基于msk擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，涉及通信【技術領域】，該方法基于MSK擴頻調(diào)制解調(diào)，將信號的基帶測距偽碼嵌入到通信信息碼中，在接收端測距，在整個過程采用兩次粗測距和一次精測距的方式來進行測距，同時還在碼元同步過程中采用新的濾波方式。本發(fā)明的有益效果在于：在不增加通信信道帶寬，不改變原有的信息速率、擴頻碼元速率和MSK調(diào)制模式的情況下，將測距幀嵌在信息幀中，簡便快速實現(xiàn)長距離和高精度測距。由于系統(tǒng)工作在擴頻調(diào)制的模式下，具有較強的抗干擾能力和抗捕獲能力。通過在碼元同步方法中采用了改進型的濾波方法來減小位同步脈沖的相位偏離過大的問題，同時縮短相位調(diào)整時間。
【專利說明】基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通信【技術領域】，特別是一種基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的無線電測距方法主要有:偽碼測距、連續(xù)波測距、調(diào)頻測距、脈沖測距和多音相位測距。
[0003]在傳統(tǒng)的測距方法中，到達時間法應用很廣泛，通過測量電波到達天線的時延來估計距離。因為電波在空氣中的傳播速度是恒定的，因此只要獲得時延值，就可以得到測量距離。
[0004]測距系統(tǒng)采用測距機和應答機，測距機發(fā)射當測距機發(fā)射的測距信號經(jīng)過發(fā)射通道傳輸，空間傳輸，應答機響應，接收通道接收回應答機的應答信號，應答信號與測距信號雖然內(nèi)容完全一致，但是兩者已經(jīng)出現(xiàn)了時間差，通過時間差來測算距離。測距機接收應答機返回的應答幀，同樣完成載波同步，碼元同步，解擴，解調(diào)，完成應答幀信息提取。
[0005]偽碼測距具有很強的抗干擾能力，良好的低截獲特性，受到廣泛關注。影響偽碼測距精度的因素有:偽隨機碼的碼片寬度，跟蹤偽碼相位的準確度以及突發(fā)測距的時間。偽碼測距受到處理芯片采樣率、碼片長度、信號帶寬的限制，若采樣率提高會大大增加硬件成本，若選用的擴頻碼過長，會增加信號計算的難度和延長信息處理時間，若提高碼片速率則需要增加信號帶寬，因此，在傳統(tǒng)的方法中，不能做到既長距離又高精度的測距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種不增加帶寬、不改變原信息速率、擴頻碼元速率基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法實現(xiàn)長距離高精度的測量。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，包括以下步驟，
[0008]步驟一、測距機將基帶測距偽碼與通信信息碼一起組幀打包成為測距幀；
[0009]步驟二、測距幀信號通過擴頻碼擴頻，MSK調(diào)制，測距機完成測距幀的發(fā)送；
[0010]步驟三、應答機接收到測距幀后完成載波跟蹤、MSK解調(diào)、解擴、碼元同步，提取測距幀信息，同時根據(jù)碼元同步的相位鎖定過程提取測距幀的同步時鐘，完成時鐘再生；
[0011]步驟四、應答機應用再生的時鐘發(fā)送應答幀，應答幀的內(nèi)容與測距幀的內(nèi)容一致，發(fā)送的應答幀通過擴頻碼擴頻、MSK調(diào)制，完成應答幀的發(fā)送；
[0012]步驟五、測距機接收應答機返回的應答幀，完成載波跟蹤、MSK解調(diào)、解擴、碼元同步，提取應答幀信息，完成接收再生時鐘；
[0013]步驟六、根據(jù)步驟五接收到的信息與步驟一組幀前的信息進行相位比對，計算距離差。
[0014]優(yōu)選地，步驟一中的基帶測距偽碼嵌在通信信息碼之后，基帶測距偽碼前后都有保護位。
[0015]優(yōu)選地，MSK調(diào)制采用預編碼正交調(diào)制方式，MSK解調(diào)采用正交解調(diào)方法。
[0016]優(yōu)選地，正交解調(diào)方法包括以下步驟:
[0017]步驟一、中頻信號經(jīng)過數(shù)字正交下變頻模塊；
[0018]步驟二、正交信號分別經(jīng)過低通濾波器，形成I路、Q路基帶信號；
[0019]步驟三、根據(jù)I路、Q路基帶信號計算出信號的瞬時相位與頻差，完成解調(diào)。
[0020]優(yōu)選地，上述步驟六計算距離差過程包括以下步驟，
[0021]步驟一、解調(diào)出的基帶偽碼與本地基帶偽碼匹配濾波，通過匹配相關計算出相關峰相對于測距幀的相關峰的延遲計數(shù)，計算出碼片整周期的偽碼延遲值的Tl，完成第一次粗測量。
[0022]步驟二、通過碼元同步，判決出每個擴頻碼片的最佳采樣點，通過最佳采樣點采樣判決出擴頻碼，與本地擴頻碼匹配相關，通過匹配相關計算出相關峰相對于發(fā)射的測距幀的相關峰的延遲計數(shù)，計算出碼片整周期的偽碼延遲值T2，完成第二次粗測量。
[0023]步驟三、通過碼元同步鎖相計算出測距機接收的應答幀擴頻碼相位相對于測距機發(fā)送的測距幀的擴頻碼相位的延遲值T3，完成精測量。
[0024]步驟四、根據(jù)L=l/(T1+T2+T3-Tdly)計算出實際距離值，其中Tdly為整個信號在物理信道中傳輸?shù)难舆t值和信號處理時延。
[0025]優(yōu)選地，其中步驟三和步驟五所述的碼元同步中包括濾波方法，所述濾波方法包括以下步驟:
[0026]步驟一、檢測到連續(xù)的超前或滯后脈沖時，隨機徘徊濾波器工作；
[0027]步驟二、當繼續(xù)檢測到連續(xù)的超前或滯后脈沖時，調(diào)整脈沖直接通過兩個與門輸出；
[0028]步驟三、檢測到零星的隨機出現(xiàn)的超前或滯后脈沖時，脈沖使觸發(fā)器置零，關閉兩個與門。
[0029]本發(fā)明的有益效果:在不增加通信信道帶寬，不改變原有的信息速率、擴頻碼元速率和MSK調(diào)制模式的情況下，將測距幀嵌在信息幀中，簡便快速實現(xiàn)長距離和高精度測距。由于系統(tǒng)工作在擴頻調(diào)制的模式下，具有較強的抗干擾能力和抗捕獲能力。通過在碼元同步方法中采用了改進型的濾波方法來減小位同步脈沖的相位偏離過大的問題，同時縮短相位調(diào)整時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]下面結合【專利附圖】

【附圖說明】對本發(fā)明作進一步說明。
[0031]圖1為本發(fā)明中測距幀的組成結構圖。
[0032]圖2為本發(fā)明測距原理框圖。
[0033]圖3為計算距離差的過程示意圖。
[0034]圖4為MSK正交調(diào)制框圖。
[0035]圖5為MSK正交解調(diào)框圖。
[0036]圖6隨機徘徊濾波器的原理圖。
[0037]圖7為改進型隨機徘徊濾波器原理圖。[0038]圖8為碼元同步原理框圖。
[0039]圖9為測距機和應答機相同部分的原理圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0041]實施例:基于MSK(二進制頻移鍵控)擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，是在FPGA中實現(xiàn)的，信號進行MSK擴頻調(diào)制后進行兩次粗測距和一次精測距相結合來實現(xiàn)。
[0042]為了實現(xiàn)測距幀測距和信息通信的通道復用，將測距幀嵌在數(shù)據(jù)幀之后，其前后都有保護位，這樣的組幀結構可以在不改變信號傳輸速率、調(diào)制方式、帶寬等的情況下，完成測距。測距幀的組成如圖1所示。在系統(tǒng)組網(wǎng)方案中，根據(jù)需要，考慮其截短基帶測距偽碼長度或者多次循環(huán)基帶測距偽碼的方案，也可以在此基礎上稍做修改，便可以完成更遠距離的測距。
[0043]測距原理如圖2所示:在接收端測距，采用兩次粗測距與一次精測距結合的方法實現(xiàn)測距，具體步驟如下:
[0044]( I )、測距機將基帶測距偽碼與通信信息碼一起組幀打包組成測距幀；
[0045](2)、測距幀信號通過擴頻碼擴頻，MSK調(diào)制，測距機完成測距幀的發(fā)送；
[0046](3)、應答機接收到測距幀完成載波跟蹤，MSK解調(diào)，解擴，碼元同步，完成測距幀信息的提取，同時根據(jù)碼元同步的相位鎖定過程提取測距幀的同步時鐘，完成時鐘再生；
[0047](4)、應答機應用再生的時鐘發(fā)送應答幀，應答幀的內(nèi)容與測距幀的內(nèi)容完全一致。發(fā)送應答幀通過擴頻碼擴頻、MSK調(diào)制，擴頻和MSK調(diào)制方式與步驟(2)中的擴頻、調(diào)制方式完全相同；
[0048](5)、測距機接收應答機返回的應答幀，完成載波跟蹤，MSK解調(diào)，解擴，碼元同步，完成應答幀信息提取，其過程和步驟(3) —樣；
[0049](6)、根據(jù)步驟(5)得到的信息與步驟(I)組幀前的信息進行相位比對，計算距離差。
[0050]其中步驟(6)中的計算距離差的過程分為4步，如圖3所示:
[0051](I)、解調(diào)出的基帶偽碼與本地基帶偽碼匹配濾波，通過匹配相關計算出相關峰相對于測距幀的相關峰的延遲計數(shù)，便可以求出碼片整周期的偽碼延遲值的Tl，完成第一次粗測量。
[0052](2)、通過碼元同步，可以判決出每個擴頻碼片的最佳采樣點，通過最佳采樣點采樣判決出擴頻碼，與本地擴頻碼匹配相關，通過匹配相關計算出相關峰相對于發(fā)射的測距幀的相關峰的延遲計數(shù)，便可以求出碼片整周期的偽碼延遲值T2，完成第二次粗測量。
[0053](3)、最后通過碼元同步鎖相計算出測距機接收的應答幀擴頻碼相位相對于測距機發(fā)送的測距幀的擴頻碼相位的延遲值T3，完成精測量。
[0054](4)、混頻只改變頻率不改變相位。實際距離值L=I/ (Tl+T2+T3-Tdly)，其中Tdly為整個信號在物理信道中傳輸?shù)难舆t值和信號處理時延。Tdly值包括測距機收發(fā)通道延遲，應答機收發(fā)通道延遲，應答機信號處理，測距機信號處理延遲等。Tdly值可以通過實測和計算結合得到準確的值，其中實測值為測距機初始的校準值。
[0055]通過上述四步，完成計算距離的過程。由于測距信號之前有保護位，碼元同步和載波同步在進行測距信號到來的時候已經(jīng)同步，因此不需要再考慮同步的時間。
[0056]碼元同步跟蹤環(huán)相位誤差的均值E(Te/Tc)=0，應用多次測量平均會使誤差減小。由誤差理論可知，在測量次數(shù)n〈=10時，多次測量的平均誤差為δ/W，，當η大于10以后，平均誤差減小明顯變緩。在工程中保證群延遲不過大的情況下取η>=25，測距精度提高4倍。
[0057]為了節(jié)省帶寬，采用MSK調(diào)制方式，該波形的時域相應函數(shù)為:
[0058]
【權利要求】
1.基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟一、測距機將基帶測距偽碼與通信信息碼一起組幀打包成為測距幀； 步驟二、測距幀信號通過擴頻碼擴頻，MSK調(diào)制，測距機完成測距幀的發(fā)送； 步驟三、應答機接收到測距幀后完成載波跟蹤、MSK解調(diào)、解擴、碼元同步，提取測距幀信息，同時根據(jù)碼元同步的相位鎖定過程提取測距幀的同步時鐘，完成時鐘再生； 步驟四、應答機應用再生的時鐘發(fā)送應答幀，應答幀的內(nèi)容與測距幀的內(nèi)容一致，發(fā)送的應答幀通過擴頻碼擴頻、MSK調(diào)制，完成應答幀的發(fā)送； 步驟五、測距機接收應答機返回的應答幀，完成載波跟蹤、MSK解調(diào)，解擴，碼元同步，提取應答幀信息,完成接收再生時鐘； 步驟六、根據(jù)步驟五接收到的信息與步驟一組幀前的信息進行相位比對，計算距離差。
2.如權利要求1所述的基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，其特征在于:所述步驟一中的基帶測距偽碼嵌在通信信息碼之后，基帶測距偽碼前后都有保護位。
3.如權利要求1所述的基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，其特征在于:所述MSK調(diào)制采用預編碼正交調(diào)制方式，所述MSK解調(diào)采用正交解調(diào)方法。
4.如權利要求3所述的基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，其特征在于:所述正交解調(diào)方法包括以下步驟: 步驟一、中頻信號經(jīng)過數(shù)字正交下變頻模塊； 步驟二、正交信號分別經(jīng)過低通濾波器，形成I路、Q路基帶信號； 步驟三、根據(jù)I路、Q路基帶信號計算出信號的瞬時相位與頻差，完成MSK解調(diào)。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，其特征在于:所述步驟六計算距離差過程包括以下步驟， 步驟一、解調(diào)出的基帶偽碼與本地基帶偽碼匹配濾波，通過匹配相關計算出相關峰相對于測距幀的相關峰的延遲計數(shù)，計算出碼片整周期的偽碼延遲值的Tl，完成第一次粗測量; 步驟二、通過碼元同步，判決出每個擴頻碼片的最佳采樣點，通過最佳采樣點采樣判決出擴頻碼，與本地擴頻碼匹配相關，通過匹配相關計算出相關峰相對于發(fā)射的測距幀的相關峰的延遲計數(shù)，計算出碼片整周期的偽碼延遲值T2，完成第二次粗測量； 步驟三、通過碼元同步鎖相計算出測距機接收的應答幀擴頻碼相位相對于測距機發(fā)送的測距幀的擴頻碼相位的延遲值T3，完成精測量； 步驟四、根據(jù)L=l/(T1+T2+T3-Tdly)計算出實際距離值，其中Tdly為整個信號在物理信道中傳輸?shù)难舆t值和信號處理時延。
6.如權利要求1中所述的基于MSK擴頻調(diào)制模式的相參偽碼測距方法，其特征在于:其中步驟三和步驟五所述的碼元同步中包括濾波方法，所述濾波方法包括以下步驟: 步驟一、檢測到連續(xù)的超前或滯后脈沖時，隨機徘徊濾波器工作； 步驟二、當繼續(xù)檢測到連續(xù)的超前或滯后脈沖時，調(diào)整脈沖直接通過兩個與門輸出； 步驟三、檢測到零星的隨機出現(xiàn)的超前或滯后脈沖時，脈沖使觸發(fā)器置零，關閉兩個與門。
【文檔編號】H04W64/00GK103533651SQ201310526918
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2013年10月30日
【發(fā)明者】折衛(wèi)東, 喻娜, 程皓, 蘇瑩, 余擎陽 申請人:成都航天通信設備有限責任公司