CN113242087B - 一种基于复合码的测距与通信融合传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于复合码的测距与通信融合传输方法，所述融合传输方法包括以下步骤：地面站将上行待传输信息序列稀疏编码叠加到复合码，调制并发送；星载单元收到发送信号后，首先根据子码捕获相位生成并恢复出复合码，然后完成叠加数据的帧同步，并从测距信号中消除复合码，得到叠加的稀疏编码序列，接着对稀疏编码序列进行译码得到传输信息，最后星载单元将待传输信息稀疏编码后叠加到再生的复合码上，调制到载波回传；地面站收到回传信号，完成复合码检测，进一步完成测距，同时恢复稀疏编码序列，并译码恢复待测节点发送的下行信息。本发明可用一个码流与载波同时实现测距、通信信号同步以及双向通信多个功能。

Description

一种基于复合码的测距与通信融合传输方法

技术领域

本发明涉及数字通信与测距技术领域，尤其涉及一种基于复合码的测距与通信融合传输方法。

背景技术

深空测距和通信技术是深空探测任务中的基础性技术，是确保空间探测器顺利完成预定任务的重要保障。随着探测技术的迅速发展，探测任务正从短期、简单的粗略探测转向长期、高分辨率、强自主性及多目标的精细探测，促使对深空测距和通信产生了新要求、新挑战。然而传统的测距和通信技术通常由相互独立的测距系统和通信系统分别实现，不足以应对未来深空探测中持续增长的需求，尤其是在资源稀缺的太空环境中，技术实现成本和难度自然就比较高。一方面，测距信号和通信信号需要各自占用一段独立的频谱，加剧了频谱资源的紧张程度，且两种信号之间不协同、无交互，从而对传输效率及信号质量等造成一定的负面影响。另一方面，为了确保测距和通信功能实现的可靠性，避免信号之间相互干扰，通常需要单独分配功率资源或设计特定的功率分配策略，从而增加了系统功耗以及系统设计的复杂度。因此，技术的融合和一体化成为发展趋势，其中通过对测距系统与通信系统的集成化设计实现测距通信融合可适应未来深空探测活动对高速率通信、高精度测距的任务需求，是深空测控通信的重要发展方向。

集测距功能与数据传输功能于一体的复合信号可以有效解决上述问题，能够实现测距系统与通信系统的深度融合。复合信号设计的核心思想就是使系统发送的信号既可作为测距信号来进行距离测量或目标定位，又可作为数据信号来完成通信双端的数据传输，即一个信号具备两种功能。通过设计测距通信复合信号可以将数据信号和测距信号融合到同一信号波形中，从而实现数据信号和测距信号同频同时传输。

空间探测中目前主要利用调制技术来实现两种信号的叠加，如扩频调制、非平衡四相相移键控(Unbalanced Quadrature-Phase Shift Keying，UQPSK)调制和带宽有效调制。扩频调制技术抗干扰能力强、保密性好，具有良好的多址通信能力，且在扩频通信过程中，扩频码既可以用作该目标扩频通信时的地址码，又可以作为测距伪码实现距离的测量，容易实现测距通信一体化的设计，被广泛应用于无线通信系统中。采用扩频调制的方式将测距伪码与信息序列合为一体生成复合信号，从而实现测距伪码和信息序列的同时传输，且该体制保留了扩频通信的优点，极大的提升了系统性能。空间探测中同样也可以通过扩频的方式将测距伪码插入到数传数据中，即用测距伪码对数传信号直接进行扩频调制，使得调制后的信号能够同时传输伪码测距信号和数传信号，但是需要确保测距伪码的码速率要远大于数传信号的符号速率，当数传速率较高时，扩频调试方法实现测距与数传结合的难度较大。另外还有一种采用直接扩频的方式将通信编码加载到伪随机序列上的方式，保持前部分的伪随机序列不变作为捕获标志码，以实现通信信息的同步，其余部分以直接扩频的方式将通信编码加载到伪随机序列上，用调制后的序列进行相关测距，加载的通信编码实现通信，具有很高的安全性和鲁棒性，抗干扰能力强，但必须保持一段原始的伪随机序列片段，作为单独的测距帧，且传输速率低。但基于直接序列扩频技术的通信测距复合系统中各性能参数对伪随机序列的周期和速率有着不同的要求，测距码速率必须远高于通信信号的速率才能实现高精度测距，从而导致通信速率不能满足高速通信的需求。采用不平衡正交相移键控(UQPSK)调制模式也可以实现遥测和测距信号的同时传输，用同相分支发送通信数据，用正交分支发送测距码。但是，它具有带宽效率低和包络下降的缺点。也有研究者将测距信号作为单独的测距段嵌入通信信号中，这提高了一定的频带利用率，同时降低了传输效率。然而，这些方法实际上是在信号多路复用的水平上组合两个信号，这在提高频谱利用率方面受到限制。与上述方法不同，还有一些致力于基于信号共享来研究叠加信号的工作。两种信号的同时传输是通过组合高斯滤波的最小移键控(GMSK)调制的遥测信号和CCSDS标准的再生PN测距码而实现的，该码在遥测信号的顶部进行了相位调制。在空间频率协调组(SFCG)的约束下，它可以满足测距和高速数据传输的要求，该结构已通过工程实施方式进行了测试。与GMSK相似，具有连续相位，恒定包络和高频谱利用率的multi-h连续相位调制(multi-h CPM)也用于遥测和测距信号的同时传输。且与GMSK系统相比，multi-hCPM还可以根据系统要求灵活地选择合适的整形脉冲功能、调制指数和调制阶数等参数，以获得合适的频谱效率和纠错性能。但在这两种方案中，测距码是干扰信号，会降低遥测子系统的性能，而估计遥测符号的错误会损害对测距码片的正确检测。

发明内容

本发明提供了一种基于复合码的测距与通信融合传输方法，本发明可用一个码流与载波同时实现测距、通信信号同步以及双向通信多个功能，详见下文描述：

一种基于复合码的测距与通信融合传输方法，所述融合传输方法包括以下步骤：

(1)地面站将上行待传输信息序列稀疏编码叠加到复合码，调制并发送；

(2)星载单元收到发送信号后，首先根据子码捕获相位生成并恢复出复合码，然后完成叠加数据的帧同步，并从测距信号中消除复合码，得到叠加的稀疏编码序列，接着对稀疏编码序列进行译码得到传输信息，最后星载单元将待传输信息稀疏编码后叠加到再生的复合码上，调制到载波回传；

(3)地面站收到回传信号，完成复合码检测，进一步完成测距，同时恢复稀疏编码序列，并译码恢复待测节点发送的下行信息。

其中，所述步骤(1)具体为：

(1.1)在地面站子码经布尔逻辑组合生成测距的复合码C；

(1.2)构建稀疏序列映射表，序列集包括2^p条不同的二进制稀疏序列，每个序列的长度为l码片，与位置编号所对应的位置为这条序列的唯一脉冲位置；

(1.3)根据稀疏序列映射表对上行待传输信息u₁进行稀疏化编码，针对每p比特信息位，从序列集中挑选位置编号与信息位相一致的二进制稀疏序列作为传输符号，映射完成后得到稀疏编码序列v₁；

(1.4)将稀疏编码序列v₁与复合码C进行逐码片异或，直至稀疏编码序列结束，得到携带信息的上行测距信号p₁，调制并发送。

进一步地，所述步骤(2)具体为：

(2.1)星载处理单元接收并解调发送信号，得到上行测距信号q₁，对测距信号进行捕获跟踪，锁定测距信号后，再次生成复合码C′；

(2.2)得到复合码捕获相位后，将收发端已知的数据叠加的位置与测距码捕获位置进行比对，根据这两个位置的相位差在接收信号中搜索定位到叠加通信数据的片段，得到叠加的稀疏码的起始位置；

(2.3)根据相应相位的复合码的脉冲位置对上行测距信号q₁进行码片翻转，恢复叠加的稀疏编码序列v₁′；

(2.4)对稀疏编码序列v₁′进行译码，得到上行信息u₁′；

(2.5)对下行待传输信息u₂进行稀疏化编码，得到稀疏编码序列v₂；

(2.6)将稀疏编码序列v₂与复合码C′进行逐码片异或，直至稀疏编码序列结束，得到携带信息的下行测距信号p₂，调制并发送。

其中，所述步骤(3)具体为：

(3.1)地面站接收并解调下行测距信号，得到回传测距信号q₂，对测距信号进行钟码捕获跟踪，进一步成功捕获各个子码相位后，本地测距信号和回传测距信号经相位比较得到测距信号的收发时延τ以及距离测量值d；

(3.2)得到复合码捕获相位后，将收发端已知的数据叠加的位置与测距码捕获位置进行比对，根据这两个位置的相位差在接收信号中搜索定位到叠加通信数据的片段，得到叠加的稀疏码的起始位置；

(3.3)根据相应相位的复合测距码的脉冲位置对回传测距信号q₂进行码片翻转，恢复叠加的稀疏编码序列v₂′；

(3.4)对稀疏编码序列v₂′进行译码，得到下行信息u₂′。

其中，所述步骤(1.2)为：

(4.1)信息经信道编码后得到编码码字，当以每m比特为一组时，该组编码码字比特对应的编码符号值的范围为0～2^m-1；

(4.2)为使稀疏编码模块中序列集的各子序列与编码码字符号实现一一对应，对应序列集应由2^m组l码片长的二进制稀疏序列组成，并且两两不同，即各组子序列在序列集中对应的位置编号范围为0～2^m-1，该序列集表示为

其中位置编号为a的子序列可表示为

且a∈{0,1,…,2^m-1}；

(4.3)稀疏编码时选择序列集V中位置编号与输入的编码符号值相同的一组二进制稀疏序列作为对应的传输符号输出，即每m比特的编码码字转为l码片长的传输符号。

进一步地，所述步骤(3.1)为：

(5.1)将接收信号和各个本地子码序列送入并行或串行的相关器组，各支路的相关函数R_i(w,g)表示为：

其中，C_i(n+g)为第i条支路子码移位g位后的延拓序列，g小于该支路子码的周期，r(n)为接收到的信号，L为相关器相关窗口长度；i、n和w分别表示各支路子码的编号，接收数据的采样点以及相关累加值，1≤i≤6；

(5.2)检测各子码支路的相关结果，搜索相关峰位置，判决准则为：

其中，W_i表示第i条支路所有的相关结果中，相关峰所处的位置，即子码C_i的相位偏移，其对应的值为该支路相关结果中w取最大值时所对应的g值；

(5.3)得到6个子码的捕获相位后，利用中国剩余定理计算出总的以码片为单位的时延τ，从而得到待测距离d：

d＝c*τ/2，

其中，光速c＝3.0×10⁸m/s。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本方法以复合码为伪码测距和信息传输的载体，将信息序列经稀疏编码后与复合码进行逐码片异或生成叠加信号，叠加信号序列仍具有复合码的特性，与每个子码具有良好的互相关特性，在保证复合码相位捕获性能的基础上可以实现信息传输；

2、本发明可用一个码流与载波同时实现测距、通信信号同步以及双向通信多个功能。

附图说明

图1为本发明的系统整体实现框图；

图2为本发明的测距发端发送信号流程图；

图3为本发明的测距发端接收信号流程图；

图4为本发明的星载处理单元实现框图；

图5为本发明的稀疏序列与测距复合码叠加原理图；

图6为本发明在稀疏序列固定时的捕获错误率与相关长度的关系曲线图；

图7为本发明在稀疏序列稀疏度固定时的叠加长度与捕获错误率的关系曲线图；

图8为本发明的稀疏序列的稀疏度与相关捕获错误率的关系曲线图；

图9为本发明的通信性能与测距码捕获性能的关系曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

不同于已有的一体化信号设计方法，本发明实施例提出了一种新型的叠加测距码和稀疏序列的测距通信一体化信号设计方法与接收方法，可以实现两个信号完全的频谱、时隙和功率共享。

本发明提出的方法中，首先通过使用低重量的Golay码字将编码后的比特流转换为稀疏序列。然后，通过将稀疏序列添加到测距码中，对每个码片进行模2加运算来生成复合信号。即，根据稀疏序列的脉冲位置对测距码的码片进行反转。一方面，由于稀疏序列中脉冲位置的减少，测距码码片的翻转比可以保持适度，从而在复合信号中保持测距码分量的一定采集性能。另一方面，通过利用本地测距码，可以在无干扰的情况下分离出叠加的稀疏序列，这优于结合了GMSK调制遥测和PN测距码的CCSDS推荐方案。所提出的复合方法可以基于单一信号和载波的同时实现测距、同步、通信多个功能，不需要为通信信号分配额外的时隙，从而有效地提高了频谱利用率，仿真结果表明，提出方案能够以有限的测距性能损失为代价的同时支持通信功能，且无需增加任何额外的频率、功率等资源。此外，可以根据实际情况来调整叠加的稀疏序列的参数配置来降低测距性能的损失，以期满足系统的要求。

基于复合码的测距与通信融合传输方法基本思想是：由几条长度不同的子码组成复合码，每个子码具有m序列的部分特性，具有良好的自相关特性，复合码与每个子码也具有良好的互相关特性，且这种相关特性具有很好的抗符号错干扰性能。将稀疏编码序列叠加测距复合码上，其测距性能仍有很好的适用性。本发明实施例以Tausworthe复合码作为伪码测距和信息传输的载体，发送机模块将经过稀疏编码后的信息序列与任意已知相位复合码片段进行逐码片异或，生成叠加序列；然后接收机模块对捕获的测距信号通过相关运算完成测距，同时利用本地序列恢复出叠加的稀疏编码序列，译码后得到原始数据信息。与传统的复合码测距技术相比，可用一个码流与载波同时实现测距、通信信号同步以及双向通信多个功能，无需开辟单独的信道，有效提高了频带利用率，并能有效保证通信的可靠性。

下面结合附图详细说明本发明的实施方式：

如图1所示，运用本发明提出的传输方法用复合码进行距离测量与信息传输，具体步骤如下：

(1)地面站(Ground Station)将上行待传输信息序列稀疏编码叠加到复合码，调制并发送；

(2)星载单元(On-board Unit)收到发送信号后，首先根据子码捕获相位生成并恢复出复合码，然后完成叠加数据的帧同步，并从测距信号中消除复合码，得到叠加的稀疏编码序列，接着对稀疏编码序列进行译码得到传输信息，最后星载单元将待传输信息稀疏编码后叠加到再生的复合码上，调制到载波回传；

(3)地面站收到回传信号，完成复合码检测，进一步完成测距，同时恢复稀疏编码序列，并译码恢复待测节点发送的下行信息。

其中，如图2所示，步骤(1)地面站将上行待传输信息序列稀疏编码叠加到复合码，调制并发送的具体方法如下：

(1.1)在地面站子码经布尔逻辑组合生成复合码；

将每个子码分别通过周期为L_n的无穷重复形成序列C_n′(i)＝C_n(imodL_n)，子码表示为C_n，长度为L_n，Tausworthe复合码中1≤n≤6，本发明采用平衡2倍加权Tausworthe复合码，其复合码的生成公式为C＝sign(2C₁+C₂-C₃-C₄+C₅-C₆)。

(1.2)构造用以实现稀疏化编码的映射序列集V，序列集V包括2^p条不同的二进制稀疏序列，其中每条序列的长度为l码片，位置编号所对应的位置为这条序列的唯一脉冲位置；

(1.3)根据映射序列集V对上行待传输信息u₁进行稀疏化编码，针对每p比特信息位，从序列集中挑选位置编号与信息位符号值相一致的二进制稀疏序列作为传输符号，映射完成后得到稀疏编码序列v₁；

信息经过信道编码后得到的编码码字，当以每m(m≥2,m∈N+)比特为一组时，该组编码码字比特对应的编码符号值的范围为0～2^m-1；为使稀疏编码模块中序列集的各子序列与编码码字符号实现一一对应，对应序列集应由2^m组l码片长的二进制稀疏序列组成，并且两两不同，即各组子序列在序列集中对应的位置编号范围也为0～2^m-1，该序列集可表示为

其中位置编号为a的子序列可表示为

且a∈{0,1,…,2^m-1}；稀疏编码时选择序列集V中位置编号与输入的编码符号值相同的一组二进制稀疏序列作为对应的传输符号输出，即每m比特的编码码字转为l码片长的传输符号。

(1.4)将稀疏编码序列v₁与复合码C进行逐码片异或，直至稀疏编码序列结束，得到携带信息的上行测距信号p₁，调制并发送。

其中，如图4所示，步骤(2)星载处理单元收到发送信号后，首先根据子码捕获相位再生复合码，然后完成叠加数据的帧同步，并从测距信号中消除复合码，得到叠加的稀疏编码序列，接着对稀疏编码序列进行译码得到传输信息，最后星载处理单元将待传输信息稀疏编码后叠加到再生的复合码上，调制到载波回传的具体操作为：

(2.1)星载处理单元接收并解调发送信号，得到上行测距信号q₁，对测距信号进行跟踪，锁定测距信号后，再次生成复合码C′；

(2.2)得到复合码捕获相位后，将收发端已知的数据叠加的位置与测距码捕获位置进行比对，根据这两个位置的相位差在接收信号中搜索定位到叠加通信数据的片段，得到叠加的稀疏码的起始位置；

(2.3)根据相应相位的复合测距码的脉冲位置对上行测距信号q₁进行码片翻转，恢复叠加的稀疏编码序列v₁′；

(2.4)对稀疏编码序列v₁′进行译码，得到上行信息u₁′；

(2.5)对下行待传输信息u₂进行稀疏化编码，得到稀疏编码序列v₂；

(2.6)将稀疏编码序列v₂与复合码C′进行逐码片异或，直至稀疏编码序列结束，得到携带信息的下行测距信号p₂，调制并发送。

其中，如图3所示，步骤(3)地面站收到回传信号，完成复合码检测，进一步完成测距，同时恢复稀疏编码序列，译码恢复待测节点发送的下行信息的具体操作为：

(3.1)地面站接收并解调回传信号，得到下行测距信号q₂，对测距信号进行码钟跟踪，进一步成功捕获各个子码相位后，本地测距信号信息和回传测距信号信息经相位比较得到测距信号的收发时延τ以及距离测量值d；

(3.2)得到复合码捕获相位后，将收发端已知的数据叠加的位置与测距码捕获位置进行比对，根据这两个位置的相位差在接收信号中搜索定位到叠加通信数据的片段，得到叠加的稀疏码的起始位置；

(3.3)根据相应相位的复合码的脉冲位置对回传测距信号q₂进行码片翻转，恢复叠加的稀疏编码序列v₂′；

(3.4)对稀疏编码序列v₂′进行译码，得到下行信息u₂′。

其中，步骤(3.1)中地面站接收并解调下行测距信号，得到回传测距信号q₂，对测距信号进行码钟跟踪，进一步成功捕获各个子码相位后，本地测距信号和回传测距信号经相位比较得到测距信号的收发时延τ以及距离测量值d，具体步骤为：

(3.1.1)将接收信号和各个本地子码序列送入并行或串行的相关器组，各支路的相关函数R_i(w,g)表示为：

其中，C_i(n+g)为第i条支路子码移位g位后的延拓序列，g小于该支路子码的周期，r(n)为接收到的信号，L为相关器相关窗口长度。除此之外，i、n和w分别表示各支路子码的编号，接收数据的采样点以及相关累加值，1≤i≤6。

(3.1.2)检测各子码支路的相关结果，搜索相关峰位置，其判决准则为

其中，W_i表示第i条支路所有的相关结果中，相关峰所处的位置，即子码C_i的相位偏移，其对应的值为该支路相关结果中w取最大值时所对应的g值。

(3.1.3)得到6个子码的捕获相位后，利用中国剩余定理可计算出总的以码片为单位的时延τ，从而得到待测距离d：

d＝c*τ/2，

其中，光速c＝3.0×10⁸m/s。

具体实施例：本发明设计基于复合码的测距与通信融合传输方法，在保证测距性能的基础上进行信息传输，可用一个码流与载波同时实现测距、通信信号同步以及双向通信多个功能。结合本实施例，可以进一步了解发明的目的、特征和优点。

举例说明复合码测距与通信过程。本发明实施例中使用平衡2倍加权Tausworthe复合码(T2B)作为测距码，该复合码由六个子码经布尔逻辑组合生成，子码分别为：

C₁＝+1-1(钟码)

C₂＝+1+1+1-1-1+1-1

C₃＝+1+1+1-1-1-1+1-1+1+1-1

C₄＝+1+1+1+1-1-1-1+1-1-1+1+1-1+1-1

C₅＝+1+1+1+1-1+1-1+1-1-1-1-1+1+1-1+1+1-1-1

C₆＝+1+1+1+1+1-1+1-1+1+1-1-1+1+1-1-1+1-1+1-1-1-1-1

每个子码C_n(i)通过周期为L_n的重复形成L_c长延拓序列C_n′(i)＝C_n(i mod L_n)，然后由逻辑表达式C＝sign(2C₁+C₂-C₃-C₄+C₅-C₆)，生成复合码测距序列C，其中，L_n是第n个子码的长度，L_c＝ΠL_n是复合码的长度，1≤n≤6，i＝0,1,2,…,L_c-1。

本发明实施例中随机生成与复合码相同长度比特的二进制稀疏序列作为稀疏编码序列v，稀疏编码序列v中码元“1”的比率f分别为6.25％、12.5％、25％和32.6％。

首先，将稀疏编码序列v与复合码测距序列C进行逐码片异或叠加，即根据稀疏码的脉冲位置对复合测距码进行码片翻转如图5所示，生成携带信息的叠加序列q，并通过加性高斯白噪声(AWGN)信道传输。

星载处理单元接收到测距信号p，取序列p的一段码元，本实施例中每次任意截取10000码元长度的复合码片段p_u，采用复合码的并行捕获方式，即接收序列片段与六个子码及其不同相位进行相关，经过相位累加得到各个输出值，找到产生最大值的每条子码的相位并结合中国剩余定理计算出相位偏移量，将此接收序列片段与对应相位的复合码片段进行相关，并经过相位累加得到相关累加值R₀，再将相关累加值R₀与设定门限值T进行比较，若R₀≥T，则成功捕获到复合码，分别得到六个子码的相位偏移，由此再生出对应的复合码片段C_u′，与复合码截取片段p_u进行逐码片异或，恢复出叠加的稀疏编码序列v′。

对于测距方面，图6给出了本方法在AWGN信道下，叠加稀疏序列码元“1”的密度f固定为32.6％时，复合码捕获错误率与相关长度关系曲线，由图可知，随着相关长度L的增加，复合码的相位捕获性能随之提升，仍能够适应极低的信噪比，验证了所设计的叠加信号在测距方面仍具有良好的性能。此外，在叠加稀疏序列码元“1”的比例相同时，复合码捕获错误率与叠加的稀疏序列的长度关系曲线，由图可知，随着稀疏序列叠加长度N的降低，复合码的相位捕获性能随之提升。图7比较了提出方法在AWGN信道下，相较于纯测距方案的捕获性能损失。叠加的稀疏序列的密度f为6.25％时，分别在相关长度为20000、40000和80000个码片的条件下对两种方案进行仿真，可以看出，与纯测距方案相比，捕获错误概率为10^-4时，以T2B复合码构造的复合信号的捕获性能有约1.2dB的损失。图8给出了本方法在AWGN信道下，叠加稀疏序列码元“1”的比例不同时，复合码捕获错误率与相关长度关系曲线，由图可知，随着稀疏序列稀疏度的降低，复合码的相位捕获性能随之提升。另外本方案可根据信道环境与测距长度增加复合码捕获相关长度，具有很广信噪比适应范围。

对于通信方面，图9显示了叠加在T2B测距码上的稀疏序列BPSK解调的BER性能。可以观察到，根据测距码中码元“1”的位置对复合信号的码片进行符号翻转来实现通信数据的分离，在正确捕获测距码分量的前提下测距码对通信信号不会产生任何干扰，而在错误捕获的情况下，会造成信息序列的完全失真。在前面的仿真分析中已知，相比于通信功能，再生测距功能可以在更低的信噪比下工作，且可以通过增加相关长度来进一步提高测距码的捕获性能，因此测距信号对通信信号的影响可以不予考虑。

本发明实施例在整个复合码上进行信息序列叠加，实际应用中根据信息序列经稀疏编码后的码长，从复合码起始相位或任意约定相位开始，进行逐码片异或叠加，直至稀疏编码序列结束，在恢复稀疏编码序列时，需拿本地复合码对应相位的片段来进行复合码序列的移除，即根据复合码的脉冲位置对接收信号进行码片翻转，以此来取出叠加的信息序列。提出方案能够以有限的测距性能损失为代价的同时支持通信功能，且无需增加任何额外的频率、功率等资源。此外，可以根据实际情况来调整叠加的稀疏序列的参数配置来降低测距性能的损失，以期满足系统的要求。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (1)

1.一种基于复合码的测距与通信融合传输方法，其特征在于，所述融合传输方法包括以下步骤：

(1)地面站将上行待传输信息序列稀疏编码叠加到复合码，调制并发送；

(2)星载单元收到发送信号后，首先根据子码捕获相位生成并恢复出复合码，然后完成叠加数据的帧同步，并从测距信号中消除复合码，得到叠加的稀疏编码序列，接着对稀疏编码序列进行译码得到传输信息，最后星载单元将待传输信息稀疏编码后叠加到再生的复合码上，调制到载波回传；

(3)地面站收到回传信号，完成复合码检测，进一步完成测距，同时恢复稀疏编码序列，并译码恢复待测节点发送的下行信息；

其中，所述步骤(1)具体为：

(1.1)在地面站子码经布尔逻辑组合生成测距的复合码C；

(1.2)构建稀疏序列映射表，序列集包括2^m条不同的二进制稀疏序列，每个序列的长度为l码片，与位置编号所对应的位置为这条序列的唯一脉冲位置；

(1.3)根据稀疏序列映射表对上行待传输信息u₁进行稀疏化编码，针对每p比特信息位，从序列集中挑选位置编号与输入的编码符号值相同的一组二进制稀疏序列作为传输符号，映射完成后得到稀疏编码序列v₁；

(1.4)将稀疏编码序列v₁与复合码C进行逐码片异或，直至稀疏编码序列结束，得到携带信息的上行测距信号p₁，调制并发送；

其中，所述步骤(2)具体为：

(2.1)星载处理单元接收并解调发送信号，得到上行测距信号q₁，对测距信号进行捕获跟踪，锁定测距信号后，再次生成复合码C′；

(2.2)得到复合码捕获相位后，将收发端已知的数据叠加的位置与测距码捕获位置进行比对，根据这两个位置的相位差在接收信号中搜索定位到叠加通信数据的片段，得到叠加的稀疏码的起始位置；

(2.3)根据相应相位的复合码的脉冲位置对上行测距信号q₁进行码片翻转，恢复叠加的稀疏编码序列v₁′；

(2.4)对稀疏编码序列v₁′进行译码，得到上行信息u₁′；

(2.5)对下行待传输信息u₂进行稀疏化编码，得到稀疏编码序列v₂；

(2.6)将稀疏编码序列v₂与复合码C′进行逐码片异或，直至稀疏编码序列结束，得到携带信息的下行测距信号p₂，调制并发送；

所述步骤(3)具体为：

(3.1)地面站接收并解调下行测距信号，得到回传测距信号q₂，对测距信号进行钟码捕获跟踪，进一步成功捕获各个子码相位后，本地测距信号和回传测距信号经相位比较得到测距信号的收发时延τ以及距离测量值d；

(3.2)得到复合码捕获相位后，将收发端已知的数据叠加的位置与测距码捕获位置进行比对，根据这两个位置的相位差在接收信号中搜索定位到叠加通信数据的片段，得到叠加的稀疏码的起始位置；

(3.3)根据相应相位的复合测距码的脉冲位置对回传测距信号q₂进行码片翻转，恢复叠加的稀疏编码序列v₂′；

(3.4)对稀疏编码序列v₂′进行译码，得到下行信息u₂′；

其中，所述步骤(1.2)为：

(4.1)信息经信道编码后得到编码码字，当以每m比特为一组时，该组编码码字对应的编码符号值的范围为0～2^m-1，m为大于等于2的正整数；

(4.2)为使稀疏编码模块中序列集的各子序列与编码码字符号实现一一对应，对应序列集应由2^m组l码片长的二进制稀疏序列组成，并且两两不同，即各组子序列在序列集中对应的位置编号范围为0～2^m-1，该序列集表示为

其中位置编号为a的子序列可表示为

且a∈{0,1,…,2^m-1}；

(4.3)稀疏编码时选择序列集V中位置编号与输入的编码符号值相同的一组二进制稀疏序列作为对应的传输符号输出，即每m比特的编码码字转为l码片长的传输符号；

其中，所述步骤(3.1)为：

(5.1)将接收信号和各个本地子码序列送入并行或串行的相关器组，各支路的相关函数R_i(w,g)表示为：

其中，C_i(n+g)为第i条支路子码移位g位后的延拓序列，g小于该支路子码的周期，r(n)为接收到的信号，L为相关器相关窗口长度；i、n和w分别表示各支路子码的编号，接收数据的采样点以及相关累加值，1≤i≤6；

(5.2)检测各子码支路的相关结果，搜索相关峰位置，判决准则为：

其中，W_i表示第i条支路所有的相关结果中，相关峰所处的位置，即子码C_i的相位偏移，其对应的值为该支路相关结果中w取最大值时所对应的g值；

(5.3)得到6个子码的捕获相位后，利用中国剩余定理计算出总的以码片为单位的时延τ，从而得到待测距离d：

d＝c*τ/2，

其中，光速c＝3.0×10⁸m/s。

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