CN115001558A - 一种基于w码实时估计的gps的p码信号再生转发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，包括S1、采用阵元数不小于7的阵列天线接收卫星信号；S2、设定GPS卫星的L1频点的基带信号；S3、将C/A码信号的估计参数作为P码信号的参数；S4、确定P码时延
Figure 392239DEST_PATH_IMAGE001
与码片序号
Figure 309379DEST_PATH_IMAGE002
之间的关系；S5、计算W码码片序号为
Figure 400701DEST_PATH_IMAGE003
时所对应的P码码片序号范围；S6、根据P码码片序号范围对码片序号为
Figure 795910DEST_PATH_IMAGE003
的W码码片
Figure 610282DEST_PATH_IMAGE004
进行估计；S7、生成卫星i无噪声的L1频点的基带信号；S8、重复步骤S1‑S7得到其他卫星的基带信号；S9、将N颗卫星的基带信号进行数字合路；S10、将合路后的数字信号调制射频并经过发射天线播发。本发明大幅降低系统的体积和功耗。

Description

一种基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法。
背景技术
随着卫星导航在军事装备中的广泛应用，导航战已成为军事对抗的重要组成部分。为了使敌方导航接收机失效或异常，通常会使用压制干扰或灵巧干扰等对抗策略。
压制干扰策略是直接播发大功率干扰信号，使卫星信号完全被强功率干扰所压制，从而导致敌方接收机无法正常接收。该策略简单、可靠、有效，但是目前军用导航接收机普遍采用阵列抗干扰技术，具有很强的抗干扰能力。为了使敌方接收机失效，需要使用大功率的干扰源。较高的发射功率不仅会导致干扰源体积庞大降低其机动性，还容易暴露自身位置，极大限制了压制干扰源在强对抗条件下的生存能力。灵巧干扰策略是播发与真实卫星信号具有相同伪码和电文的虚假导航信号，使敌方接收机跟踪在虚假信号上，从而输出错误的位置信息。在灵巧干扰策略中，如果仅是为了干扰敌方接收机工作，那么播发多颗卫星的虚假信号即可使敌方接收机难以剔除虚假卫星信号。如果要达到诱骗接收机的目的，则需要根据敌方接收机的位置实时调整虚假信号的轨迹。由于灵巧干扰策略不需要播发大功率信号，因此相比压制干扰策略具有更强的战场生存能力。
实施灵巧干扰的关键在于如何产生虚假的导航信号。对于民用信号而言，由于信号格式是完全公开的，因此可以按照需要产生任意时延的虚假信号。但是军用信号使用非公开的无周期长码，这就导致目前几乎所有的欺骗系统均是仅对民用接收机有效。在无法直接生成军码的情况下，只能通过采用转发真实卫星信号的方式产生虚假信号。为了使敌方接收机能够跟踪在虚假信号上，虚假信号要有比真实信号更高的载噪比。
传统GPS的P码信号转发再生方法是使用数字多波束阵列天线对可视卫星进行高增益数字处理，并根据欺骗轨迹调整数字信号的时延和多普勒频率，最后将各卫星信号经数字合路后转成模拟信号，具体的实现框图如图1所示。
由于数字多波束处理后的各卫星信号中仍然含有噪声，因此在多通道合路的过程中会进一步放大噪声，这就导致为了使再生信号相比真实信号具有更高的载噪比，阵列天线必须要求较高的增益。由于数字多波束处理后的各卫星信号中仍然含有噪声，因此在多通道合路的过程中会进一步放大噪声，这就导致为了使再生信号相比真实信号具有更高的载噪比，阵列天线必须要求较高的增益，使得欺骗系统难以实现便携化。
假设转发的卫星数量
Figure 986630DEST_PATH_IMAGE001
为12，并且要求再生信号的载噪比比真实信号载噪比高5dB，则阵列天线的处理增益
Figure 841453DEST_PATH_IMAGE002
必须不小于16dB。接收增益取决于数字多波束阵列天线的阵元数，直接决定了灵巧干扰系统的成本和体积。如果按照0.6的效率来计算，阵列天线要实现16dB的增益需要约66阵元，如此多的阵元数导致整个干扰系统具有很高的成本，并且难以实现较高的机动性能，极大限制了其在战场中的应用。
综上所述，为了实现GPS的P码欺骗干扰系统的便携化，必须要能够在接收天线增益较低的情况下，实现卫星信号的高增益再生转发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，以克服现有技术所存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，包括以下步骤：
S1、采用阵元数不小于7的阵列天线接收卫星信号，采用数字多波束方法对所有可视的GPS卫星进行高增益接收；
S2、设定经过数字多波束处理后的GPS卫星
Figure 621190DEST_PATH_IMAGE003
的L1频点的基带信号；
S3、对GPS L1C/A信号进行接收处理，得到C/A码信号的电文、伪码时延、多普勒频率和载波初相的估计值
Figure 16400DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 768455DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 590917DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 795634DEST_PATH_IMAGE007
，将C/A码信号的估计参数作为P码信号的参数；
S4、根据GPS L1P码的码率
Figure 932217DEST_PATH_IMAGE008
确定P码时延
Figure 601096DEST_PATH_IMAGE009
与码片序号
Figure 594460DEST_PATH_IMAGE010
之间的关系；
S5、根据P码码片序号
Figure 286472DEST_PATH_IMAGE010
与W码码片序号
Figure 23484DEST_PATH_IMAGE011
之间的关系，计算W码码片序号为
Figure 484552DEST_PATH_IMAGE011
时所对应的P码码片序号范围
Figure 914397DEST_PATH_IMAGE012
；
S6、根据P码码片序号范围对码片序号为
Figure 156022DEST_PATH_IMAGE011
的W码码片
Figure 365899DEST_PATH_IMAGE013
进行估计；
S7、外部根据欺骗轨迹设置卫星信号的功率
Figure 9370DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 282220DEST_PATH_IMAGE015
，以及时延
Figure 11141DEST_PATH_IMAGE016
和多普勒频率
Figure 89956DEST_PATH_IMAGE017
，生成卫星i无噪声的L1频点的基带信号；
S8、重复步骤S1-S7得到其他卫星的基带信号；
S9、将N颗卫星的基带信号进行数字合路；
S10、将合路后的数字信号调制射频并经过发射天线播发。
进一步地，所述步骤S2中设定经过数字多波束处理后的GPS卫星
Figure 525616DEST_PATH_IMAGE003
的L1频点的基带信号为：
Figure 297263DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure 185585DEST_PATH_IMAGE019
表示电文序列，
Figure 68090DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 420574DEST_PATH_IMAGE021
分别表示C/A和P码的扩频码序列，
Figure 300805DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 738740DEST_PATH_IMAGE023
分别表示C/A和P码的功率，
Figure 97040DEST_PATH_IMAGE024
表示加密的W码序列，表示伪码时延，
Figure 569610DEST_PATH_IMAGE025
表示多普勒频率，
Figure 683059DEST_PATH_IMAGE026
表示载波初相，
Figure 545973DEST_PATH_IMAGE027
表示基带复信号中的噪声，
Figure 770281DEST_PATH_IMAGE028
为虚数单位。
进一步地，所述步骤S4中P码时延
Figure 831778DEST_PATH_IMAGE009
与码片序号
Figure 53812DEST_PATH_IMAGE029
之间的关系为：
Figure 466338DEST_PATH_IMAGE030
式中，
Figure 434950DEST_PATH_IMAGE031
表示向下取整函数。
进一步地，所述步骤S5中计算W码码片序号为
Figure 616533DEST_PATH_IMAGE032
时所对应的P码码片序号范围
Figure 806206DEST_PATH_IMAGE033
的表达式为：
Figure 643712DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure 209822DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 449174DEST_PATH_IMAGE036
。
进一步地，所述步骤S6中W码码片估计值
Figure 809748DEST_PATH_IMAGE037
的表达式为：
Figure 196867DEST_PATH_IMAGE039
式中，
Figure 504351DEST_PATH_IMAGE040
表示取符号函数，
Figure 394947DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure 129685DEST_PATH_IMAGE042
分别表示积分的起始和结束时间，其表达式分别为：
Figure 738521DEST_PATH_IMAGE043
进一步地，所述步骤S7中生成卫星i无噪声的L1频点的基带信号，其表达式为：
Figure 912013DEST_PATH_IMAGE045
。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的一种基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，能够将GPS的P码欺骗系统所要求的阵列天线阵元数由66降至7，大幅降低系统的体积和功耗，实现装备的便携化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的实现原理图。
图2是本发明基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法的实现原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图2所示，本实施例公开了一种基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，包括以下步骤：
步骤S1、采用阵元数不小于7的阵列天线接收卫星信号，采用传统的数字多波束方法对所有可视的GPS卫星进行高增益接收。
步骤S2、设定经过数字多波束处理后的GPS卫星
Figure 860377DEST_PATH_IMAGE003
的L1频点的基带信号，公式为：
Figure 828333DEST_PATH_IMAGE046
式中，
Figure 862149DEST_PATH_IMAGE019
表示电文序列，
Figure 573753DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 376624DEST_PATH_IMAGE021
分别表示C/A和P码的扩频码序列，
Figure 515481DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 98909DEST_PATH_IMAGE023
分别表示C/A和P码的功率，
Figure 158744DEST_PATH_IMAGE024
表示加密的W码序列，
Figure 144018DEST_PATH_IMAGE009
表示伪码时延，
Figure 391460DEST_PATH_IMAGE025
表示多普勒频率，
Figure 462184DEST_PATH_IMAGE026
表示载波初相，
Figure 515590DEST_PATH_IMAGE027
表示基带复信号中的噪声，
Figure 293054DEST_PATH_IMAGE028
为虚数单位。
步骤S3、采用传统方法对GPS L1C/A信号进行接收处理，得到C/A码信号的电文、伪码时延、多普勒频率和载波初相的估计值
Figure 773713DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 3838DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 860935DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 555222DEST_PATH_IMAGE050
，根据C/A码信号的估计参数可以直接作为P码信号的参数。
步骤S4、根据GPS L1P码的码率
Figure 144466DEST_PATH_IMAGE051
，确定P码时延
Figure 189782DEST_PATH_IMAGE009
与码片序号
Figure 522675DEST_PATH_IMAGE029
之间的关系为：
Figure 71468DEST_PATH_IMAGE030
式中，
Figure 159510DEST_PATH_IMAGE031
表示向下取整函数。
步骤S5、根据P码码片序号
Figure 355437DEST_PATH_IMAGE029
与W码码片序号
Figure 554337DEST_PATH_IMAGE032
之间的关系，计算W码码片序号为
Figure 895320DEST_PATH_IMAGE032
时所对应的P码码片序号范围
Figure 154263DEST_PATH_IMAGE033
，其表达式分别为：
Figure 908592DEST_PATH_IMAGE052
式中，
Figure 583287DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 106672DEST_PATH_IMAGE036
。
步骤S6、根据P码码片序号范围对码片序号为
Figure 474200DEST_PATH_IMAGE032
的W码码片
Figure 450246DEST_PATH_IMAGE053
进行估计，其表达式为：
Figure 990949DEST_PATH_IMAGE055
式中，
Figure 572103DEST_PATH_IMAGE040
表示取符号函数，
Figure 907269DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure 573874DEST_PATH_IMAGE042
分别表示积分的起始和结束时间，W码码片估计值
Figure 652688DEST_PATH_IMAGE037
的表达式分别为：
Figure 150666DEST_PATH_IMAGE043
步骤S7、为了能够欺骗目标，外部根据欺骗轨迹设置卫星信号的功率
Figure 594416DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 810634DEST_PATH_IMAGE057
，以及时延
Figure 693140DEST_PATH_IMAGE058
和多普勒频率
Figure 983307DEST_PATH_IMAGE059
，根据外部设置值，生成卫星i无噪声的L1频点的基带信号，其表达式为：
Figure 925855DEST_PATH_IMAGE045
。
步骤S8、重复步骤S1-S7得到其他卫星的基带信号。
步骤S9、将N颗卫星的基带信号进行数字合路，表达式为：
Figure 298543DEST_PATH_IMAGE060
步骤S10、按照传统方法将合路后的数字信号调制射频，并经过发射天线播发。
本发明利用GPS的P 码信号中加密的W码符号速率较低的特点对W码进行估计，并使用估计出的W码按照给定的时延和多普勒频率生成完全不含噪声的再生信号。在这种情况下，转发信号载噪比主要取决于W码估计的误码率。当接收天线的增益满足一定要求时，W码误码率所引入的载噪比损耗较低，可以保证再生转发信号的载噪比高于真实卫星信号的载噪比。
本发明能够在7阵元的情况下实现12路GPS的P码的再生转发，并且保证转发信号载噪比至少比真实信号高5dB。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用阵元数不小于7的阵列天线接收卫星信号，采用数字多波束方法对所有可视的GPS卫星进行高增益接收；
S2、设定经过数字多波束处理后的GPS卫星
Figure 367507DEST_PATH_IMAGE001
的L1频点的基带信号；
S3、对GPS L1C/A信号进行接收处理，得到C/A码信号的电文、伪码时延、多普勒频率和载波初相的估计值
Figure 352781DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 724856DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 530001DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 645725DEST_PATH_IMAGE005
，将C/A码信号的估计参数作为P码信号的参数；
S4、根据GPS L1P码的码率
Figure 485505DEST_PATH_IMAGE006
确定P码时延
Figure 966165DEST_PATH_IMAGE007
与码片序号
Figure 586502DEST_PATH_IMAGE008
之间的关系；
S5、根据P码码片序号
Figure 178020DEST_PATH_IMAGE008
与W码码片序号
Figure 200203DEST_PATH_IMAGE009
之间的关系，计算W码码片序号为
Figure 851764DEST_PATH_IMAGE009
时所对应的P码码片序号范围
Figure 693818DEST_PATH_IMAGE010
；
S6、根据P码码片序号范围对码片序号为
Figure 89028DEST_PATH_IMAGE009
的W码码片
Figure 903400DEST_PATH_IMAGE011
进行估计；
S7、外部根据欺骗轨迹设置卫星信号的功率
Figure 788179DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 55213DEST_PATH_IMAGE013
，以及时延
Figure 319359DEST_PATH_IMAGE014
和多普勒频率
Figure 988238DEST_PATH_IMAGE015
，生成卫星i无噪声的L1频点的基带信号；
S8、重复步骤S1-S7得到其他卫星的基带信号；
S9、将N颗卫星的基带信号进行数字合路；
S10、将合路后的数字信号调制射频并经过发射天线播发。
2.根据权利要求1所述的基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，其特征在于，所述步骤S2中设定经过数字多波束处理后的GPS卫星
Figure 43919DEST_PATH_IMAGE001
的L1频点的基带信号为：
Figure 798248DEST_PATH_IMAGE016
式中，
Figure 863156DEST_PATH_IMAGE017
表示电文序列，
Figure 386541DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 550806DEST_PATH_IMAGE019
分别表示C/A和P码的扩频码序列，
Figure 854749DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 395452DEST_PATH_IMAGE021
分别表示C/A和P码的功率，
Figure 773343DEST_PATH_IMAGE022
表示加密的W码序列，
Figure 436406DEST_PATH_IMAGE007
表示伪码时延，
Figure 899748DEST_PATH_IMAGE023
表示多普勒频率，
Figure 306459DEST_PATH_IMAGE024
表示载波初相，
Figure 538857DEST_PATH_IMAGE025
表示基带复信号中的噪声，为虚数单位。
3.根据权利要求1所述的基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，其特征在于，所述步骤S4中P码时延
Figure 372821DEST_PATH_IMAGE007
与码片序号
Figure 323459DEST_PATH_IMAGE026
之间的关系为：
Figure 205965DEST_PATH_IMAGE027
式中，
Figure 620765DEST_PATH_IMAGE028
表示向下取整函数。
4.根据权利要求1所述的基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，其特征在于，所述步骤S5中计算W码码片序号为
Figure 563314DEST_PATH_IMAGE029
时所对应的P码码片序号范围
Figure 66495DEST_PATH_IMAGE030
的表达式为：
Figure 752691DEST_PATH_IMAGE031
式中，
Figure 959681DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure 135448DEST_PATH_IMAGE033
。
5.根据权利要求1所述的基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，其特征在于，所述步骤S6中W码码片估计值
Figure 60679DEST_PATH_IMAGE034
的表达式为：
Figure 284986DEST_PATH_IMAGE036
式中，
Figure 674380DEST_PATH_IMAGE037
表示取符号函数，
Figure 693151DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 167995DEST_PATH_IMAGE039
分别表示积分的起始和结束时间，其表达式分别为：
Figure 195994DEST_PATH_IMAGE040
。
6.根据权利要求1所述的基于W码实时估计的GPS的P码信号再生转发方法，其特征在于，所述步骤S7中生成卫星i无噪声的L1频点的基带信号，其表达式为：
Figure 377576DEST_PATH_IMAGE041
。
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Application publication date: 20220902

Assignee: Hunan Guoyu Satellite Technology Co.,Ltd.

Assignor: HUNAN OVERPASS BRIDGE AEROSPACE TECHNOLOGY CO.,LTD.

Contract record no.: X2024980004194

Denomination of invention: A GPS P-code signal regeneration and forwarding method based on real-time estimation of W-code

Granted publication date: 20221115

License type: Common License

Record date: 20240412