專利名稱：一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)降低信號發(fā)射功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)降低信號發(fā)射功率的方法，尤其適用于信號發(fā)射功率受限的條件下。
背景技術(shù)：
每一種全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)(GlobalNavigation Satellite System，GNSS)，如美國的GPS、歐洲的GALILEO以及俄羅斯的GL0NASS，根據(jù)自身的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、定位方式以及調(diào)制方式的不同都會有自己獨(dú)特的信號發(fā)射功率高效、綜合利用。目前國外的GNSS系統(tǒng)均采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，從信號功率譜密度函數(shù)的角度進(jìn)行剖析，GNSS導(dǎo)航信號擴(kuò)頻調(diào)制功率譜密度函數(shù)直接影響著信號發(fā)射功率的有效分配與利用；而擴(kuò)頻碼的設(shè)計(jì)與生成是擴(kuò)頻調(diào)制的核心技術(shù)。國外的GNSS系統(tǒng)中所使用的擴(kuò)頻碼主要有兩種短粗碼與長精碼。短粗碼重復(fù)周期短，易于GNSS接收機(jī)捕獲，但定位精度低；長精碼重復(fù)周期長，需在短粗碼的引導(dǎo)下進(jìn)行長精碼的捕獲，但定位精度高。由于這兩種擴(kuò)頻碼存在較好的互補(bǔ)性，故常將它們分別調(diào)制在同一載波的兩條正交支路上搭配使用。在工程實(shí)現(xiàn)中，衛(wèi)星發(fā)射功率的大小是以衛(wèi)星發(fā)射信號的最高譜線達(dá)到某一個(gè)門限值來作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。短粗碼的碼鐘頻率較低，信號的功率集中在較窄頻帶內(nèi)的少數(shù)譜線上，擴(kuò)頻碼鐘頻率越低，譜線高度越高，實(shí)際所需的發(fā)射功率越高；而長精碼的碼鐘頻率較高，信號的功率分散在較寬頻帶內(nèi)的眾多譜線上，擴(kuò)頻碼鐘頻率越高，譜線高度越低，實(shí)際所需的發(fā)射功率越低。因此，發(fā)射短粗碼所需的較高功率抬高了發(fā)射信號所需的整體發(fā)射功率，與發(fā)射長精碼所需的較低功率相比，形成了發(fā)射功率的浪費(fèi)，如圖1所示。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)降低信號發(fā)射功率的方法，克服信號產(chǎn)生與發(fā)射過程中由于發(fā)射短粗碼所需較高功率而造成發(fā)射功率的浪費(fèi)。技術(shù)方案一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)降低信號發(fā)射功率的方法，其特征在于步驟如下步驟1生成導(dǎo)航電文按導(dǎo)航電文設(shè)計(jì)及排列格式，生成導(dǎo)航電文比特信息Pdata ；步驟2生成長精碼生成循環(huán)周期為Tlmg。-秒，速率為Flmg。。Jfflz，循環(huán)周期內(nèi)碼片長度為Llmg rade = Tlong code^Flong code的長精碼Plt5W = 1+ ，其中，符號“ + ”表示摩爾加運(yùn)算，X1和\表示兩個(gè)偽隨機(jī)序列生成的多項(xiàng)式；步驟3生成短精碼確定短精碼的速率與長精碼一致為Flmg。。Jfflz，碼周期Tstot
code 滿足條件 Tshort_code '^long_code
/10，碼片長度為
Lshor t_code Tshort_code*Fiong_code ‘ 其短精碼 Pshort_code = X’ !+X' 2，其中，符號“+”表示摩爾加運(yùn)算，H分別為由W生成多項(xiàng)式產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列按Lsh。rt—。。de長度截短所得；步驟4擴(kuò)頻調(diào)制將導(dǎo)航電文比特信息分別與長精碼與短精碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，分別得到長精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號短精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號Sstot Slong 一 Piong—code+PdataSshort 一 Pshort_code+Pdata步驟5載波調(diào)制采用載波信號S。miCT對生成的長精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號&。ng和短精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號Sstot進(jìn)行載波調(diào)制，完成擴(kuò)頻信號頻譜在載波頻段上的搬移，得到衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)射的調(diào)制信號Sg^gnaIi S]_ong*Scarrier 「00181 S =S
IKJKJ Oj ^signal2 k^short ^carrier符號“*”表示數(shù)值乘法運(yùn)算。有益效果本發(fā)明提出的一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)降低信號發(fā)射功率的方法，不改變導(dǎo)航信號其它的生成過程與環(huán)節(jié)，只改變導(dǎo)航信號擴(kuò)頻碼的生成與調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)合理有效地利用導(dǎo)航信號有效帶寬內(nèi)的發(fā)射功率譜密度，從而達(dá)到降低信號發(fā)射功率的目的。即，導(dǎo)航信號擴(kuò)頻碼中高長精碼碼鐘頻率為短粗碼的N倍，如果將短粗碼的碼鐘頻率提高N倍，同時(shí)保持短粗碼的循環(huán)周期不變，在總功率不變的條件下，擴(kuò)頻信號的譜線根數(shù)可增加N倍，譜線的高度可減小N分貝，從而形成短精碼。這樣，當(dāng)長精碼和短精碼分別加在兩正交支路上同時(shí)對載波進(jìn)行調(diào)制時(shí)，頻譜的高度與單獨(dú)調(diào)制長精碼或短精碼時(shí)是一樣的。本發(fā)明的有益效果是短精碼是一種碼長比較短，碼率比較高的測距碼。它采用了精碼的速率，粗碼的碼長，因此短精碼既吸收了粗碼碼長短，易捕獲的優(yōu)點(diǎn)，又吸收了精碼定位精度高的優(yōu)點(diǎn)。是一種高性能的測距碼。短精碼與長精碼搭配使用，代替了傳統(tǒng)GNSS 系統(tǒng)中的短粗碼與長精碼的搭配使用，可以有效地降低信號所需的整體發(fā)射功率，有助于合理、有效地利用信號發(fā)射功率，節(jié)約系統(tǒng)整體功耗與成本。


圖1是長精碼所需發(fā)射功率與短粗碼所需發(fā)射功率比較示意2是長精碼生成方法示意3是短精碼生成方法示意4是短精碼所需發(fā)射功率示意5是長精碼所需發(fā)射功率示意圖
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明實(shí)施例中，采用中國區(qū)域定位系統(tǒng)(China Area Positioning System，簡稱CAPQ作為依托平臺，說明本發(fā)明提出的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)擴(kuò)頻碼中短精碼生成方法的實(shí)施過程。具體實(shí)施步驟如下步驟1 生成導(dǎo)航電文按導(dǎo)航電文設(shè)計(jì)及排列格式，在導(dǎo)航信息速率時(shí)鐘信號的作用下，從隊(duì)列中依次讀取導(dǎo)航電文比特信息Pdata，準(zhǔn)備與擴(kuò)頻碼進(jìn)行摩爾加運(yùn)算處理。本實(shí)施例中，設(shè)置導(dǎo)航電文信息Pdata速率為Fdata = 50Hz。步驟2:生成長精碼確定長精碼的生成方法。設(shè)長精碼循環(huán)周期為Tlmg。。de秒，長精碼速率為Flmg 。。Jfflz，則一個(gè)長精碼循環(huán)周期內(nèi)碼片長度為Llmg rade = Tlong code^Flong code0長精碼生成過程如圖2所示。由圖2，長精碼生成多項(xiàng)式用Plmg。。de表示，兩個(gè)偽隨機(jī)序列生成多項(xiàng)式分別用Xp X2表示，則=Plmg-C^ = 1+ ，其中，符號“+”表示摩爾加運(yùn)算。本實(shí)施例中，設(shè)置長精碼周期為Tlmg。。de = 1秒，碼速率為Flmg。。de = 10. 23MHz，則一個(gè)長精碼周期內(nèi)的碼片長度為Llmg。。de = Tlong code^Flong cod = 10230000。本實(shí)施例中，&生成多項(xiàng)式表示為& = x15+x14+l, &生成多項(xiàng)式表示為& = x15+x14+x12+x3+l，則長精碼生成多項(xiàng)式Plmg rade = X1^2，符號“ + ”表示摩爾加運(yùn)算。步驟3:生成短精碼根據(jù)長精碼的碼周期與碼速率，確定短精碼的碼周期為Tstot。-秒，且Tstot。。de滿足條件Tstot—。。de < Tlmg。。dyio，碼速率仍為Fltmg。。jfflz，則一個(gè)短精碼周期內(nèi)的碼片長度為
τ=TΦρ
short_codeshort_code long_code °根據(jù)長精碼的生成方法，短精碼生成方法如圖3所示。由圖3，短精碼生成多項(xiàng)式用Pstot。。de表示，兩個(gè)偽隨機(jī)序列生成多項(xiàng)式分別用 X’ i、X’ 2表示，則psto—。。de = X’ !+X' 2，其中，符號“+”表示摩爾加運(yùn)算，X’ i、X’ 2分別為由 X1^ X2生成多項(xiàng)式產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列按Lstot。-長度截短所得。Pshort code即為生成的短精碼。本實(shí)施例中，根據(jù)長精碼的碼周期與碼速率，確定短精碼的碼周期為Tstot。-= 1*10_3秒，碼速率仍為Flmg。。de = 10. 23MHz，則一個(gè)短精碼周期內(nèi)的碼片長度為Lstot。。de =
Tshort_code*FiOI1g—⑶如一10230。按圖3所示短精碼生成方法，本實(shí)施例中，生成多項(xiàng)式表示為= χ15+χ14+ , X’ 2生成多項(xiàng)式表示為X’ 2 = χ、χ14+χ12+χ3+1，則短精碼生成多項(xiàng)式Pstot。。de = X’ i+X，2， 符號“+”表示摩爾加運(yùn)算，X’ i、X’ 2的初始狀態(tài)設(shè)置與的相同。步驟4 擴(kuò)頻調(diào)制將導(dǎo)航電文比特信息分別與長精碼與短精碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，分別得到長精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號&。ng與短精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號Sstot 本實(shí)施例中，將生成的導(dǎo)航電文分別與長精碼、短精碼進(jìn)行摩爾加運(yùn)算Slong 一 Piong—code+PdataSshort 一 Pshort_code+Pdata步驟5:載波調(diào)制對生成的長精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號、短精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號分別用載波信號S。a iCT進(jìn)行載波調(diào)制得到最終的調(diào)制信號&ignall Asignal2，從而完成擴(kuò)頻信號頻譜在載波頻段上的搬移。S = k^signallS 。long carrier
S = 。signal2S short carrier
符號“*”表示數(shù)值乘法運(yùn)算。
本實(shí)施例中，設(shè)置載波信號S。miCT為71MHz，則對擴(kuò)頻信號進(jìn)行載波調(diào)制Ssignall 一 Slong5^ScarrierSsignal2 一 Sshort5^Scarrier可得中頻調(diào)制的導(dǎo)航信號。本發(fā)明所提出的短精碼調(diào)制的導(dǎo)航信號所需的發(fā)射功率與長精碼調(diào)制的導(dǎo)航信號所需的發(fā)射功率分別如圖4、圖5所示。由圖4、圖5可見，本發(fā)明所提出的短精碼所需的發(fā)射功率與長精碼所需的發(fā)射功率相同，從而克服了發(fā)射功率浪費(fèi)的問題，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射功率的充分利用。
權(quán)利要求
1. 一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)降低信號發(fā)射功率的方法，其特征在于步驟如下步驟1生成導(dǎo)航電文按導(dǎo)航電文設(shè)計(jì)及排列格式，生成導(dǎo)航電文比特信息Pdata ；步驟2生成長精碼生成循環(huán)周期為Tlmg。-秒，速率為Flmg。。Jfflz，循環(huán)周期內(nèi)碼片長度為LlmgJde = Tlong code^Flong code的長精碼Plt5W = 1+ ，其中，符號“ + ”表示摩爾加運(yùn)算， X1和\表示兩個(gè)偽隨機(jī)序列生成的多項(xiàng)式；步驟3生成短精碼確定短精碼的速率與長精碼一致為Flmg raJfflz,碼周期TshOTt—。。de滿足條件 Tshort_code〈 Tlong—code/l0，石馬片"Ix度為 Lshort_code 一 Tshort—C0de5^Fl0ng-C0de，其短精石馬 Pshort_code =X’ !+X' 2，其中，符號“+”表示摩爾加運(yùn)算，X’ i、X’ 2分別為由X1J2生成多項(xiàng)式產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列按Lsh。rt—。。de長度截短所得；步驟4擴(kuò)頻調(diào)制將導(dǎo)航電文比特信息分別與長精碼與短精碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，分別得到長精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號短精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號Sstot s =P+PvjIong 1 long_code 1 datas =P+Pshort 1 short_code 1 data步驟5載波調(diào)制采用載波信號S。miCT對生成的長精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號&。ng和短精碼擴(kuò)頻調(diào)制信號Sstot進(jìn)行載波調(diào)制，完成擴(kuò)頻信號頻譜在載波頻段上的搬移，得到衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)射的調(diào)制信號Ssignall=Slong*ScarrierSsignal2=Sshort *Scarrier符號“*”表示數(shù)值乘法運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)降低信號發(fā)射功率的方法，不改變導(dǎo)航信號其它的生成過程與環(huán)節(jié)，只改變導(dǎo)航信號擴(kuò)頻碼的生成與調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)合理有效地利用導(dǎo)航信號有效帶寬內(nèi)的發(fā)射功率譜密度，從而達(dá)到降低信號發(fā)射功率的目的。即，導(dǎo)航信號擴(kuò)頻碼中高長精碼碼鐘頻率為短粗碼的N倍，如果將短粗碼的碼鐘頻率提高N倍，同時(shí)保持短粗碼的循環(huán)周期不變，在總功率不變的條件下，擴(kuò)頻信號的譜線根數(shù)可增加N倍，譜線的高度可減小N分貝，從而形成短精碼。這樣，當(dāng)長精碼和短精碼分別加在兩正交支路上同時(shí)對載波進(jìn)行調(diào)制時(shí)，頻譜的高度與單獨(dú)調(diào)制長精碼或短精碼時(shí)是一樣的。
文檔編號H04B1/707GK102565828SQ20121000431
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月7日
發(fā)明者劉楓, 盧曉春, 成芳, 王雪, 葛健 申請人:中國科學(xué)院國家授時(shí)中心