专利名称：一种gnss基带信号的评估方法
技术领域：
本发明涉及ー种GNSS基带信号的评估方法，主要涉及基于高速数据采集的信号离线分析方法，导航信号预处理方法，由导航信号周期性決定的特定分析方法。
背景技术：
全球卫星导航系统(GlobalNavigation Satellite System, GNSS)是集大地测量、计时、天文学、卫星技术、无线通信等技术为一体的综合系统。它为用户提供高精度的时间、位置和速度的信息服务。全球卫星导航系统的性能评估主要有信号质量、服务精度、连续性、可用性和完好性。导航信号是导航卫星系统中最重要的組成部分之一，是导航系统中卫星、地面运控以及用户之间协调工作的纽带。空间导航信号质量的好坏将直接关系到系统定位、授时和测速等基本功能、关键性能和指标的实现。基带信号质量的评估主要包括频域功率谱、时域波形、码片边缘、调制误差、相关特性。上述性能分析跨越了通信信号处理、数字信号处理、时间频率分析、数理统计等多领域学科。其难点主要体现在以下几个方面(1)确定能够全面反映导航信号性能的评估參数；(2)结合导航信号的特性分析导航信号；(3)准确的评估參数计算方法和表述方式。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出ー种GNSS基带信号的评估方法，通过分析功率谱、时域波形、眼图、星座图和相关曲线，从信号的频域、时域波形、调制域和相关特性等多方面真实准确地反映卫星下行信号质量，实现了高质量和高精細的GNSS基带信号质量评估。技术方案ー种GNSS基带信号的评估方法，其特征在于步骤如下步骤1 采用バめ=I(_lf15(2)Si -Vref，将数据采集卡采集的16位带符号ニ进制
数据信号转化为浮点数的信号；其中表示信号參考点电平，s' (η)表示采样后信号， Bk(k = 0，Λ，14)表示ニ进制采样点数据，B15表示符号位；步骤2 对步骤1得到的浮点数信号进行歧异值检測，剔除零值数据和超大值数据，得到浮点格式的标准信号数据s (η)；步骤3 对标准信号数据s (η)在频率上进行串行捜索，在码延时方向并行搜索码片相位，获得信号多普勒频移fd及码初始相位外；步骤4 利用Welch周期图谱估计方法计算标准信号数据s (η)的功率谱步骤5 利用Costas环实现载波跟踪，并剥离标准信号数据s (η)中载波分量，输出正交的I路信号I (η)和Q路信号Q (η)；步骤6 利用Ι(η)和Q(n)两路信号，分别进行如下信号质量评估计算(1)以时间为坐标横轴，分别以I(n)或Q(n)数据幅度为坐标纵轴，画出信号的眼图，根据信号的眼图得到眼图评估參数最佳抽样点处眼图幅度的“张开”程度即眼图张开度(U-2 · AU)/U，其中U = U++U_;其中U+为Ι(η)或Q(n)正向幅度均值，U-为I (η)或Q(n)负向幅度均值，Δυ为I(n) 和Q (η)在均值U+和U_抖动范围；最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比即“眼皮”厚度2 · AU/U ；眼图波形过零点交叉线的发散程度即交叉点发散度ΔΤ/Τη，其中！；为码片长度，ΔΤ为眼图中多条曲线过零点抖动范围；在最佳抽样点处眼图正、负幅度不对称的程度即正负极性不对称度 (U+-UJ l/lu.+u—l ；等效信号信噪比K/N。的损失量Δ (Eb/N0) = 20 · log [(U-2 · Δ U)/U]；眼图左右斜率不平衡度以眼图上升沿与下降沿的斜率差表示；(2)以I (η)作为坐标横轴，Q(η)为坐标纵轴，画出信号的调制星座图，QPSK信号为分布于四象限内的四个点，对I/Q两路信号进行星座图与调制误差评估正交相位误差分別对四个象限求I (η)与Q (η)路的幅度平均，然后计算第一象限与第四象限之间的I/Q夹角以及第ニ象限与第三象限之间的I/Q夹角，分别计算它们与90 度理想夹角的差值然后取平均值为正交相位误差；I/Q两支路信号幅度不平衡度A = 20 · Iog10 (I (η) /Q (η))；
1 N
EVM = \00%x- 误差向量幅度EVM值]NjiK 1 ビ"其中δ I，δ Q是由
- 2 max
失真引起的接收数据点(I(n)，Q(n))和理想相位图点的误差，N是数据点数。S2 (n)= (I2 (η) +Q2 (η))，Sfflax是理想相位图最远状态的矢量幅度；(3)对I/Q两路信号进行相关峰与相关特性评估，获得评估參数如下相关函数特性评估数据处理利用载波剥离后的I (η)或Q(n)数据与本地复制的
理想码參考信号作互相关计算，并归一化互相关函数
权利要求
1. 一种GNSS基带信号的评估方法，其特征在于步骤如下步骤1 采用 (《) = !；(-If15(2) -Vref，将数据采集卡采集的16位带符号二进制数据k=0信号转化为浮点数的信号；其中表示信号参考点电平，S' (η)表示采样后信号，Bk, k =0，L，14表示二进制采样点数据，B15表示符号位；步骤2 对步骤1得到的浮点数信号进行歧异值检测，剔除零值数据和超大值数据，得到浮点格式的标准信号数据s (η)；步骤3 对标准信号数据S(ri)在频率上进行串行搜索，在码延时方向并行搜索码片相位，获得信号多普勒频移fd及码初始相位％ ；步骤4 利用Welch周期图谱估计方法计算标准信号s (η)的功率谱 步骤5 利用Costas环实现载波跟踪，并剥离标准信号数据s (η)中载波分量，输出正交的I路信号I (η)和Q路信号Q (η)；步骤6 利用I (η)和Q (η)两路信号，分别进行如下信号质量评估计算(1)以时间为坐标横轴，分别以Ι(η)或Q(n)数据幅度为坐标纵轴，画出信号的眼图，根据信号的眼图得到眼图评估参数最佳抽样点处眼图幅度的“张开”程度即眼图张开度(U-2 · Δ U)/U，其中U = U++U_ ；其中U+为I (η)或Q(n)正向幅度均值，U_为I (η)或Q(n)负向幅度均值，Δυ为I(n)和Q(n) 在均值U+和U—抖动范围；最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比即“眼皮”厚度2 · AU/U； 眼图波形过零点交叉线的发散程度即交叉点发散度Δ Τ/Τη，其中Τη为码片长度，Δ T 为眼图中多条曲线过零点抖动范围；在最佳抽样点处眼图正、负幅度不对称的程度即正负极性不对称度 (U+-UJ |/|υ++υ_| ；等效信号信噪比 Eb/N0 的损失量Δ (Eb/N0) = 20 · log [(U-2 · Δ U)/U]； 眼图左右斜率不平衡度以眼图上升沿与下降沿的斜率差表示；(2)以I(η)作为坐标横轴，Q(η)为坐标纵轴，画出信号的调制星座图，QPSK信号为分布于四象限内的四个点，对I/Q两路信号进行星座图与调制误差评估正交相位误差分别对四个象限求I (η)与Q (η)路的幅度平均，然后计算第一象限与第四象限之间的I/Q夹角以及第二象限与第三象限之间的I/Q夹角，分别计算它们与90度理想夹角的差值然后取平均值为正交相位误差；I/Q两支路信号幅度不平衡度
全文摘要
本发明涉及一种GNSS基带信号的评估方法，技术特征在于利用捕获和Costas环实现了信号的频率、初始相位精确预估计，并采用了周期累加平均，增加了信号的信噪比，大幅度提高了分析精度；在高信噪比条件下，复现信号时域波形及码片边沿特性，实现信号调制质量、发射通道及传输通道噪声、环境干扰等分析，完成地面接收的空间导航信号质量评估。本发明的导航信号分析方法可以广泛的运用在其他导航系统数据分析，具有较强的通用性。
文档编号H04L25/02GK102571652SQ20121000911
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者卢晓春, 寇艳红, 王雪, 贺成艳 申请人:中国科学院国家授时中心