CN110737010B - 一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统 - Google Patents
一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,属于信号生成技术领域;包括导航工作模块、通信工作模块、融合模块和通道单元;其中,融合模块包括导航帧生成模块、钟差测量模块、通信帧生成模块和合成模块;通过提供一个导航帧,可以容易插入到通信帧中;同时波形中包含一段不调制内容的连续波和一段调制固定PRN码的时间段;不调制内容的连续波利于快速捕获缩小频率和时间搜索范围;PRN段,用于精细搜索和转入跟踪;本发明提出一种安全定位授时信号生成方法,以此解决在既有通信载荷上加入导航测距信号的问题,在不影响通信的前提下,保留了严格的时间特性,最大限度保留了导航测量能力。
Description
技术领域
本发明属于信号生成技术领域,涉及一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统。
背景技术
在传统的通信导航信号融合中,一般是通过时分、相分、码分或者频分的方式,在通信信号上直接增加类似GNSS的导航信号,这其实对通信信号也提出了很高的时频要求。下一代铱星系统对原铱星信号进行了适应性改造,在保证原有通信功能基本不受影响前提下,利用空闲的信道资源,增加了导航信号增强功能,但是同时要求信号的时频系统有重要的变化。这其实增加了对通信信号的改造程度,使得工程建设造价很大。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提出一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,在不影响通信的前提下,保留了严格的时间特性,最大限度保留了导航测量能力。
本发明解决技术的方案是:
一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,包括导航工作模块、通信工作模块、融合模块和通道单元;其中,融合模块包括导航帧生成模块、钟差测量模块、通信帧生成模块和合成模块;
通信工作模块:在本地钟基础上产生融合工作时钟和射频本振信号;在融合工作时钟下,接收外部上行或星间传来的注入数据;对注入数据进行解码和判断处理,如果是下行导航相关数据,则发送至导航工作模块;如果是下行通信相关数据,则将下行通信相关数据解析得到通信数据和通信1PPS;将通信数据和通信1PPS发送通信帧生成模块;将射频本振信号发送给通道单元;将融合工作时钟分别发送给导航帧生成模块、通信帧生成模块、钟差测量模块和合成模块;
导航工作模块:在本地钟基础上生成10.23MHz的导航时钟信号;接收通信工作模块传来的导航相关数据,对导航相关数据依次进行编码和电文编排处理,生成下行导航数据和下行导航数据对应的导航1PPS;将10.23MHz的导航时钟信号和导航1PPS发送至钟差测量模块;将下行导航数据和导航1PPS发送至导航帧生成模块;
导航帧生成模块:接收通信工作模块送来的融合工作时钟,并在融合工作时钟下接收导航工作模块送来的下行导航数据和导航1PPS;接收钟差测量模块传来的钟差;在导航1PPS的触发沿生成1PPS秒计数、校验数和空置的预留位;将1PPS秒计数、校验数、空置的预留位、钟差和下行导航数据组合得到导航帧;并将导航帧发送至合成模块;
钟差测量模块:接收通信工作模块送来的融合工作时钟;接收导航工作模块传来的导航1PPS和10.23MHz的导航时钟信号;以导航1PPS为测量时标,测量融合工作时钟与10.23MHz的钟差,将钟差发送至导航帧生成模块;
通信帧生成模块:接收通信工作模块传来的融合工作时钟,在融合工作时钟下接收通信工作模块传来的通信数据和通信1PPS,在通信1PPS基础上生成通信帧;将通信帧发送给合成模块;
合成模块:接收通信工作模块传来的融合工作时钟;在融合工作时钟下接收通信帧生成模块传来的通信帧,接收导航帧生成模块传来的导航帧;延迟导航帧直到通信帧之后有时间空隙,插入导航帧,记录延迟时钟周期数,填入导航帧中空置的预留位,组成融合基带信号;将融合基带信号调制中频上,依次进行上变频、滤波和放大处理,生成处理后的融合基带信号;将处理后的融合基带信号发送至通道单元;
通道单元:接收通信工作模块传来的射频本振信号;接收合成模块传来的融合中频信号,通过射频本振信号对融合中频信号依次进行上变频、滤波和放大处理,生成融合射频信号;并将融合射频信号发送至外部天线。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,所述注入数据包括导航相关数据和通信相关数据;其中,导航相关数据为低轨卫星基本电文信息,包括了低轨卫星轨道信息及时间信息。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,所述下行通信数据与对应的通信1PPS时间误差不超过1us。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,所述的导航帧与通信帧没有固定时间关系,只要通信帧之间有不播发的时间空隙,导航帧就占用并播发;导航帧播发时通信帧可随时抢占信道使用资源。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,合成模块在通信帧之间时间空隙中插入导航帧时,通信帧的时间、工作频率基准和工作时间基准不变动。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,钟差测量模块测量融合工作时钟与10.23MHz的钟差时,测量精度优于0.2ns。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,合成模块进行导航帧插入时,实时记录插入时间并体现至导航帧数据中,其精度为一个融合工作时钟的周期。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,所述导航帧中包括一段连续波和一段调制固定PRN码的时间段;所述连续波不调制内容;设该连续波时间长度为T1;设调制固定PRN码时间段的时间长度为T2。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,连续波时间长度T1的约束条件为:
S1、T1+2*T_B<T_J,其中,T_B为通信帧与帧之间的保护间隙时间,T_J为通信帧之间的实际空隙时间;
S2、T1×△f<1Hz,其中△f为用户与卫星的最大相对多普勒;
S3、T1*1000为整数;
S4、T1≤5ms;
S5、当根据S1得到的T1小于1ms,则导航帧不发出;否则,导航帧发出。
在上述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,调制固定PRN码时间段的时间长度T2的约束条件为:
S1、T1+T2+2*T_B<T_J;
S2、当根据S1得到的T2小于2ms,则调制固定PRN码的时间段让给T1;否则,不让给T1。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)本发明提供一种基于低轨移动通信卫星的安全定位授时信号生成方法,该方法提供了一个突发帧结构,可以容易插入到通信帧中;
(2)本发明波形中包含一个不调制任何内容的连续波,利于快速捕获缩小频率和时间搜索范围。该方法的波形中包含一个PRN段,用于精细搜索和转入跟踪;
(3)本发明在不影响通信的前提下,保留了严格的时间特性,最大限度保留了导航测量能力。
附图说明
图1为本发明安全定位授时信号生成系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,通过提供一个导航帧,可以容易插入到通信帧中;同时波形中包含一段不调制内容的连续波和一段调制固定PRN码的时间段;不调制内容的连续波利于快速捕获缩小频率和时间搜索范围;PRN段,用于精细搜索和转入跟踪;本发明提出一种安全定位授时信号生成方法,以此解决在既有通信载荷上加入导航测距信号的问题,在不影响通信的前提下,保留了严格的时间特性,最大限度保留了导航测量能力。如图1,该系统包括导航工作模块、通信工作模块、融合模块和通道单元;其中,融合模块包括导航帧生成模块、钟差测量模块、通信帧生成模块和合成模块。
通信工作模块:在本地钟基础上产生融合工作时钟和射频本振信号;在融合工作时钟下,接收外部上行或星间传来的注入数据;注入数据包括导航相关数据和通信相关数据;其中,导航相关数据为低轨卫星基本电文信息,包括了低轨卫星轨道信息及时间信息。对注入数据进行解码和判断处理,如果是下行导航相关数据,则发送至导航工作模块;如果是下行通信相关数据,则将下行通信相关数据解析得到通信数据和通信1PPS;下行通信数据与对应的通信1PPS时间误差不超过1us。将通信数据和通信1PPS发送通信帧生成模块;将射频本振信号发送给通道单元;将融合工作时钟分别发送给导航帧生成模块、通信帧生成模块、钟差测量模块和合成模块;
导航工作模块:在本地钟基础上生成10.23MHz的导航时钟信号;接收通信工作模块传来的导航相关数据,对导航相关数据依次进行编码和电文编排处理,生成下行导航数据和下行导航数据对应的导航1PPS;将10.23MHz的导航时钟信号和导航1PPS发送至钟差测量模块;将下行导航数据和导航1PPS发送至导航帧生成模块;
导航帧生成模块:接收通信工作模块送来的融合工作时钟,并在融合工作时钟下接收导航工作模块送来的下行导航数据和导航1PPS;接收钟差测量模块传来的钟差;在导航1PPS的触发沿生成1PPS秒计数、校验数和空置的预留位;将1PPS秒计数、校验数、空置的预留位、钟差和下行导航数据组合得到导航帧;并将导航帧发送至合成模块。导航帧中包括一段连续波和一段调制固定PRN码的时间段;所述连续波不调制内容;设该连续波时间长度为T1;设调制固定PRN码时间段的时间长度为T2。连续波时间长度T1的约束条件为:
S1、T1+2*T_B<T_J,其中,T_B为通信帧与帧之间的保护间隙时间,T_J为通信帧之间的实际空隙时间;
S2、T1×△f<1Hz,其中△f为用户与卫星的最大相对多普勒;
S3、T1*1000为整数;
S4、T1≤5ms;
S5、当根据S1得到的T1小于1ms,则导航帧不发出;否则,导航帧发出。
调制固定PRN码时间段的时间长度T2的约束条件为:
S1、T1+T2+2*T_B<T_J;
S2、当根据S1得到的T2小于2ms,则调制固定PRN码的时间段让给T1;否则,不让给T1。
钟差测量模块:接收通信工作模块送来的融合工作时钟;接收导航工作模块传来的导航1PPS和10.23MHz的导航时钟信号;以导航1PPS为测量时标,测量融合工作时钟与10.23MHz的钟差,将钟差发送至导航帧生成模块;钟差测量模块测量融合工作时钟与10.23MHz的钟差时,测量精度优于0.2ns。
通信帧生成模块:接收通信工作模块传来的融合工作时钟,在融合工作时钟下接收通信工作模块传来的通信数据和通信1PPS,在通信1PPS基础上生成通信帧;将通信帧发送给合成模块。
合成模块:接收通信工作模块传来的融合工作时钟;在融合工作时钟下接收通信帧生成模块传来的通信帧,接收导航帧生成模块传来的导航帧;延迟导航帧直到通信帧之后有时间空隙,插入导航帧,记录延迟时钟周期数,填入导航帧中空置的预留位,组成融合基带信号;将融合基带信号调制中频上,依次进行上变频、滤波和放大处理,生成处理后的融合基带信号;将处理后的融合基带信号发送至通道单元;导航帧与通信帧没有固定时间关系,只要通信帧之间有不播发的时间空隙,导航帧就占用并播发;导航帧播发时通信帧可随时抢占信道使用资源。合成模块在通信帧之间时间空隙中插入导航帧时,通信帧的时间、工作频率基准和工作时间基准不变动。合成模块进行导航帧插入时,实时记录插入时间并体现至导航帧数据中,其精度为一个融合工作时钟的周期。
通道单元:接收通信工作模块传来的射频本振信号;接收合成模块传来的融合中频信号,通过射频本振信号对融合中频信号依次进行上变频、滤波和放大处理,生成融合射频信号;并将融合射频信号发送至外部天线。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:包括导航工作模块、通信工作模块、融合模块和通道单元;其中,融合模块包括导航帧生成模块、钟差测量模块、通信帧生成模块和合成模块;
通信工作模块:在本地钟基础上产生融合工作时钟和射频本振信号;在融合工作时钟下,接收外部上行或星间传来的注入数据;对注入数据进行解码和判断处理,如果是下行导航相关数据,则发送至导航工作模块;如果是下行通信相关数据,则将下行通信相关数据解析得到通信数据和通信1PPS;将通信数据和通信1PPS发送通信帧生成模块;将射频本振信号发送给通道单元;将融合工作时钟分别发送给导航帧生成模块、通信帧生成模块、钟差测量模块和合成模块;
导航工作模块:在本地钟基础上生成10.23MHz的导航时钟信号;接收通信工作模块传来的导航相关数据,对导航相关数据依次进行编码和电文编排处理,生成下行导航数据和下行导航数据对应的导航1PPS;将10.23MHz的导航时钟信号和导航1PPS发送至钟差测量模块;将下行导航数据和导航1PPS发送至导航帧生成模块;
导航帧生成模块:接收通信工作模块送来的融合工作时钟,并在融合工作时钟下接收导航工作模块送来的下行导航数据和导航1PPS;接收钟差测量模块传来的钟差;在导航1PPS的触发沿生成1PPS秒计数、校验数和空置的预留位;将1PPS秒计数、校验数、空置的预留位、钟差和下行导航数据组合得到导航帧;并将导航帧发送至合成模块;
钟差测量模块:接收通信工作模块送来的融合工作时钟;接收导航工作模块传来的导航1PPS和10.23MHz的导航时钟信号;以导航1PPS为测量时标,测量融合工作时钟与10.23MHz的钟差,将钟差发送至导航帧生成模块;
通信帧生成模块:接收通信工作模块传来的融合工作时钟,在融合工作时钟下接收通信工作模块传来的通信数据和通信1PPS,在通信1PPS基础上生成通信帧;将通信帧发送给合成模块;
合成模块:接收通信工作模块传来的融合工作时钟;在融合工作时钟下接收通信帧生成模块传来的通信帧,接收导航帧生成模块传来的导航帧;延迟导航帧直到通信帧之后有时间空隙,插入导航帧,记录延迟时钟周期数,填入导航帧中空置的预留位,组成融合基带信号;将融合基带信号调制中频上,依次进行上变频、滤波和放大处理,生成处理后的融合基带信号;将处理后的融合基带信号发送至通道单元;
通道单元:接收通信工作模块传来的射频本振信号;接收合成模块传来的融合中频信号,通过射频本振信号对融合中频信号依次进行上变频、滤波和放大处理,生成融合射频信号;并将融合射频信号发送至外部天线。
2.根据权利要求1所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:所述注入数据包括导航相关数据和通信相关数据;其中,导航相关数据为低轨卫星基本电文信息,包括了低轨卫星轨道信息及时间信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:所述下行通信数据与对应的通信1PPS时间误差不超过1us。
4.根据权利要求1所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:所述的导航帧与通信帧没有固定时间关系,只要通信帧之间有不播发的时间空隙,导航帧就占用并播发;导航帧播发时通信帧可随时抢占信道使用资源。
5.根据权利要求4所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:合成模块在通信帧之间时间空隙中插入导航帧时,通信帧的时间、工作频率基准和工作时间基准不变动。
6.根据权利要求1所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:钟差测量模块测量融合工作时钟与10.23MHz的钟差时,测量精度优于0.2ns。
7.根据权利要求5所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:合成模块进行导航帧插入时,实时记录插入时间并体现至导航帧数据中,其精度为一个融合工作时钟的周期。
8.根据权利要求7所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:所述导航帧中包括一段连续波和一段调制固定PRN码的时间段;所述连续波不调制内容;设该连续波时间长度为T1;设调制固定PRN码时间段的时间长度为T2。
9.根据权利要求8所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:连续波时间长度T1的约束条件为:
S1、T1+2*T_B<T_J,其中,T_B为通信帧之间的保护间隙时间,T_J为通信帧之间的实际空隙时间;
S2、T1×△f<1Hz,其中△f为用户与卫星的最大相对多普勒;
S3、T1*1000为整数;
S4、T1≤5ms;
S5、当根据S1得到的T1小于1ms,则导航帧不发出;否则,导航帧发出。
10.根据权利要求9所述的一种基于低轨通信卫星的安全定位授时信号生成系统,其特征在于:调制固定PRN码时间段的时间长度T2的约束条件为:
S1、T1+T2+2*T_B<T_J;
S2、当根据S1得到的T2小于2ms,则调制固定PRN码的时间段让给T1;否则,不让给T1。
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"低轨卫星增强导航技术研究";杨波;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20180215(第2期);I136-1611 * |
"北斗授时技术在跳频通信系统的应用";师维;《北斗授时技术在跳频通信系统的应用》;20161231;134 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN110737010A (zh) | 2020-01-31 |
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