CN115664580B - 基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法 - Google Patents

基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115664580B
CN115664580B CN202211259677.8A CN202211259677A CN115664580B CN 115664580 B CN115664580 B CN 115664580B CN 202211259677 A CN202211259677 A CN 202211259677A CN 115664580 B CN115664580 B CN 115664580B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sequence
gold
random
pseudo
sequences
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211259677.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115664580A (zh
Inventor
欧钢
王环宇
袁木子
马春江
唐小妹
王思鑫
林红磊
吴健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202211259677.8A priority Critical patent/CN115664580B/zh
Publication of CN115664580A publication Critical patent/CN115664580A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115664580B publication Critical patent/CN115664580B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，属于扩频通信技术领域。所述方法基于最小本原多项式生成y组m序列优选对，所述m序列优选对用于生成符合目标参数的截短伪随机码；从而提高选中目标伪随机码的概率，按照伪随机码性能要求排除未达到要求的码型，可以实现快速得到目标数量的、能够满足工程中对于伪随机码性能要求的伪随机码。

Description

基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法
技术领域
本发明属于扩频通信技术领域，尤其涉及一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法。
背景技术
现阶段应用于通信和卫星领域的伪随机码主要类型包括GOLD码、Weil码等，由于所需的伪随机码码长可能无法恰好满足伪随机序列的周期码长，主要采用将码长更长的伪随机序列截短生成特定码长的伪随机序列，而针对截短伪随机序列传统的选择伪随机码的方法可选择组合码的范围较小,难以获得足够多的码组数和良好互相关性能，有学者提出全域搜索的方案，可以得到足够多的相关性能良好的伪随机序列，但是该搜索过程计算复杂度高，对计算机内存和计算性能要求较高，不符合工程实践需求。因此低计算复杂度的截短伪随机序列选码方案，是目前需要解决的关键问题之一。
当前国内在截短伪随机序列选码方面，在学术领域主要针对如何选出最佳性能的伪随机序列这一问题，而对在工程上如何选出符合要求的伪随机序列关注度较低。由于对截短伪随机码选码结果的学术与工程要求不同，因此针对工程上关注的伪随机码性能与计算复杂度的取舍问题需要一个折衷方案。
发明内容
为至少解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明提出一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法。
所述方法包括：
步骤S1、配置目标参数；其中，所述目标参数为需要生成的伪随机码的码长N0、个数n和性能要求，所述性能要求为所述伪随机码的归一化自相关旁瓣功率不超过ACFmaxdB以及相邻两个所述伪随机码的归一化互相关功率不超过CCFmaxdB。
步骤S2、基于最小本原多项式生成y组m序列优选对，所述m序列优选对用于生成所述伪随机码。
步骤S3、任选一组所述m序列优选对，包含第一m序列和第二m序列，通过将所述第一m序列和所述第二m序列按相位相乘来获取第一候选截短伪随机序列。
步骤S4、从任选的一组m序列优选对中继续获取其他候选截短伪随机序列，每选取出一个候选截短伪随机序列都判断是否满足所述性能要求，若是，则继续选取，直到获取n个候选截短伪随机序列作为一组候选截短伪随机序列。
步骤S5、遍历完所述y组m序列优选对后，将获取到的y0组候选截短伪随机序列中选取具归一化奇互相关功率和归一化偶互相关最大旁边功率的最大值按照从小到大进行排序，排序最靠前的一组候选截短伪随机序列作为最终生成的伪随机码。
具体地，在所述步骤S2中：生成num组最小本原多项式，每组本原多项式用于生成一个m序列，求序列mi和序列mj的互相关功率基于归一化互相关功率由小到大的顺序进行排序，并选出y组所述m序列优选对。
具体地，所述步骤S3具体包括：
初始化编号标记数组gold＝[1,...,N]，其用于标记未筛选的序列编号，以各个m序列优选对中的第二m序列初始码相位作为所述用于标记未筛选的序列编号，其中，以全-1为初始相位，移位gold位，m序列的码长为N。
初始化最终选定的序列集合GOLD_final。
遍历第k对m序列优选对设定临时编号数组gold_index＝[1,...,N]，以初始码相位作为所述临时编号数组中的编号，其中，以全-1为初始相位，移位gold_index位。
将各个m序列优选对中的第一m序列和第二m序列按位相乘并截短到N0作为第一候选截短伪随机序列。
随机选定符合序列平衡性和所述归一化自相关旁瓣功率要求的gold_index编号，将所述第一候选截短伪随机序列、gold_index、保存在所述集合GOLD_final中并将所述gold_index编号从gold_index中删除。
具体地，所述步骤S4具体包括：
随机获取属于gold_index集合中的一个整数，并生成与所述整数对应的第二m序列和候选截短伪随机序列，选定符合序列平衡性和所述归一化自相关旁瓣功率要求的gold_index编号，与所述集合GOLD_final中的候选截短伪随机序列进行互相关运算，保留所述归一化互相关功率不超过CCFmaxdB的gold_index编号，将该GOLD序列、gold_index、保存在所述集合GOLD_final中并将该编号从gold_index中删除。
若不符合所述归一化互相关功率不超过CCFmaxdB的条件，则重新执行所述步骤S4，直到筛选出n-1个所述候选截短伪随机序列，并保存此时的所述m序列优选对对应的本原多项式。
具体地，若无法选出符合条件的n-1个所述候选截短伪随机序列，则在gold中删除本轮筛选过程中保存在GOLD_final中的序列编号，并返回所述步骤S3，重新生成所述第一候选截短伪随机序列。
具体地，若依然无法搜索出n-1个所述候选截短伪随机序列，则遍历第k+1对m序列优选，重复所述步骤S3和所述步骤S4，直到选出满足要求的n个候选截短伪随机序列作为一组候选截短伪随机序列。
具体地，若遍历所述y组m序列优选对之后都无法得到n个候选截短伪随机序列，则返回步骤S2，通过改变抽头数tap、增大搜索空间或增大1-2阶循环移位寄存器的阶数order，来重新生成所述y组m序列优选对。
具体地，在所述步骤S5中，对选取的所述集合GOLD_final中的序列进行平衡性、奇/偶自相关、奇/偶互相关计算，保留所述归一化奇互相关功率和所述归一化偶互相关最大旁瓣的最大值，在遍历y组m序列优选对得到y0组候选截短伪随机序列后，选定具有最小归一化奇互相关功率、归一化偶互相关最大旁瓣功率的最大值的一组候选截短伪随机序列作为最终生成的伪随机码。
综上，本发明的技术方案通过生成随机数确定需要检测的伪随机码，提高选中目标伪随机码的概率，按照伪随机码性能要求排除未达到要求的码型，可以实现快速得到目标数量的、能够满足工程中对于伪随机码性能要求的伪随机码。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为根据本发明实施例的序列发生器的第一逻辑图；
图2为根据本发明实施例的序列发生器的第二逻辑图；
图3为根据本发明实施例的归一化奇/偶互相关功率分布图；
图4为根据本发明实施例的32个Weil码奇/偶归一化自相关旁瓣功率分布图；
图5为根据本发明实施例的32个Weil码奇/偶归一化互相关最大功率分布图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法。所述方法包括：
步骤S1、配置目标参数；其中，所述目标参数为需要生成的伪随机码的码长N0、个数n和性能要求，所述性能要求为所述伪随机码的归一化自相关旁瓣功率不超过ACFmaxdB以及相邻两个所述伪随机码的归一化互相关功率不超过CCFmaxdB。
步骤S2、基于最小本原多项式生成y组m序列优选对，所述m序列优选对用于生成所述伪随机码。
步骤S3、任选一组所述m序列优选对，包含第一m序列和第二m序列，通过将所述第一m序列和所述第二m序列按相位相乘来获取第一候选截短伪随机序列。
步骤S4、从任选的一组m序列优选对中继续获取其他候选截短伪随机序列，每选取出一个候选截短伪随机序列都判断是否满足所述性能要求，若是，则继续选取，直到获取n个候选截短伪随机序列作为一组候选截短伪随机序列。
步骤S5、遍历完所述y组m序列优选对后，将获取到的y0组候选截短伪随机序列中选取具归一化奇互相关功率和归一化偶互相关最大旁边功率的最大值按照从小到大进行排序，排序最靠前的一组候选截短伪随机序列作为最终生成的伪随机码。
具体地，在所述步骤S2中：生成num组最小本原多项式，每组本原多项式用于生成一个m序列，求序列mi和序列mj的互相关功率基于归一化互相关功率由小到大的顺序进行排序，并选出y组所述m序列优选对。
具体地，所述步骤S3具体包括：
初始化编号标记数组gold＝[1,...,N]，其用于标记未筛选的序列编号，以各个m序列优选对中的第二m序列初始码相位作为所述用于标记未筛选的序列编号，其中，以全-1为初始相位，移位gold位，m序列的码长为N。
初始化最终选定的序列集合GOLD_final。
遍历第k对m序列优选对设定临时编号数组gold_index＝[1,...,N]，以初始码相位作为所述临时编号数组中的编号，其中，以全-1为初始相位，移位gold_index位。
将各个m序列优选对中的第一m序列和第二m序列按位相乘并截短到N0作为第一候选截短伪随机序列。
随机选定符合序列平衡性和所述归一化自相关旁瓣功率要求的gold_index编号，将所述第一候选截短伪随机序列、gold_index、保存在所述集合GOLD_final中并将所述gold_index编号从gold_index中删除。
具体地，所述步骤S4具体包括：
随机获取属于gold_index集合中的一个整数，并生成与所述整数对应的第二m序列和候选截短伪随机序列，选定符合序列平衡性和所述归一化自相关旁瓣功率要求的gold_index编号，与所述集合GOLD_final中的候选截短伪随机序列进行互相关运算，保留所述归一化互相关功率不超过CCFmaxdB的gold_index编号，将该GOLD序列、gold_index、保存在所述集合GOLD_final中并将该编号从gold_index中删除。
若不符合所述归一化互相关功率不超过CCFmaxdB的条件，则重新执行所述步骤S4，直到筛选出n-1个所述候选截短伪随机序列，并保存此时的所述m序列优选对对应的本原多项式。
具体地，若无法选出符合条件的n-1个所述候选截短伪随机序列，则在gold中删除本轮筛选过程中保存在GOLD_final中的序列编号，并返回所述步骤S3，重新生成所述第一候选截短伪随机序列。
具体地，若依然无法搜索出n-1个所述候选截短伪随机序列，则遍历第k+1对m序列优选，重复所述步骤S3和所述步骤S4，直到选出满足要求的n个候选截短伪随机序列作为一组候选截短伪随机序列。
具体地，若遍历所述y组m序列优选对之后都无法得到n个候选截短伪随机序列，则返回步骤S2，通过改变抽头数tap、增大搜索空间或增大1-2阶循环移位寄存器的阶数order，来重新生成所述y组m序列优选对。
具体地，在所述步骤S5中，对选取的所述集合GOLD_final中的序列进行平衡性、奇/偶自相关、奇/偶互相关计算，保留所述归一化奇互相关功率和所述归一化偶互相关最大旁瓣的最大值，在遍历y组m序列优选对得到y0组候选截短伪随机序列后，选定具有最小归一化奇互相关功率、归一化偶互相关最大旁瓣功率的最大值的一组候选截短伪随机序列作为最终生成的伪随机码。
第一实施例
由于伪随机码类型不唯一，以GOLD序列为例，根据本发明实施例的一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，包括以下步骤：
目标参数确定：确定需要生成的GOLD码的码长为N0，选取的测距码(GOLD码)个数为n个,选出的n个GOLD码的性能要求为归一化自相关旁瓣功率不超过ACFmaxdB，两个GOLD序列的归一化互相关功率不超过CCFmaxdB。
m序列优选对生成：确定循环移位寄存器的阶数order，即m序列码长为N，生成num组最小本原多项式，每组本原多项式可生成一个m序列，求mi和mj的互相关功率对归一化互相关功率由小到大进行排序，依据m序列优选对定义选出y组优选对，即确定了生成GOLD序列的组数为y组(y组GOLD码族)。
确定第一个GOLD序列：初始化编号标记数组gold＝[1,...,N]，用来标记未筛选的序列编号，编号指优选对初始码相位(即以全-1为初始相位，移位gold位)，初始化最终选定的GOLD序列的集合(GOLD_final)。遍历第k对m序列优选对设定一个临时GOLD编号数组gold_index＝[1,...,N]，编号指优选对初始码相位(即以全-1为初始相位，移位gold_index位)，和按位相乘得到相应的GOLD序列，将该序列截短到N0，随机选定符合GOLD序列平衡性和自相关旁瓣指标的GOLD编号，将该GOLD序列、gold_index、保存在最终选定的GOLD序列的集合(GOLD_final)中并将该编号从gold_index中删除。
确定其余n-1个GOLD序列：随机生成属于gold_index集合中的一个整数，生成相应的和GOLD序列，将该序列截短到N0，选定符合GOLD序列平衡性和自相关旁瓣指标的GOLD编号，与集合GOLD_final中的GOLD序列进行互相关运算，保留归一化互相关功率不超过CCFmaxdB的GOLD编号，将该GOLD序列、gold_index、保存在最终选定的GOLD序列的集合(GOLD_final)中并将该编号从gold_index中删除，若不符合互相关指标，再次执行S4，直到筛选出n-1个GOLD序列，保存此时的m序列优选对对应的本原多项式。若无法筛选出则删除gold中在本轮筛选过程中保存的GOLD_final中的序列编号，返回步骤S3，重新生成第一个符合要求的GOLD序列。若依然无法搜索出n个GOLD序列，则遍历第k+1对m序列优选，重复S3和S4步骤，直到选出满足要求的n个GOLD序列。未筛选出足够的符合要求的GOLD序列补充遍历：若遍历所有m序列优选对之后都无法得到足够多的GOLD序列，可返回步骤S2，改变抽头数tap，增大搜索空间或增大1-2阶循环移位寄存器的阶数order，执行以上步骤；
GOLD_final集合中GOLD序列性能分析及局部最优解的选定：对选取的GOLD_final进行平衡性、奇/偶自相关、奇/偶互相关进行计算，保留归一化奇互相关功率和归一化偶互相关最大旁瓣的最大值，在遍历全部m序列优选对得到多组选码结果后，选定归一化奇互相关功率、归一化偶互相关最大旁瓣功率最大值最小的选码结果作为选码的最终结果。
上述实施例采用生成随机数的方法选定的初始相位，并按照目标参数的要求过滤出符合条件的GOLD序列，保证选出的所有GOLD序列的相关性能符合工程要求，且避免遍历所有可能的GOLD序列，对计算机的内存和计算性能要求降低。生成随机数的方法提高了选到符合条件的序列的概率，及时删除已经选定的序列编号可以避免随机数重复生成，最后对选定的GOLD序列进行性能分析可以确定一组相关性能局部最优的GOLD序列。同理，其他类型的截短伪随机序列也可采用这种思想，随机生成序列并及时更新生成的随机数集合避免重复搜索，按照目标参数分级判断并过滤序列，该方法可应用于工程上卫星导航信号测距码、通信扩频码的选定。
同理，其他类型的截短伪随机序列也可采用这种思想，随机生成序列并及时更新生成的随机数集合避免重复搜索，按照目标参数分级判断并过滤序列，该方法可应用于工程上卫星导航信号测距码、通信扩频码的选定。
根据本发明的一些实施例，所述S2中最小本原多项式由MATLAB中的函数gfprimfd()生成。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S2中循环移位寄存器的阶数应满足N＝2order-1≥N0。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S2中mi和mj的互相关功率
的计算公式为：
其中，corri,j表示mi和mj的互相关函数值。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S2中m序列优选对定义是指互相关函数的绝对值不大于互相关下限β的m序列对，其中β的表达式为：
其中，n表示移位寄存器阶数。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S3和S4中的GOLD序列发生器的逻辑图如图1所示。
在二元序列(GOLD序列、m序列)中，0对应1，1对应-1，异或操作对应乘法操作，对应的本原多项式为
的本原多项式同理。的循环移位寄存器以全-1为初始相位，生成以全-1为初始相位，再将序列延迟gold位输出得到(即的初相不是全-1)。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S3、S4中，筛选GOLD序列的条件表达式为(为方便，这里用周期为N的a、b序列代表两个GOLD序列)：
序列a的平衡性：
周期相关函数：
归一化相关功率表达式：
根据弱平衡性原则，平衡性条件为在码筛选的过程中，要将相关函数转化为归一化相关功率的形式，取自相关次大值(即最大旁瓣)、互相关最大值与目标参数进行对比来完成筛选。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S5中，偶相关和奇相关的表达式分别为：
第二实施例
以截短Weil码和截短GOLD码为例。
1.截短GOLD码选码
以选定n＝16个周期为1ms，码速率为10.23MHz，码长N0＝10230的GOLD序列为例，归一化自相关旁瓣功率比小于-30dB，归一化最大互相关功率小于-28dB，由2order-1≥10230得移位寄存器阶数order≥14，因此取order＝14，一周期m序列的码长N＝16383。
使用MATLAB中的gfprimfd函数，为了使选码范围足够大，选定抽头数为7个，则可产生226组本原多项式。
依据m序列优选对定义，即互相关函数的绝对值不大于互相关下限值β的m序列对，其中β的表达式为：
当order＝14时，β＝257，转换为互相关功率值约为-36.0892dB，满足条件的共有113对，将这些m序列，按照互相关值的从小到大的顺序进行遍历，每对m序列优选对通过一个m序列保持不变，另一序列改变初相的方法生成GOLD序列，再使用三个性能指标分步进行选码(平衡性、归一化自相关最大旁瓣功率值、归一化最大互相关功率值)。在使用指标逐步筛选GOLD序列的过程中，首先随机生成一个符合指标1和指标2的GOLD码，放入最终选定的GOLD码集合中，然后随机生成符合指标1和指标2的GOLD码，与集合中已存的序列进行指标3的计算，若符合指标3则将该GOLD码存入集合，反之再随机生成一个GOLD码进行相同的操作，若无法选够16个GOLD码，则改变第一个存入集合的随机选取的GOLD码，循环进行这些操作，若无法选定16个GOLD码，遍历下一组m序列优选对，直到搜到符合指标的16个GOLD序列。三个指标在本实例中的具体参数及表达式为：
指标1：平衡性，依据弱平衡原则进行选择，即01个数差约为101；
指标2：归一化自相关最大旁瓣功率值，按照自相关功率函数计算自相关旁瓣功率值，将满足小于等于-30dB的GOLD序列挑选进入下一轮筛选；
指标3：归一化最大互相关功率值，按照互相关功率函数计算互相关功率值，将满足小于等于-28dB的GOLD序列挑选进入最终选定的GOLD码集合，并保存此时对应的本原多项式、m序列、初相等信息。
表1GOLD序列性能指标及其定义式
依照上述方法可选出局部最优结果，m1和m2生成多项式：
M1(x)＝1+x4+x5+x6+x9+x10+x14
M2(x)＝1+x4+x5+x8+x9+x10+x14
码发生器如图2所示：
m1初始相位为“11111111111111”(即全-1)，m2序列的初始相位由“1111111111111”(即全-1)经过不同的移位次数形成，不同初始相位对应不同卫星,在生成码长为16383的GOLD序列之后将其截短为码长10230，m2的初相位如下表所示：
对选码结果进行性能分析可得：
平衡性：与对比
扩频码 01个数差占比 扩频码编 01个数差占比
1 0.0090 9 0.0086
2 0.0070 10 0.0061
3 0.0010 11 0.0055
4 0.0039 12 0.0035
5 0.0061 13 0.0080
6 0.0035 14 0.0066
7 0.0094 15 0.0047
8 0.0006 16 0.0010
结论：符合弱平衡性原则。
自相关：
归一化偶自相关最大旁瓣功率
归一化奇自相关最大旁瓣功率
扩频码编 最大旁瓣 扩频码编 最大旁瓣
1 -30.31 9 -31.32
2 -31.01 10 -31.07
3 -29.88 11 -31.38
4 -31.13 12 -30.66
5 -30.20 13 -30.60
6 -29.12 14 -30.60
7 -30.26 15 -31.77
8 -31.90 16 -31.70
结论：自相关最大旁瓣功率符合设计要求。
归一化互相关功率分布图(如图3)
结论：如图为所选16个gold序列的归一化互相关功率分布图，所选16个gold序列的归一化互相关功率分布集中在-30dB—-27dB，略高于目标互相关功率，与现存导航测距码的性能相近，符合测距码性能要求。
2.截短Weil码选码
简述Weil码的定义，一个码长为N0的Weil码序列可定义为：
式中，L(k)是码长为N0的legendre序列；w表示两个legendre序列之间的相位差，取值范围为(表示向上取整)。码长为N0的legendre序列L(k)可以根据下式定义产生：
通过对上述码长为N0的Weil码序列进行循环截取，可以得到码长为N的测距码，即截断序列为：
c(n；w,p)＝W((n+p-1)modN0；w),n＝0,1,2,...N-1
式中，p为截取点，表示从Weil码的第p位开始截取，取值范围为1～N0。这里生成比规定码长长的Weil码，并且按照指定码长进行截断。
本实施例中以选定n＝32个周期为1ms，码速率为10.23MHz，码长N0＝10230的Weil码为例，归一化自相关旁瓣功率比小于-30dB，归一化最大互相关功率小于-28dB。
A.Weil码周期码长的选取：
由于要求周期码片长度为N＝10230，而Weil的生成码长N0必须取素数，大于10230的最小素数为10243，所以N0＝10243。
B.从三个性能指标分步确定相位差w和截取点p(平衡性、归一化自相关最大旁瓣功率值、归一化最大互相关功率值)：
在使用指标逐步筛选Weil序列的过程中，首先随机生成一个符合指标1和指标2的Weil码，放入最终选定的Weil码集合中，然后随机生成符合指标1和指标2的Weil码，与集合中已存的序列进行指标3的计算，若符合指标3则将该Weil码存入集合，反之再随机生成一个Weil码进行相同的操作，若无法选够16个Weil码，则改变第一个存入集合的随机选取的Weil码，循环进行这些操作，若无法选定16个Weil码，说明Weil码的生成码长N0需要改变，因此取下一个大于N的素数，再次进行上述操作，直到搜到符合指标的16个Weil序列。
指标1：平衡性，应用Galileo团队的设计原则弱平衡性进行选择，即01个数差约为101；
指标2：自相关旁瓣功率值，按照自相关功率函数计算自相关旁瓣功率值，将满足小于等于-28dB的Weil序列挑选进入下一轮筛选；
指标3：互相关功率值，按照互相关功率函数计算互相关功率值，将满足小于等于-28dB的Weil序列挑选进入最终选定的Weil码集合，并保存此时对应的相位差w、截取点p等信息。
C.结果：
测距码的码速率为10.23Mcps，周期为1ms，码长为10230。由周期为10243的Weil码截短后产生，具体结果如下表：
·性能评估
·平衡性
符合弱平衡性要求。
自相关：
奇/偶自相关最大旁瓣功率(如图2)
选取的32个Weil码中有4个Weil码的奇归一化自相关最大旁瓣功率在-30dB--29dB之间，偶其余均小于-30dB，其性能损失在工程可接受的范围。
互相关：
如图5选用的32个Weil码之间的偶/奇互相关最大功率的分布图。
选取的32个Weil码的归一化最大互相关功率集中在-30dB--27dB，现有的B1C信号的测距码集中在-30.5dB--26.5dB，选取的32个Weil码的互相关性能更好，在互相关性能计算方面加入B1C的测距码后，互相关主要分布在-30.5dB--26.5dB范围内，性能得到较好保持。(如图4、图5)
综上，本发明实施方式首先确定目标测距码的性能指标，通过生成随机数的方法随机选取m序列优选对中的初始相位，并及时更新未遍历的初始相位集合，使用平衡性、自相关和互相关三个指标对码进行筛选，在完成码筛选后再对多组选码结果进行性能分析(平衡性、归一化奇/偶自相关最大旁瓣功率、归一化奇/偶互相关最大功率)，按归一化奇互相关最大功率最小为条件，选出最终的一组GOLD码，属于局部最优解。提高了GOLD码选码效率，并得到符合工程性能需求的伪随机序列。
其中，本发明实施例通过随机生成伪随机序列，通过三个性能指标进行选码，即依据平衡性、归一化自相关最大旁瓣功率和归一化最大互相关功率选定符合要求的伪随机序列，完成选码后进行性能分析，性能涉及平衡性、归一化奇/偶自相关最大旁瓣功率、归一化奇/偶最大互相关功率，依据互相关性能选定局部最优选码结果作为最终的选码结果。提高了测距码选定的计算效率，对导航测距码生成有着重大意义。
本发明提出的方法通过生成随机数确定伪随机序列，提高选到目标测距码的概率，通过平衡性、自相关、互相关性能的筛选保证测距码的性能，依据互相关性能选定局部最优选码结果。该方法提高了测距码选码效率，对计算机内存要求较低，可广泛使用于导航测距码的确定环节。
请注意，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 (7)

1.一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、配置目标参数；
其中，所述目标参数为需要生成的伪随机码的码长N0、个数n和性能要求，所述性能要求为所述伪随机码的归一化自相关旁瓣功率不超过ACFmaxdB以及相邻两个所述伪随机码的归一化互相关功率不超过CCFmaxdB；
步骤S2、基于最小本原多项式生成y组m序列优选对，所述m序列优选对用于生成所述伪随机码；
步骤S3、任选一组所述m序列优选对，包含第一m序列和第二m序列，通过将所述第一m序列和所述第二m序列按相位相乘来获取第一候选截短伪随机序列；
步骤S4、从任选的一组m序列优选对中继续获取其他候选截短伪随机序列，每选取出一个候选截短伪随机序列都判断是否满足所述性能要求，若是，则继续选取，直到获取n个候选截短伪随机序列作为一组候选截短伪随机序列；
步骤S5、遍历完所述y组m序列优选对后，将获取到的y0组候选截短伪随机序列中选取具归一化奇互相关功率和归一化偶互相关最大旁边功率的最大值按照从小到大进行排序，排序最靠前的一组候选截短伪随机序列作为最终生成的伪随机码。
2.根据权利要求1所述的一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，其特征在于，在所述步骤S2中：生成num组最小本原多项式，每组本原多项式用于生成一个m序列，求序列mi和序列mj的互相关功率基于归一化互相关功率由小到大的顺序进行排序，并选出y组所述m序列优选对。
3.根据权利要求2所述的一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
初始化编号标记数组gold＝[1,...,N]，其用于标记未筛选的序列编号，以各个m序列优选对中的第二m序列初始码相位作为所述用于标记未筛选的序列编号，其中，以全-1为初始相位，移位gold位，m序列的码长为N；
初始化最终选定的序列集合GOLD_final；
遍历第k对m序列优选对设定临时编号数组gold_index＝[1,...,N]，以初始码相位作为所述临时编号数组中的编号，其中，以全-1为初始相位，移位gold_index位；
将各个m序列优选对中的第一m序列和第二m序列按位相乘并截短到N0作为第一候选截短伪随机序列；
随机选定符合序列平衡性和所述归一化自相关旁瓣功率要求的gold_index编号，将所述第一候选截短伪随机序列、gold_index、保存在所述集合GOLD_final中并将所述gold_index编号从gold_index中删除。
4.根据权利要求3所述的一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
随机获取属于gold_index集合中的一个整数，并生成与所述整数对应的第二m序列和候选截短伪随机序列，选定符合序列平衡性和所述归一化自相关旁瓣功率要求的gold_index编号，与所述集合GOLD_final中的候选截短伪随机序列进行互相关运算，保留所述归一化互相关功率不超过CCFmaxdB的gold_index编号，将该GOLD序列、gold_index、保存在所述集合GOLD_final中并将该编号从gold_index中删除；
若不符合所述归一化互相关功率不超过CCFmaxdB的条件，则重新执行所述步骤S4，直到筛选出n-1个所述候选截短伪随机序列，并保存此时的所述m序列优选对对应的本原多项式。
5.根据权利要求4所述的一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，其特征在于，其中：
若无法选出符合条件的n-1个所述候选截短伪随机序列，则在gold中删除本轮筛选过程中保存在GOLD_final中的序列编号，并返回所述步骤S3，重新生成所述第一候选截短伪随机序列；
若依然无法搜索出n-1个所述候选截短伪随机序列，则遍历第k+1对m序列优选，重复所述步骤S3和所述步骤S4，直到选出满足要求的n个候选截短伪随机序列作为一组候选截短伪随机序列。
6.根据权利要求5所述的一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，其特征在于，其中：若遍历所述y组m序列优选对之后都无法得到n个候选截短伪随机序列，则返回步骤S2，通过改变抽头数tap、增大搜索空间或增大1-2阶循环移位寄存器的阶数order，来重新生成所述y组m序列优选对。
7.根据权利要求6所述的一种基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法，其特征在于，在所述步骤S5中，对选取的所述集合GOLD_final中的序列进行平衡性、奇/偶自相关、奇/偶互相关计算，保留所述归一化奇互相关功率和所述归一化偶互相关最大旁瓣的最大值，在遍历y组m序列优选对得到y0组候选截短伪随机序列后，选定具有最小归一化奇互相关功率、归一化偶互相关最大旁瓣功率的最大值的一组候选截短伪随机序列作为最终生成的伪随机码。
CN202211259677.8A 2022-10-14 2022-10-14 基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法 Active CN115664580B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211259677.8A CN115664580B (zh) 2022-10-14 2022-10-14 基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211259677.8A CN115664580B (zh) 2022-10-14 2022-10-14 基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115664580A CN115664580A (zh) 2023-01-31
CN115664580B true CN115664580B (zh) 2024-04-23

Family

ID=84986883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211259677.8A Active CN115664580B (zh) 2022-10-14 2022-10-14 基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115664580B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490847A (zh) * 2020-03-05 2020-08-04 熊军 一种选择伪随机码序列进行扩频的多址通信方法及装置
CN113541728A (zh) * 2021-06-29 2021-10-22 中国人民解放军国防科技大学 短码信号对长码信号的引导捕获方法、系统和介质

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9645249B2 (en) * 2011-06-28 2017-05-09 Nextnav, Llc Systems and methods for pseudo-random coding
FR3106225A1 (fr) * 2020-01-14 2021-07-16 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Dispositif et procédé de génération d’un nombre aléatoire tiré selon une loi non-uniforme

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490847A (zh) * 2020-03-05 2020-08-04 熊军 一种选择伪随机码序列进行扩频的多址通信方法及装置
CN113541728A (zh) * 2021-06-29 2021-10-22 中国人民解放军国防科技大学 短码信号对长码信号的引导捕获方法、系统和介质

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An open loop with kalman filter for intermittent gnss signal tracking;Honglei Lin et al.;LCOMM;20171231;全文 *
Performance of GNSS receivers with AGC in noise pulse interference;Xinzhi Dai et al.;ICCSNT;20161231;全文 *
伪随机码及计算机的产生;吴明捷, 杜天苍;辽宁工程技术大学学报(自然科学版);20020425(02);全文 *
大规模MIMO系统中的伪随机码导频设计;方昕;张建锋;曹海燕;应娜;;应用科学学报;20160130(01);全文 *
截断伪随机序列的统计特性;郭盛桃, 吴光辉;无线电工程;20041130(11);全文 *
通道特性下时域抗干扰对相关峰的影响分析;付栋等;全球定位系统;20211215;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115664580A (zh) 2023-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101578799B (zh) 产生混沌扩展码的方法和装置
Garcia et al. Spreading sequences in active sensing: A review
JP2002516007A (ja) 相関器の方法および装置
CN105045561A (zh) 一种伪随机数产生方法
CN104808221B (zh) Weil码生成装置和卫星导航信号接收机
US6636549B1 (en) Method for calculating phase shift coefficients of an M sequence
Riznyk et al. A synthesis of barker sequences is by means of numerical bundles
CN115664580B (zh) 基于生成随机数的局部最优截短伪随机序列的选码方法
CN108270465B (zh) 一种抗欺骗干扰的扩频方法
CN103986498B (zh) 一种基于图论的伪随机码优化方法
CN1251451A (zh) 高效散列方法
CN103592636A (zh) 一种雷达波形捷变中正交泰勒四相编码信号的搜索方法
Leukhin et al. The exhaustive search for optimum minimum peak sidelobe binary sequences
CN103986544A (zh) 一种基于贪心算法的卫星导航系统扩频码互相关优化方法
US20050063539A1 (en) Prime-number-based method and apparatus for generating random numbers
CN114257269A (zh) 一种收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法
Rui et al. A novel ranging code based on improved logistic map chaotic sequences
Zhou et al. Generalizing the Blum-Elias method for generating random bits from markov chains
CN101969353A (zh) 卫星导航系统中扩频码的生成方法
JP3346682B2 (ja) Ｐｎ符号同期方法
CN114357856A (zh) 基于遗传算法的正交频复用线性调频信号波形优化方法
CN117278072A (zh) 一种扩频码构造及优选方法
CN108880732B (zh) 一种基于分治算法的卫星导航系统扩频码互相关优化方法
Gouda et al. M-sequence triple correlation function co-set summing and code image print (CIP)
CN100435500C (zh) 快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant