一种基于正弦脉冲三级符号偏移载波调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种卫星导航系统信号的实现方法，具体涉及一种基于正弦脉冲三级 符号偏移载波调制方法。
【背景技术】
[0002] 导航调制信号波形是导航信号体制设计中的关键环节，信号波形通过影响导航信 号的自相关函数和功率谱，进而影响导航系统的性能。为了使多种信号可以更好地共享 全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS)的有限频段，同时进 一步提高信号的测距精度及抗干扰性能，新的信号调制方式不断呈现。二进制偏移载波 (Binary Offset Carrier, BOC (n, m))是一种能够满足上述要求的新型调制方式，其中扩频 码频率为mX I. 023MHz，子载波频率为nX I. 023MHz，其实现方法详见文献Betz. J，"The Offset Carrier Modulation for GPS Modernization, '，ION NTM, San Diego, CA, January 25-27, 1999.
[0003] Betz. J在文献"Binary Offset Carrier Modulations for Radionavigation, % avigation: Journal of the Institute of Navigation, vol. 48, No. 4, Winter 2001-2002. 中指出，在同一波段、占用相同带宽以及对信号发射器和接收机做同样简单设计的条件下， BOC调制信号的性能比BPSK调制信号更优越。BOC调制目前已经广泛应用于GPS、Galileo 和Compass等全球卫星导航系统中。
[0004] 随着卫星导航信号数量的不断增加，频谱资源紧张，在有限带宽下提高信号性能 以及减小相邻信号间的干扰成为目前的研究重点。文章中给出的BOC调制方法会带来带 外大幅度旁瓣使功放效率降低，且信号的码跟踪性能、抗多径和抗干扰能力仍不够理想，因 此本发明提出一种基于正弦脉冲三级符号偏移载波调制方法（Sinusoidal Three-levels Offset Carrier，ST0C(n，m，P))，其中子载波信号可取值为±1和0,且±1信号波形由正 弦脉冲表示，该方法可以灵活调整子载波信号波形码片时间占空比，为导航信号的设计提 供了更多的选择，并通过所选适当的参数，可以灵活调节信号功率谱的主瓣及旁瓣的分裂 程度，使得导航信号具有良好的码跟踪性能、抗干扰和抗多径能力、与其它系统信号兼容能 力，对于提升卫星导航系统的导航和定位性能有重要的意义，同时也为我国未来Compass 卫星导航系统的信号波形设计提供了一个新的选择。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出一种可以灵活调节信号功率谱的主瓣及旁瓣的分裂程度， 使得导航信号具有良好的码跟踪性能、抗干扰和抗多径能力、与其它系统信号兼容能力的 基于正弦脉冲三级符号偏移载波调制方法。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：
[0007] (1)首先确定扩频码周期T。，子载波周期Ts。，正弦脉冲时间宽度占空比P，正弦 或余弦相位子载波调制方式，构造出一种基于正弦脉冲三级符号正弦或余弦相位子载波信 号，具体表不为：
[0008] 基于正弦脉冲三级符号正弦相位子载波信号Xs sub (t，P )为：
[0009]
[0010] 基于正弦脉冲三级符号余弦相位子载波信号X。sub (t，P )为：
[0011]
[0012] 其中Ρτ (t，P )是时间宽度为P τ的正弦脉冲波形，即
^ sign (t)为符号函数，SP
[0013] (2)根据确定的扩频码周期T。，子载波周期Ts。，利用伪随机序列对导航信号进行 扩频，然后将得到的扩频信号与步骤（1)所确定的正弦或余弦相位子载波信号进行时域 相乘，得到一种基于正弦脉冲三级符号正弦或余弦相位偏移载波基带调制信号，具体表示 为：
[0014] 基于正弦脉冲三级符号正弦相位偏移载波基带调制信号SST__ p)⑴为：
[0015]
[0016] 基于正弦脉冲三级符号余弦相位偏移载波基带调制信号 ^STOCc (n, m, P ) ⑴为：
[0017]
[0018] 其中d(t)为导航信号数据通道信息；&1是伪随机扩频序列的第1个扩频码；L为 伪随机序列的码片长度；rect (t)是矩形门函数，BP
[0019] (3)将步骤（2)所述的一种基于正弦脉冲三级符号正弦或余弦相位偏移载波基带 调制信号进行正交支路的载波调制，得到基于正弦脉冲三级符号正弦或余弦相位偏移载波 调制信号，具体表示为：
[0020] 基于正弦脉冲三级符号正弦相位偏移载波调制信号p) (t，P )为：
[0021] CN 105137455 A 说明书 3/8 页
[0022] 基于正弦脉冲三级符号余弦相位偏移载波调制信号MST^ninii p) (t，P )为：
[0023]
[0024] 其中d(t)为导航信号数据通道信息；p(t)为导频通道信息，取值为全+1或-I ;ai 是同相支路伪随机扩频序列的第1个扩频码；bk是正交支路伪随机扩频序列的第k个扩频 码；是载波频率。
[0025] (4)将步骤（3)中得到的基于正弦脉冲三级符号偏移载波调制信号进行导航信号 的性能评估，若信号的码跟踪精度、抗多径和兼容性不满足所设计的导航系统性能需求及 约束条件，则返回步骤（1)，重新确定扩频码周期T。，子载波周期T s。，正弦或余弦相位子载 波调制方式，以及正弦脉冲时间宽度占空比P。
[0026] 本发明还可以包括：
[0027] 所述的扩频码频率f。和子载波频率f s。的取值为I. 023MHz的整数倍。
[0028] 所述的基于正弦脉冲三级符号正弦相位偏移载波基带调制信号功率谱密度 ^STOCs (n, m, P ) (f)为：
[0029]
[0030] 所述的基于正弦脉冲三级符号余弦相位偏移载波基带调制信号功率谱密度 ^STOCc (n, m, P ) (f)为：
[0031] UiN 丄 UiJlCU Λ J ^ 吁/ ο X
[0032] 其中h为调制指数，艮[
[0033] 本发明的方法的主要特点如下：
[0034] (1)信号设计的灵活性高：灵活调整正弦脉冲码片时间占空比，为导航信号的设 计提供了更多的选择，并通过所选适当的参数，可以灵活调节信号功率谱的主瓣及旁瓣的 分裂程度。
[0035] (2)跟踪精度高：在接收机带宽内，本发明调制信号的功率谱具有分裂能力且幅 值较大，在带宽受限的条件下，具有更高的Gabor带宽与较低的码跟踪误差。
[0036] (3)抗多径能力强：本发明调制信号具有恒包络特性，特别适合于采用高效非线 性放大器的功率和带宽均受限的卫星导航服务，其多径误差包络衰减的更快且幅度更低。
[0037] (4)兼容性高：本发明调制信号的功率谱旁瓣衰减速度更快且幅度更低，对同频 段的其它导航信号干扰较小。
【附图说明】
[0038] 图1为STOC信号调制模型和实现方法流程图；
[0039] 图2为STOC信号子载波信号波形；
[0040] 图3为STOC实施例信号在不同正弦脉冲时间占空比P下的功率谱密度；
[0041] 图4为传统的BOC和本发明所提的STOC实施例信号的功率谱密度；
[0042] 图5为传统的BOC和本发明所提的STOC实施例信号的Gabor带宽；
[0043] 图6为传统的BOC和本发明所提的STOC实施例信号的码跟踪精度；
[0044] 图7为传统的BOC和本发明所提的STOC实施例信号的多径误差包络；
[0045] 图8为传统的BOC和本发明所提的STOC实施例信号的平均多径误差。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
[0047] 图1和图2为本发明所提的STOC信号调制模型，实现方法流程图以及子载波信 号波形，其中图1中的各符号的定义如下：
[0048] d(t):导航信号数据通道信息；
[0049] p (t):导频通道信息；
[0050] a1:同相支路的伪随机扩频码序列；
[0051] b1:正交支路的伪随机扩频码序列；
[0052] rec(t):矩形门函数；
[0053] Xs sub (t，P ):所述的一种基于正弦脉冲三级符号正弦相位子载波信号波形；
[0054] Xe sub (t，P ):所述的一种基于正弦脉冲三级符号余弦相位子载波信号波形；
[0055] Msra (t，P ):所述的一种基于正弦脉冲三级符号偏移载波调制信号；
[0056] fc:扩频码频率；
[0057] fcar:载波频率；
[0058] fsc:子载波频率；
[0059] 结合图1，本发明实现方法如下：
[0060] (1)首先确定扩频码频率f·。或扩频码周期T。（频率和周期互为倒数可任意确定其 中一个参数），子载波频率f s。或子载波周期Ts。，正弦脉冲时间宽度占空比P以及