CN115296967A - 一种基于线性调频的增强罗兰信号波形与调制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种基于线性调频的增强罗兰信号波形与调制方法。通过获取罗兰C信号的时间宽度和频率带宽；根据时间宽度和所述频率带宽，确定线性调频率；对初始罗兰C信号的脉冲波形，根据线性调频率进行线性调频，将线性调频后的脉冲根据预设相位编码进行编排，得到基于线性调频的增强罗兰C信号波形。本发明中提出的增强罗兰信号能够提升数据传输速率，并且能够通过脉冲压缩提升接收灵敏度与抗干扰能力。

Description

一种基于线性调频的增强罗兰信号波形与调制方法
技术领域
本申请涉及增强罗兰信号波形设计技术领域，特别是涉及一种基于线性调频的增强罗兰信号波形与调制方法。
背景技术
目前典型的远程地基导航系统，包括Omega以及Loran-C系统，信号体制类似，发射的信号为脉冲包络信号。测距方式也类似于Loran-C，通过测量脉冲包络时间差和载波相位差来得到距离差。但是这种信号体制也存在一定的局限性，比如不能连续测距、无法准确测速、测量精度不高等。
在罗兰C信道上实现数据通信，必须对脉冲组重复周期(Grape Repetitioninterval简称：GRI)或脉冲编码周期(Pulse Code Interval简称：PCI)脉冲内或脉冲间的参量，进行附加调制。在一般的模拟或数字通信系统中，人们通常从幅度、频率、相位、脉冲位置等参量中选择合适的对象作为调制参量，使通信得以实现并且性能最优。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现增强罗兰信号的测距、抗干扰能力的基于线性调频的增强罗兰信号波形与调制方法。
一种基于线性调频的增强罗兰信号波形，方法包括：
获取罗兰C信号的时间宽度和频率带宽；
根据时间宽度和频率带宽，确定线性调频率；
对初始罗兰C信号的脉冲波形，根据线性调频率进行线性调频，将线性调频后的脉冲根据预设相位编码进行编排，得到基于线性调频的增强罗兰C信号波形。
一种增强罗兰信号脉冲组的调制方法，所述方法包括：
获取电文信息，以及获取增强罗兰信号脉冲组；所述增强罗兰信号脉冲组是上述任一种所述基于线性调频的增强罗兰信号波形；所述电文信息是14bit信息。
将所述电文信息按照奇偶拆分为两组7bit信息。
将第一组7bit信息，采用BOK调制对一个脉冲组的除第一个脉冲的后7个脉冲进行调制。
将第二组7bit信息，按照增强罗兰中的Eurofix数据传输协议中的三态脉冲调制，选取其中的128种组合代表数据调制。
采用8位walsh序列进行脉冲组的调制，生成一个脉冲信号组，并按照罗兰c信号发射模式进行发射，完成数据调制。
上述一种基于线性调频的增强罗兰信号波形与调制方法，获取罗兰C信号的时间宽度和频率带宽；根据所述时间宽度和所述频率带宽，确定线性调频率；对初始罗兰C信号的脉冲波形，根据线性调频率进行线性调频，将线性调频后的脉冲根据预设相位编码进行编排，得到基于线性调频的增强罗兰C信号波形。本发明中提出的增强罗兰信号能够提升数据传输速率，并且能够通过脉冲压缩提升接收灵敏度与抗干扰能力。
附图说明
图1为一个实施例中基于线性调频的增强罗兰信号波形的设计流程；
图2为一个实施例中增强罗兰信号脉冲组的调制方法的流程示意图；
图3为一个实施例中两种线性调频率下的典型信号脉冲波形示意图；其中，(a)与(b)分别为线性调频率取50MHz/s以及200MHz/s时的典型信号脉冲波形示意图；
图4为另一个实施例中两种线性调频率下信号的频谱示意图；其中，(a)与(b)分别为线性调频率取50MHz/s以及200MHz/s时的信号的频谱示意图；
图5为一个实施例中两种线性调频率下信号进行脉冲压缩解压之后的相关函数示意图；其中，(a)与(b)分别为线性调频率取50MHz/s以及200MHz/s时的信号进行脉冲压缩解压之后的相关函数示意图；
图6为一个实施例中增强罗兰数据调制方法流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于线性调频的增强罗兰信号波形，该方案包括如下步骤：
步骤100：获取罗兰C信号的时间宽度和频率带宽。
步骤102：根据时间宽度和频率带宽，确定线性调频率。
具体的，对于线性调频信号的线性调频率是由频率带宽除以调频信号的时间宽度得到。
步骤104：对初始罗兰C信号的脉冲波形，根据线性调频率进行线性调频，将线性调频后的脉冲根据预设相位编码进行编排，得到基于线性调频的增强罗兰C信号波形。
具体的，罗兰C系统至少包含有三个台组成一个链，一个为主台，其余的台为副台。由于罗兰C系统工作于100kHz低频频率，无论是在陆地还是海上，地波传播距离均很远，为了消除100kHz低频信号的天波对地波的干扰，罗兰C系统采用脉冲组发射方式，即在一个周期中不是发射一个脉冲，而是发射一组具有一定间隔的脉冲组信号采用脉冲组的脉冲编码信号体制。所有发射台的信号载频为100kHz，各台通过时分来区别。同一链内的发射信号有严格的发射顺序。在某一时刻，主台首先发射一组脉冲，脉冲组由八个脉冲组成，相邻两个脉冲的间隔为1000微秒，主台还在脉冲组的第八个脉冲之后2000微秒处发射第九个脉冲，称之为标识脉冲，用于识别主、副台。各副台按照它们的发射延迟，也分别依次发射八个一组的脉冲组，副台脉冲组内每个脉冲间隔为1000微秒。，如此周而复始。
相连的两个脉冲组重复周期(Grape Repetition interval简称：GRI)采用不同的相位编码，GRI-A和GRI-B构成一个PCI(Pulse Code Interval，脉冲编码周期)，A和B的相位编码(PC)按照指定的格式编排。作为优选，A和B的相位编码采用8bit的walsh序列进行编组。
上述一种基于线性调频的增强罗兰信号波形中，通过获取罗兰C信号的时间宽度和频率带宽；根据时间宽度和所述频率带宽，确定线性调频率；对初始罗兰C信号的脉冲波形，根据线性调频率进行线性调频，将线性调频后的脉冲根据预设相位编码进行编排，得到基于线性调频的增强罗兰C信号波形。本发明中提出的增强罗兰信号能够提升数据传输速率，并且能够通过脉冲压缩提升接收灵敏度与抗干扰能力。
在其中一个实施例中，步骤104中预设相位编码是采用8bit的walsh序列进行编组得到的，预设相位编码为：
Figure BDA0003754022380000041
其中，PC为相位编码，PC的元素取值中“0”表示相位取值为0，“1”表示相位取值为π。
具体的，walsh序列的主要特征在于：相互之间完全正交。
相位编码是7*8的矩阵，不同的长波站台发送不同的walsh序列，通过walsh序列可实现区分；相位编码不是唯一的，预设相位编码是基于具备完全正交的特性walsh序列得到的相位编码，是性能较优的相位编码的选择。
在其中一个实施例中，基于线性调频的增强罗兰C信号的脉冲表达式为：
Figure BDA0003754022380000051
其中，i(t)为基于线性调频的增强罗兰C信号的脉冲电流；A为与峰值电流有关的常数；t为时间，单位微秒；τ为包周差，单位微秒；65微秒为脉冲包络的上升至峰值的时间；ω0＝0.2πrad/us；PC为相位编码，等于0或πrad，k为调频率。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种增强罗兰信号脉冲组的调制方法，该方法包括：
步骤200：获取电文信息，以及获取增强罗兰信号脉冲组；增强罗兰信号脉冲组是上述人一种基于线性调频的增强罗兰信号波形；电文信息是14bit信息。
具体的，罗兰增强信号的数据调制过程中，在一个脉冲组的除第一个脉冲的后7个脉冲增加二进制正交键控调制(Binary Orthogonal Keying简称：BOK)调制，这样一组可承载7bit数据，然后结合三态脉冲调制(3S-PPM)，选取其中的128种组合代表数据调制，这样，一组罗兰脉冲可以实现14bit的数据传输。
步骤202：将电文信息按照奇偶拆分为两组7bit信息。
步骤204：将第一组7bit信息，采用BOK调制对一个脉冲组的除第一个脉冲的后7个脉冲进行调制。
BOK调制：二进制正交键控调制，BOK英文全称：Binary Orthogonal Keying。
步骤206：将第二组7bit信息，按照增强罗兰中的Eurofix数据传输协议中的三态脉冲调制，选取其中的128种组合代表数据调制。
步骤208：采用8位walsh序列进行脉冲组的调制，生成一个脉冲信号组，并按照罗兰C信号发射模式进行发射，完成数据调制。
在其中一个实施例中，BOK调制表达式为：
Figure BDA0003754022380000052
其中，A为与峰值电流有关的常数；t为时间，单位微秒，τ为包周差，单位微秒；65微秒为脉冲包络的上升至峰值的时间；ω0＝0.2πrad/us；PC为相位编码，等于0或πrad，k为调频率，T为罗兰增强信号的持续时间，取值为300微秒。BOK调制是通过调频率的正负来选取调制数据。
在其中一个实施例中，采用8位walsh序列进行脉冲组的调制中是将8bit的walsh序列进行编组；8bit的walsh序列进行编组为相位编码；相位编码如式(1)所示。
应该理解的是，虽然图1-2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个具体实施例中，增强罗兰信号的脉冲波形是按照式(2)生成，其中PC根据脉冲组调制取值而定，主要参数在于确定线性调频率k，k的取值将决定信号的时频域特性。
如图3中(a)与(b)给出了线性调频率分别取50MHz/s以及200MHz/s时的典型信号脉冲波形，调频率越高，一个罗兰脉冲信号内的载波周期越多。
如图4中(a)与(b)给出了两种线性调频率下信号的频谱示意图。
如图5中(a)与(b)给出了两种线性调频率下信号进行脉冲压缩解压之后的相关函数示意图，可以看出，调频率越高，信号的带宽越宽，信号的相关函数的时延分辨率越高，因此，在实际选取线性调频率时，需要根据时延测量分辨率以及信号的频率带宽确定。
在另一个实施例中，提供一种增强罗兰信号脉冲组的调制方法，采用如公式(1)所示的walsh序列进行脉冲组的调制，用于区分不同台链、主副台。
walsh序列的主要特征在于：相互之间完全正交。
在另一个实施例中，提供一种数据调制方法，通过调频率的正负，结合各脉冲信号的时延，进行数据信息的调制，如图6所示，具体步骤如下：
将一个脉冲组所需传输的14bit信息拆分为两组7bit信息。
将第一组7bit信息，按照公式(3)选择一个脉冲信号组内某一个脉冲信号所需生成信号的样式。
将第二组7bit信息，按照增强罗兰中的Eurofix数据传输协议中的三态脉冲调制(3S-PPM)，选取其中的128种族和，进行信息传输。
根据公式(2)，生成一个脉冲信号组的信号，并发送，完成数据调制。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于线性调频的增强罗兰信号波形，其特征在于，所述方法包括：
获取罗兰C信号的时间宽度和频率带宽；
根据所述时间宽度和所述频率带宽，确定线性调频率；
对初始罗兰C信号的脉冲波形，根据线性调频率进行线性调频，将线性调频后的脉冲根据预设相位编码进行编排，得到基于线性调频的增强罗兰C信号波形。
2.根据权利要求1所述的信号波形，其特征在于，对初始罗兰C信号的脉冲波形，根据线性调频率进行线性调频，将线性调频后的脉冲根据预设相位编码进行编排，得到基于线性调频的增强罗兰C信号波形，步骤中预设相位编码是采用8bit的walsh序列进行编组得到的；所述预设相位编码为：
Figure FDA0003754022370000011
其中PC为相位编码，PC的元素取值中“0”表示相位取值为0，“1”表示相位取值为π。
3.根据权利要求1所述的信号波形，其特征在于，对初始罗兰C信号的脉冲波形，根据线性调频率进行线性调频，将线性调频后的脉冲根据预设相位编码进行编排，得到基于线性调频的增强罗兰C信号波形，步骤中基于线性调频的增强罗兰C信号的脉冲表达式为：
Figure FDA0003754022370000012
其中，i(t)为基于线性调频的增强罗兰C信号的脉冲电流，A为与峰值电流有关的常数；t为时间，τ为包周差，65微秒为脉冲包络的上升至峰值的时间；
ω0＝0.2πrad/us，PC为相位编码，k为调频率。
4.一种增强罗兰信号脉冲组的调制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取电文信息，以及获取增强罗兰信号脉冲组；所述增强罗兰信号脉冲组是权利要求1-3中任一种所述的基于线性调频的增强罗兰信号波形；所述电文信息是14bit信息；
将所述电文信息按照奇偶拆分为两组7bit信息；
将第一组7bit信息，采用BOK调制对一个脉冲组的除第一个脉冲的后7个脉冲进行调制；
将第二组7bit信息，按照增强罗兰中的Eurofix数据传输协议中的三态脉冲调制，选取其中的128种组合代表数据调制；
采用8位walsh序列进行脉冲组的调制，生成一个脉冲信号组，并按照罗兰c信号发射模式进行发射，完成数据调制。
5.根据权利要求4所述的调制方法，其特征在于，将第一组7bit信息，采用BOK调制对一个脉冲组的除第一个脉冲的后7个脉冲进行调制，步骤中BOK调制表达式为：
BOK调制表达式如下：
Figure FDA0003754022370000021
所述BOK调制通过调频率的正负来选取调制数据；
其中A是与峰值电流有关的常数；t为时间，τ为包周差，65微秒为脉冲包络的上升至峰值的时间；ω0＝0.2πrad/us；PC为相位编码，k为调频率，T为罗兰增强信号的持续时间。
6.根据权利要求4所述的调制方法，其特征在于，采用walsh序列进行脉冲组的调制，生成一个脉冲信号组的信号，并发送，完成数据调制，步骤中采用8位walsh序列进行脉冲组的调制中将8bit的walsh序列进行编组；8bit的walsh序列进行编组为相位编码；所述相位编码为：
Figure FDA0003754022370000031
其中PC为相位编码，PC的元素取值中“0”表示相位取值为0，“1”表示相位取值为π。
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