CN114924262B - 改变再生码型的伪码测距方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种改变再生码型的伪码测距方法和系统,地面站采用上行伪码对上行载波相位调制后发送上行信号并生成与上行伪码同相位但不同码型的本地伪码;航天器解调并捕获上行伪码,并生成不同码型的再生伪码,采用再生伪码对生成的下行载波相位调制后发送下行信号;地面站获取下行信号中的再生伪码和预先生成的本地伪码之间的相位差,确定地面站与航天器之间的距离。由于上行伪码和再生伪码的码型不同,可根据实际任务场景灵活设计、选择,实现了双向测距精度和双向伪码捕获时间的均衡较优。
Description
技术领域
本发明涉及伪码测距技术领域,具体涉及一种改变再生码型的伪码测距方法和系统。
背景技术
在深空远距离测控场景下,再生伪码测距相比侧音测距可显著提高信噪比和测量精度,将成为后续深空导航的主流测距手段。空间数据系统咨询委员会(ConsultativeCommittee for Space Data System,CCSDS)已发布了关于伪码测距的蓝皮书(标准建议)和绿皮书(技术报告),成为伪码测距的主要设计规范和依据。近年来,数字应答机的研制为该技术的工程实现奠定了良好基础,国内外已有深空应答机配置了伪码测距功能,并成功开展了地面试验或在轨应用。
CCSDS建议的码型为T4B或T2B,二者均为6个分量码C1~C6加权组合而成,区别在于时钟分量码C1的权重:4或2。标准的再生伪码测距中,器上再生伪码与地面上行伪码使用相同码型:如使用T4B码,双向测距精度高,但双向伪码捕获时间长;如使用T2B码,双向伪码捕获时间短,但双向测距精度差。
标准模式流程简单、实现方便,但不够灵活,可能无法较好地满足特定需求。例如,结合特定的测控场景和器地性能进行链路估算后,可能希望上行链路距离捕获时间较短、下行链路测距精度较高(或反之),以达到双向测距精度与双向伪码捕获时间两个关键性能指标的均衡较优。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何实现双向测距精度与双向伪码捕获时间的均衡较优。
根据第一方面,一种实施例中提供一种改变再生码型的伪码测距系统,包括:
地面站,用于生成上行载波和上行伪码,并采用所述上行伪码对所述上行载波相位调制后得到上行信号,发送所述上行信号;所述地面站还用于基于上行伪码,生成本地伪码;其中,所述上行伪码与本地伪码具有相同的相位,上行伪码的码型为第一码型,本地伪码的码型为第二码型;
航天器,用于接收所述上行信号,解调并获取所述上行伪码的码型,捕获得到所述上行伪码;所述航天器还用于生成下行载波,基于所述上行伪码的码型,生成再生伪码,采用所述再生伪码对所述下行载波相位调制后得到下行信号,发送所述下行信号;其中,所述再生伪码的码型为第二码型;
所述地面站还用于接收所述下行信号,解调并捕获得到所述下行信号中的再生伪码,并获取所述再生伪码与所述本地伪码之间的相位差,从而确定所述地面站与航天器之间的距离。
根据第二方面,一种实施例中提供一种改变再生码型的伪码测距方法,包括:
地面站生成上行载波和上行伪码,并采用所述上行伪码对所述上行载波相位调制后得到上行信号,发送所述上行信号;所述地面站还用于基于上行伪码,生成本地伪码;其中,所述上行伪码与本地伪码具有相同的相位,上行伪码的码型为第一码型,本地伪码的码型为第二码型;
航天器接收所述上行信号,解调并获取所述上行伪码的码型,捕获得到所述上行伪码;生成下行载波,基于所述上行伪码的码型,生成再生伪码,采用所述再生伪码对所述下行载波相位调制后得到下行信号,发送所述下行信号;其中,所述再生伪码的码型为第二码型;
地面站接收所述下行信号,解调并捕获得到所述下行信号中的再生伪码,并获取所述再生伪码与所述本地伪码之间的相位差,从而确定所述地面站与航天器之间的距离。
依据上述实施例的改变再生码型的伪码测距方法和系统,地面站采用上行伪码对上行载波相位调制后发送上行信号并生成与上行伪码同相位但不同码型的本地伪码,航天器解调并捕获上行伪码,并基于上行伪码生成再生伪码,采用再生伪码对生成的下行载波相位调制后发送下行信号,地面站根据接收的下行信号中的再生伪码和预先生成的本地伪码之间的相位差,确定地面站与航天器之间的距离;由于上行信号中的上行伪码和下行信号中的再生伪码的码型不同,可根据实际任务场景,调整上行伪码和再生伪码的码型,实现了双向测距精度和双向伪码捕获时间的均衡较优。
附图说明
图1为一种实施例的改变再生码型的伪码测距系统的结构示意图;
图2为一种实施例的改变再生码型的伪码测距方法流程图;
图3为一种例子的不同模式的双向伪码捕获时间(归一化)-双向距离抖动阈值(归一化)示意图;
图4为另一种例子的不同模式的双向伪码捕获时间(归一化)-双向距离抖动阈值(归一化)示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中,很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而,本领域技术人员可以毫不费力的认识到,其中部分特征在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下,本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述,这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没,而对于本领域技术人员而言,详细描述这些相关操作并不是必要的,他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外,说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时,方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此,说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例,并不意味着是必须的顺序,除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身,例如“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的对象,不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”,如无特别说明,均包括直接和间接连接(联接)。
请参考图1,图1为一种实施例的改变再生码型的伪码测距系统的结构示意图,以下简称伪码测距系统,本实施例提供的伪码测距系统包括:地面站10和航天器20。
其中,地面站10包括:第一发射模块101和第一接收模块102。
第一发射模块101用于生成上行载波和上行伪码,并采用上行伪码对上行载波相位调制后得到上行信号,并向航天器20发送上行信号。此外,基于上行伪码,生成本地伪码,其中上行伪码与本地伪码具有相同的相位,上行伪码的码型为第一码型,本地伪码的码型为第二码型。本实施例中,第一发射模块101在生成并发送上行信号的同时,还基于上行伪码生成本地伪码,本地伪码与上行伪码具有相同的相位,且本地伪码的码型与上行伪码的码型不同。在一实施例中,第一发射模块101将生成的本地伪码发送至第一接收模块102,以供第一接收模块102解算距离时使用。
第一接收模块102用于接收航天器20发送的下行信号,解调并捕获得到下行信号中的再生伪码,并获取再生伪码与本地伪码之间的相位差,从而确定地面站10与航天器20之间的距离。
航天器20包括:第二发射模块201和第二接收模块202。
第二接收模块202用于接收地面站10发送的上行信号,解调并获取上行信号中上行伪码的码型,捕获得到所述上行伪码。
第二发射模块201用于生成下行载波,基于上行伪码的码型,生成再生伪码;采用再生伪码对下行载波相位调制后得到下行信号,发送下行信号;其中,再生伪码的码型为第二码型。
本实施例中,地面站10向航天器20发送上行信号的链路为上行链路,航天器20向地面站10发送下行信号的链路为下行链路。
与传统的伪码测距系统不同,本实施例中上行信号中的上行伪码与下行信号中的再生伪码具有不同的码型,由于不同的码型具有不同的优势,例如,上行链路和下行链路均使用T4B时,双向测距精度高,但双向伪码捕获时间长;再例如,上行链路和下行链路均使用T2B时,双向伪码捕获时间短,但双向测距精度差。这样,本发明实施例可根据上行链路和下行链路的不同情况,设置不同的码型,利于实现双向测距精度与双向伪码捕获时间的均衡较优。
在一实施例中,第一码型为T2B,第二码型为T4B;也就是,上行链路所采用的码型为T2B,下行链路所采用的码型为T4B。在另一实施例中,第一码型为T4B,第二码型为T2B;也就是,上行链路所采用的码型为T4B,下行链路所采用的码型为T2B。
基于上述描述可知,上行链路和下行链路采用不同的码型,可均衡双向测距精度和双向伪码捕获时间两个关键指标,然而,如何选择上行链路和下行链路的码型也是一个问题,下面对该问题进行说明。
本实施例提供的改变再生码型的伪码测距系统还包括处理器,处理器用于计算第一码型为T2B且第二码型为T4B对应的第一情况的归一化评价因子;同理,还用于计算第一码型为T4B且第二码型为T2B对应的第二情况的归一化评价因子。
若计算得到的第一情况的归一化评价因子小于或等于第二情况的归一化评价因子,则第一码型为T2B,第二码型为T4B。
若第二情况的归一化评价因子小于第一情况的归一化评价因子,则第一码型为T4B,第二码型为T2B。
在本实施例中,根据以下公式可计算第一码型为T2B且第二码型为T4B对应的第一情况的归一化评价因子:
其中,F为归一化评价因子,其中,为第一情况的归一化评价因子;为上行伪码的码型为T2B、再生伪码的码型为T4B情形下的双向伪码捕获时间,2w表示上行链路和下行链路组成的双向链路,为标准T2B伪码测距情形下的双向伪码捕获时间,为标准T4B伪码测距情形下的双向伪码捕获时间,为上行伪码的码型为T2B、再生伪码的码型为T4B情形下的双向距离抖动阈值,,表示上行伪码的码型为T2B情形下的上行链路单向距离抖动,u代表上行链路;表示再生伪码的码型为T4B情形下的下行链路单向距离抖动,d表示下行链路;为标准T4B伪码测距情形下的双向距离抖动阈值,为标准T2B伪码测距情形下的双向距离抖动阈值。
同理,根据以下公式可计算第一码型为T4B且第二码型为T2B对应的第二情况的归一化评价因子:
其中,F为归一化评价因子,其中,为第二情况的归一化评价因子;为上行伪码的码型为T4B、再生伪码的码型为T2B情形下的双向伪码捕获时间,2w表示上行链路和下行链路组成的双向链路,为标准T2B伪码测距情形下的双向伪码捕获时间,为标准T4B伪码测距情形下的双向伪码捕获时间,为上行伪码的码型为T4B、再生伪码的码型为T2B情形下的双向距离抖动阈值,, 其中表示上行伪码的码型为T4B情形下的上行链路单向距离抖动,u代表上行链路;表示再生伪码的码型为T2B情形下的下行链路单向距离抖动,d表示下行链路;为标准T4B伪码测距情形下的双向距离抖动阈值,为标准T2B伪码测距情形下的双向距离抖动阈值。
此外,在一实施例中,航天器用于获取所述上行伪码的码型,包括:
生成与上行伪码同速率的时钟分量码;将时钟分量码与所述上行伪码进行相关处理,得到相关系数;判断相关系数的绝对值与预设阈值的大小关系;若相关系数的绝对值小于或等于预设阈值,则上行伪码的码型为T2B;若相关系数的绝对值大于预设阈值,则上行伪码的码型为T4B。本实施例中预设阈值取0.783。
在一实施例中,根据以下公式将时钟分量码与航天器20解调得到的上行伪码进行相关处理,得到相关系数:
其中,Fchip为上行码片速率(单位chip/s),(Pr/N0)u表示上行链路实际接收的测距信噪谱密度比,Pr表示测距信号功率,N0表示噪声功率谱密度,u代表上行链路。
本发明实施例提供的改变再生码型的伪码测距系统,上行链路和下行链路采用不同的码型,实现了双向测距精度和双向伪码捕获时间的均衡。
基于上述实施例提供的伪码测距系统,请参见图2,图2为一种实施例的改变再生码型的伪码测距方法流程图,以下简称伪码测距方法,本实施例提供的伪码测距方法包括以下步骤:
步骤100:地面站生成上行载波和上行伪码,并采用上行伪码对上行载波相位调制后得到上行信号,发送上行信号;地面站还用于基于上行伪码,生成本地伪码;其中,上行伪码与本地伪码具有相同的相位,上行伪码的码型为第一码型,本地伪码的码型为第二码型。
步骤200:航天器接收上行信号,解调并获取上行伪码的码型,捕获得到上行伪码;航天器生成下行载波,基于上行伪码的码型,生成再生伪码,采用再生伪码对下行载波相位调制后得到下行信号,发送下行信号;其中,再生伪码的码型为第二码型。
步骤300:地面站接收下行信号,解调并捕获得到下行信号中的再生伪码,并获取再生伪码与所述本地伪码之间的相位差,从而确定地面站与航天器之间的距离。
需要说明的是,上述方法步骤的具体实施方式在上述实施例中已经进行了详细说明,此处不再赘述。
基于上述方案,为便于更好地理解本发明实施例提供的伪码测距系统,以下列举具体实施例进行详细说明:
(1)月球S频段测控
如表1所示,表1示出了地面站10和航天器20进行伪码测距时一个例子的场景参数。
表1
以上述场景为例,本发明实施例提供的伪码测距系统中在处理器中实施的方法包括以下步骤:
步骤201:处理器计算在标准T2B再生伪码测距情形下的双向伪码捕获时间、双向距离抖动阈值,结果分别为0.24s、0.824m;计算在标准T4B再生伪码测距情形下的双向伪码捕获时间、双向距离抖动阈值,结果分别为3.99s、0.551m。
步骤202:计算在上行伪码的码型为T2B、再生伪码的码型为T4B情形下的双向伪码捕获时间、双向距离抖动阈值,结果分别为2.77s、0.614m;计算在上行伪码的码型为T4B、再生伪码的码型为T2B情形下的双向伪码捕获时间、双向距离抖动阈值,结果分别为1.47s、0.778m。
步骤203:根据步骤201和步骤203计算的参数,分别计算第一情况的归一化评价因子和第二情况的归一化评价因子,、分别为0.91、1.16,因此,选择上行码型为T2B,本地码型为T4B作为性能较优的方案。以上相关计算结果见表2,表2中的上行T2B(T4B)是指地面站10发送的上行信号中的上行伪码的码型为T2B(T4B),再生T2B(T4B)是指航天器20基于上行伪码生成的再生伪码的码型为T2B(T4B),标准T2B(T4B)是指上行信号和下行信号中的伪码码型相同,均为T2B(T4B)。
表2
如图3所示,图3示出了一种例子的不同模式的双向伪码捕获时间(归一化)-双向距离抖动阈值(归一化)情况。在实施例所设定的月球S频段测控的具体场景下,“上行T2B,再生T4B”模式具有更好的整体性能:相比标准T4B模式,在基本保持双向距离抖动的情况下,缩短了双向伪码捕获时间。
以上行T2B、再生T4B为例,计算过程如下:
其中,T6(30,T2B)表示测距信噪谱密度比为30dBHz、采用T2B码、使用6个并行相关处理器时,使伪码捕获概率达到99.9%所需的积分时间,约为5.178s;T76(30,T4B)表示测距信噪谱密度比为30dBHz、采用T4B码、使用76个并行相关处理器时,使伪码捕获概率达到99.9%所需的积分时间,约为4.310s;(Pr/N0)u、(Pr/N0)d分别表示上行链路、下行链路实际接收的测距信噪谱密度比,根据上行、下行链路指标进行链路计算,分别为48.17dBHz、32.05dBHz。经计算得到,、分别为0.08s、2.69s,双向伪码捕获时间为2.77s。
以上行T2B、再生T4B为例,计算过程如下:
其中,c为光速,取299792458m/s,Fchip为码片速率,BL为码片跟踪环路带宽。经计算得到,、分别为0.365m、0.494m,(Pr/N0)u、(Pr/N0)d分别表示上行链路、下行链路实际接收的测距信噪谱密度比,伪码测距双向距离抖动阈值为0.614m。
(2)深空X频段测控
如表3所示,表3示出了地面站10和航天器20进行伪码测距时的另一例子的场景参数。
表3
按照上述(1)中处理器中实施的方法进行计算,可得到如表4所示的相关计算结果。
表4
如图4所示,图4示出了另一种例子的不同模式的双向伪码捕获时间(归一化)-双向距离抖动阈值(归一化)情况。在本实施例所设定的深空X频段测控的具体场景下,“上行T4B,再生T2B”模式具有更好的整体性能:相比标准T2B模式,在基本保持双向伪码捕获时长的情况下,减小了双向距离抖动。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述,只是用于帮助理解本发明,并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员,依据本发明的思想,还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种改变再生码型的伪码测距系统,其特征在于,包括:
地面站,用于生成上行载波和上行伪码,并采用所述上行伪码对所述上行载波相位调制后得到上行信号,发送所述上行信号;所述地面站还用于基于上行伪码,生成本地伪码;其中,所述上行伪码与本地伪码具有相同的相位,上行伪码的码型为第一码型,本地伪码的码型为第二码型;
航天器,用于接收所述上行信号,解调并获取所述上行伪码的码型,捕获得到所述上行伪码;所述航天器还用于生成下行载波,基于所述上行伪码的码型,生成再生伪码,采用所述再生伪码对所述下行载波相位调制后得到下行信号,发送所述下行信号;其中,所述再生伪码的码型为第二码型;
所述地面站还用于接收所述下行信号,解调并捕获得到所述下行信号中的再生伪码,并获取所述再生伪码与所述本地伪码之间的相位差,从而确定所述地面站与航天器之间的距离。
2.如权利要求1所述的改变再生码型的伪码测距系统,其特征在于,所述第一码型为T2B,第二码型为T4B;
或者,所述第一码型为T4B,第二码型为T2B。
3.如权利要求2所述的改变再生码型的伪码测距系统,其特征在于,所述解调并获取所述上行伪码的码型,包括:
生成与所述上行伪码同速率的时钟分量码;
将所述时钟分量码与所述上行伪码进行相关处理,得到相关系数;
判断所述相关系数的绝对值与预设阈值的大小关系;
若所述相关系数的绝对值小于或等于所述预设阈值,则所述上行伪码的码型为T2B;
若所述相关系数的绝对值大于所述预设阈值,则所述上行伪码的码型为T4B。
5.如权利要求2所述的改变再生码型的伪码测距系统,其特征在于,还包括:
处理器,用于计算所述第一码型为T2B且所述第二码型为T4B对应的第一情况的归一化评价因子;所述处理器还用于计算所述第一码型为T4B且所述第二码型为T2B对应的第二情况的归一化评价因子;
若所述第一情况的归一化评价因子小于或等于所述第二情况的归一化评价因子,则所述第一码型为T2B,所述第二码型为T4B;
若所述第二情况的归一化评价因子小于所述第一情况的归一化评价因子,则所述第一码型为T4B,所述第二码型为T2B。
6.如权利要求5所述的改变再生码型的伪码测距系统,其特征在于,所述计算所述第一码型为T2B且所述第二码型为T4B对应的第一情况的归一化评价因子,包括:
根据以下公式计算所述第一情况的归一化评价因子:
7.一种改变再生码型的伪码测距方法,其特征在于,包括:
地面站生成上行载波和上行伪码,并采用所述上行伪码对所述上行载波相位调制后得到上行信号,发送所述上行信号;所述地面站还用于基于上行伪码,生成本地伪码;其中,所述上行伪码与本地伪码具有相同的相位,上行伪码的码型为第一码型,本地伪码的码型为第二码型;
航天器接收所述上行信号,解调并获取所述上行伪码的码型,捕获得到所述上行伪码;生成下行载波,基于所述上行伪码的码型,生成再生伪码,采用所述再生伪码对所述下行载波相位调制后得到下行信号,发送所述下行信号;其中,所述再生伪码的码型为第二码型;
地面站接收所述下行信号,解调并捕获得到所述下行信号中的再生伪码,并获取所述再生伪码与所述本地伪码之间的相位差,从而确定所述地面站与航天器之间的距离。
8.如权利要求7所述的改变再生码型的伪码测距方法,其特征在于,所述第一码型为T2B,第二码型为T4B;
或者,所述第一码型为T4B,第二码型为T2B。
9.如权利要求7所述的改变再生码型的伪码测距方法,其特征在于,所述解调并获取所述上行伪码的码型,包括:
生成与所述上行伪码同速率的时钟分量码;
将所述时钟分量码与所述上行伪码进行相关处理,得到相关系数;
判断所述相关系数与预设阈值的大小关系;
若所述相关系数小于或等于所述预设阈值,则所述上行伪码的码型为T2B;
若所述相关系数大于所述预设阈值,则所述上行伪码的码型为T4B。
10.如权利要求7所述的改变再生码型的伪码测距方法,其特征在于,还包括:
处理器计算所述第一码型为T2B且所述第二码型为T4B对应的第一情况的归一化评价因子;所述处理器还计算所述第一码型为T4B且所述第二码型为T2B对应的第二情况的归一化评价因子;
若所述第一情况的归一化评价因子小于或等于所述第二情况的归一化评价因子,则所述第一码型为T2B,所述第二码型为T4B;
若所述第二情况的归一化评价因子小于所述第一情况的归一化评价因子,则所述第一码型为T4B,所述第二码型为T2B。
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CN114924262A (zh) | 2022-08-19 |
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