环移位后的序列；

S6、将两个循环移位后的序列相加得到相加后的序列；

S7、根据本地扩频码序列和BOC调制阶数生成本地BOC调制基带信号；

S8、对本地BOC调制基带信号做快速傅里叶变换后取共轭，得到第二共轭数据；

S9、将第二共轭数据与打包变换数据点乘后做快速傅里叶反变换，并对反变换后的结果取模得到第二取模运算结果；

S10、获取相加后的序列与第二取模运算结果点乘后所得序列的峰值，将峰值大于门限所对应的多普勒频偏和码相位组合作为目标对象进行捕获。

步骤S1的具体方法包括以下子步骤：

S1-1、生成本地扩频码序列x_CA；

S1-2、生成辅助序列d，

为阶数1×2N的实数域；d的表达式为：

其中N为调制阶数，N＝2k，k为正整数，即BOC(kn,n)调制信号中的二进制偏移副载波频率与扩频码率的比值；d_p∈d,p＝1,2,3,...,2N；

S1-3、将本地扩频码序列x_CA的每个码片与辅助序列d相乘，得到本地扩频码辅助序列x_CA,d。

步骤S3的具体方法包括以下子步骤：

S3-1、根据公式

xⁱ[n]＝s[n]exp[-j2π(f_IF+f_D-(i-1)Δf)n/f_S]

对接收到的中频信号在第i个多普勒频偏估计值下进行下变频，得到下变频后的信号xⁱ[n]；其中j为虚数单位；s[n]为中频信号的集合；exp(·)为以自然常数e为底的指数函数；π为常数；f_IF为在多普勒频偏为零的情况下中频信号载波频率；f_D为中频信号预估的最大多普勒频偏；Δf为中频信号的多普勒频移步进；n为采样后的数字信号第n个样本的索引；f_S为中频信号的采样率；

S3-2、以BOC码的2倍码率对xⁱ[n]进行打包，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号；

S3-3、对在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号进行快速傅里叶变换，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包变换数据，进而得到所有多普勒频偏估计值下的打包变换数据。

步骤S3-2的具体方法为：将xⁱ[n]中每

个采样点累加为1个点，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号

其中f_BOC为BOC码的码率；f_S为中频信号的采样率。

步骤S4的具体方法包括：根据公式

对共轭数据

和在第i个多普勒频偏估计值下的打包变换数据

进行点乘，将点乘结果做快速傅里叶反变换后进行取模运算，得到在第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ，进而得到所有多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果；其中ifft(·)表示快速傅里叶反变换；abs(·)表示取模运算。

步骤S5的具体方法包括：根据公式

将所有第一取模运算结果分别向左和向右循环位移0.5个扩频码片，分别得到向左循环位移后的结果序列

和向右循环位移后的结果序列

其中

是第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向左循环位移的结果；

是第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向右循环位移的结果；n为采样后的数字信号第n个样本的索引；Δn为0.5个扩频码片的索引间距；M是corrⁱ序列长度；mod(·)表示取模运算。

步骤S6的具体方法为：根据公式

将第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向左循环位移后的结果

与第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向右循环位移后的结果

相加，得到第i个多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列进而得到所有多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列。

步骤S10中的具体方法为：根据公式

获取第i个多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列rⁱ，进而得到所有多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列；其中

为第i个多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列；

为第二取模运算结果；

对于每一个多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列，获取其峰值，将峰值大于门限所对应的多普勒频偏和码相位组合作为目标对象进行捕获。

在本发明的一个实施例中，场景为BOC调制在新体制导航信号的应用非常广泛，并且存在如BOC(6,1)、BOC(14,2)、BOC(15,2.5)的高阶BOC调制，以BOC(15,2.5)为例：

生成本地扩频码序列x_CA，其码率f_CA＝2.5×1.023Mcps，采样率f_S＝360×1.023MHz。生成辅助序列d，

d的表达式为

其中d的码元速率f_aux＝12×2.5×1.023Mcps。对中频信号预估的最大多普勒频偏f_D＝5kHz，中频信号的多普勒频移步进Δf＝100，共有101个多普勒频偏估计值。在在多普勒频偏为零的情况下中频信号载波频率f_IF＝90×1.023MHz，采样率f_S＝360×1.023MHz。

对接收到的中频信号在第i个多普勒频偏估计值下进行下变频，得到下变频后的信号xⁱ[n]＝s[n]exp[-j2π(92.075-10^-4(i-1))n/(360×1.023)]。将xⁱ[n]中每个采样点累加为1个点得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号

其中f_BOC＝30×1.023MHz；进而得到接收到的中频信号在所有多普勒频偏估计值下对应的打包后的信号。

在每个多普勒频偏估计值下，依次进行后续步骤，得到每个多普勒频偏估计获取相加后的序列与第二取模运算结果点乘后所得序列的峰值，将峰值大于门限所对应的多普勒频偏和码相位组合作为目标对象进行捕获，完成高阶BOC调制信号无模糊捕获。

综上所述，本发明在高阶调制的情况下可以有效的消除BOC(kn,n)(k≥5)的多峰模糊度。

Claims (8)

1.一种高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、生成本地扩频码序列和辅助序列，并根据本地扩频码序列和辅助序列得到本地扩频码辅助序列；

S2、对本地扩频码辅助序列作快速傅里叶变换，并对快速傅里叶变换后的结果取共轭，得到第一共轭数据；

S3、接收中频信号，对中频信号进行下变频后打包，对打包后的信号进行快速傅里叶变换，得到打包变换数据；

S4、将第一共轭数据和打包变换数据进行点乘，将点乘结果做快速傅里叶反变换后进行取模运算，得到第一取模运算结果；

S5、将第一取模运算结果分别向左和向右循环移位，得到两个循环移位后的序列；

S6、将两个循环移位后的序列相加得到相加后的序列；

S7、根据本地扩频码序列和BOC调制阶数生成本地BOC调制基带信号；

S8、对本地BOC调制基带信号做快速傅里叶变换后取共轭，得到第二共轭数据；

S9、将第二共轭数据与打包变换数据点乘后做快速傅里叶反变换，并对反变换后的结果取模得到第二取模运算结果；

S10、获取相加后的序列与第二取模运算结果点乘后所得序列的峰值，将峰值大于门限所对应的多普勒频偏和码相位组合作为目标对象进行捕获。

2.根据权利要求1所述的高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法包括以下子步骤：

S1-1、生成本地扩频码序列x_CA；

S1-2、生成辅助序列d，d∈R^1×2N，R^1×2N为阶数1×2N的实数域；序列d中各元素的表达式为：

其中N为调制阶数，N＝2k，k为正整数，即BOC(kn,n)调制信号中的二进制偏移副载波频率与扩频码率的比值；d_p∈d,p＝0,1,2,3,...,2N-1；

S1-3、将本地扩频码序列x_CA的每个码片与辅助序列d相乘，得到本地扩频码辅助序列x_CA,d。

3.根据权利要求1所述的高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其特征在于，所述步骤S3的具体方法包括以下子步骤：

S3-1、根据公式：

xⁱ[n]＝s[n]exp[-j2π(f_IF+f_D-(i-1)Δf)n/f_S]；

对接收到的中频信号在第i个多普勒频偏估计值下进行下变频，得到下变频后的信号xⁱ[n]；其中j为虚数单位；s[n]为中频信号的集合；exp(·)为以自然常数e为底的指数函数；π为常数；f_IF为在多普勒频偏为零的情况下中频信号载波频率；f_D为中频信号预估的最大多普勒频偏；Δf为中频信号的多普勒频移步进；n为采样后的数字信号第n个样本的索引；f_S为中频信号的采样率；

S3-2、以BOC码的2倍码率对xⁱ[n]进行打包，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号；

S3-3、对在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号进行快速傅里叶变换，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包变换数据，进而得到所有多普勒频偏估计值下的打包变换数据。

4.根据权利要求3所述的高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其特征在于，所述步骤S3-2的具体方法为：

将xⁱ[n]中每

个采样点累加为1个点，得到在第i个多普勒频偏估计值下的打包后的信号

其中f_BOC为BOC码的码率；f_S为中频信号的采样率。

5.根据权利要求1所述的高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其特征在于，所述步骤S4的具体方法包括：

根据公式：

对共轭数据

和在第i个多普勒频偏估计值下的打包变换数据

进行点乘，将点乘结果做快速傅里叶反变换后进行取模运算，得到在第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ，进而得到所有多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果；其中ifft(·)表示快速傅里叶反变换；abs(·)表示取模运算。

6.根据权利要求1所述的高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其特征在于，所述步骤S5的具体方法包括：

根据公式：

将所有第一取模运算结果分别向左和向右循环位移0.5个扩频码片，分别得到向左循环位移后的结果序列

和向右循环位移后的结果序列

其中

是第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向左循环位移的结果；

是第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向右循环位移的结果；n为采样后的数字信号第n个样本的索引；Δn为0.5个扩频码片的索引间距；M是corrⁱ序列长度；mod(·)表示取模运算。

7.根据权利要求1所述的高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其特征在于，所述步骤S6的具体方法为：

根据公式：

将第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向左循环位移后的结果

与第i个多普勒频偏估计值下的第一取模运算结果corrⁱ向右循环位移后的结果

相加，得到第i个多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列进而得到所有多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列。

8.根据权利要求1所述的高阶BOC调制信号无模糊捕获方法，其特征在于，所述步骤S10中的具体方法为：

根据公式：

获取第i个多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列rⁱ，进而得到所有多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列；其中

为第i个多普勒频偏估计值下对应的相加后的序列；

为第二取模运算结果；

对于每一个多普勒频偏估计值下相加后的序列与第二取模运算结果点乘的序列，获取其峰值，将峰值大于门限所对应的多普勒频偏和码相位组合作为目标对象进行捕获。

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