卫星导航信号及其生成方法、生成装置、接收方法和接收装置与流程

文档序号:11170884
卫星导航信号及其生成方法、生成装置、接收方法和接收装置与流程
本申请涉及卫星导航领域,更具体地,本申请涉及卫星导航信号及其生成方法、生成装置、接收方法和接收装置。

背景技术:
随着全球导航卫星系统(GNSS)的持续建设,导航服务需求在不断扩展。各卫星导航系统在同一频段上播发的信号数量越来越多,使得原本有限的卫星导航频谱变得愈加拥挤。随着同一系统在同一频段内播发信号数量的增加,卫星载荷的复杂度不断提高。如果一个频段内的不同服务信号使用彼此独立的发射天线及放大器链路,对天线设计的要求以及载荷的总功率、成本、体积、重量等方面都会带来较大的代价。因此,希望能够将多个信号在一个载波上进行复用合成。而同时,在卫星发射功率受限的情况下,为了在接收端维持足够的接收功率,希望星上的高功率发射机具有尽可能高的功率效率。这就要求卫星上的高功率放大器(HPA)要工作在非线性饱和区。但当HPA在饱和点附近时,如果输入信号不具有恒定的包络,那么输出分量会产生幅度调制和幅相转换等畸变,造成发射信号的幅相失真,对接收端的性能造成很大的影响。因此需要保证合成信号的恒包络特性。对于同一频点上的多个DSSS信号的恒包络复用,已有一些成熟的技术,例如,可以将两个不同的DSSS信号放置在载波的两个相互正交的相位上从而构成一个QPSK信号进行发射。早期的GPS中,L1频点的C/A码信号和P(Y)码信号的恒包络复用就是以这种方式实现的。但当信号数目增多时,就需要使用一些更为复杂的恒包络复用技术,例如美国专利US6430213、美国专利申请US2002/0075907A1、美国专利申请US2002/0150068A1、以及美国专利申请US2011/0051783A1等等。但上述的这些技术主要针对同一频点上的多个信号分量的恒包络复用。现有技术,例如恒包络AltBOC调制技术(美国专利US2006/0038716A1)以及时分复用AltBOC(TD-AltBOC)技术(中国专利公开号CN102209056A)提供了一种对于两个不同频点上的DSSS信号联合进行恒包络复用的方法,例如将两个相隔30.69MHz的频点上分别调制的两组BPSK-R(10)信号组合成一个复合恒包络信号。然而,AltBOC调制技术需要预先生成相位映射表,并通过查表的方式实现多路复用信号的恒包络。此外,AltBOC调制技术中,参与复用的DSSS信号分量的功率必须是相等的。而在TD-AltBOC中,这种技术所使用的时分复用显著恶化了所复用的DSSS信号与同一频段上的其它扩频信号之间的多址性能。而且TD-AltBOC中,参与复用的信号分量的功率也必须是相等的。技术上的这种限制降低了AltBOC和TD-AltBOC使用的灵活性。众所周知,在GNSS系统中,由于测距是信号的首要目的,信号体制设计中更倾向于为导频信道分配比数据信道更多的功率,以提高伪距测量以及载波相位跟踪的精度和稳健性,而且信号分量采用不同的扩频码片波形(例如BPSK-R、正弦相位BOC、余弦相位BOC、TMBOC、QMBOC等)会在接收机中呈现出不同的捕获、跟踪、解调性能,因此有必要为卫星导航信号提供一种更为灵活的双频恒包络复用技术。

技术实现要素:
本申请的目的是提供一种至少能够部分改善上述现有技术中的缺陷的一种卫星导航信号及其生成方法、生成装置、接收方法和接收装置。根据本申请的一个方面,公开了一种卫星导航信号生成装置,包括:基带信号产生器,生成第一基带信号S1,第二基带信号S2,第三基带信号S3,以及第四基带信号S4;多路复用信号产生器,设置所述第一基带信号S1,第二基带信号S2,第三基带信号S3和第四基带信号S4的多路复用信号的同相基带分量和正交基带分量的幅度和相位,生成具有恒包络的多路复用信号;以及调制器,将所述具有恒包络的多路复用信号调制到射频,生成卫星导航信号,其中,所述第一基带信号S1和所述第二基带信号S2调制于第一载波频率f1且载波相位彼此正交,所述第三基带信号和所述第四基带信号调制于第二载波频率f2且载波相位彼此正交。根据本申请的一个方面,公开了一种卫星导航信号生成方法,包括:生成第一基带信号S1,第二基带信号S2,第三基带信号S3,以及第四基带信号S4;设置所述第一基带信号S1,第二基带信号S2,第三基带信号S3和第四基带信号S4的多路复用信号的同相基带分量和正交基带分量的幅度和相位,生成具有恒包络的多路复用信号;以及将所述具有恒包络的多路复用信号调制到射频,生成卫星导航信号,其中,所述第一基带信号S1和所述第二基带信号S2调制于第一载波频率f1且载波相位彼此正交,所述第三基带信号和所述第四基带信号调制于第二载波频率f2且载波相位彼此正交。根据本申请的一个方面,公开了一种通过前述卫星导航信号生成方法或卫星导航信号生成装置所生成的卫星导航信号。根据本申请的一个方面,公开了一种设备,包括处理如前述卫星导航信号、或者卫星导航信号生成方法或卫星导航信号生成装置所生成的卫星导航信号的装置。根据本申请的一个方面,公开了一种卫星导航信号接收装置,接收由如前述卫星导航信号、或者卫星导航信号生成方法或卫星导航信号生成装置所生成的卫星导航信号。根据本申请的一个方面,公开了一种接收由如前述卫星导航信号、或者卫星导航信号生成方法或卫星导航信号生成装置所生成的卫星导航信号的信号接收装置,包括:接收单元,接收所述卫星导航信号;解调单元,解调所接收到的卫星导航信号中调制于第一载波的信号分量,并解调所述接收到的调制于第二载波的信号分量;以及处理单元,根据所述解调单元所解调的调制于第一载波的信号分量获得第一基带信号S1和第二基带信号S2以及所解调的调制于第二载波的信号分量,获得第三基带信号S3和第四基带信号S4。根据本申请的一个方面,公开了一种接收由如前述卫星导航信号、或者卫星导航信号生成方法或卫星导航信号生成装置所生成的卫星导航信号的信号接收方法,包括:接收所述卫星导航信号;解调所接收到的卫星导航信号中调制于第一载波的信号分量,获得第一基带信号S1和第二基带信号S2;以及解调所接收到的卫星导航信号中调制于第二载波的信号分量,获得第三基带信号S3和第四基带信号S4。根据本申请的一个方面,公开了一种接收由如前述卫星导航信号、或者卫星导航信号生成方法或卫星导航信号生成装置所生成的卫星导航信号的信号接收装置,包括:接收单元,接收所述卫星导航信号;解调单元,解调所述卫星导航信号,获得多路复用信号的同相基带分量和正交基带分量;以及处理单元,根据所述多路复用信号的同相基带分量和正交基带分量的幅度和相位,获得第一基带信号S1,第二基带信号S2,第三基带信号S3,以及第四基带信号S4。根据本申请的一个方面,公开了一种接收由如前述卫星导航信号、或者卫星导航信号生成方法或卫星导航信号生成装置所生成的卫星导航信号的信号接收方法,包括:接收所述卫星导航信号;解调所述卫星导航信号,获得多路复用信号的同相基带分量和正交基带分量;以及根据所述多路复用信号的同相基带分量和正交基带分量的幅度和相位,获得第一基带信号S1,第二基带信号S2,第三基带信号S3,以及第四基带信号S4。根据本申请的一个方面,公开了一种包括用于实现如前述方法、装置、设备或者用于生成如前述卫星导航信号的可执行指令的程序。根据本申请的一个方面,公开了一种存储如前述用于实现如前述方法、装置、设备或者用于生成如前述卫星导航信号的可执行指令的程序的机器可读存储器。附图说明图1示出了根据本申请的一种实施方式的卫星导航信号生成装置的方框图。图2示出了根据本申请的一种实施方式的基带信号产生器的方框图。图3示出了根据本申请的一种实施方式的多路复用信号产生器的方框图。图4示出了根据本申请的一种实施方式的调制器的方框图。图5示出了根据本申请的一种实施方式的卫星导航信号生成装置的一种具体实现方式的示意图。图6示出了根据本申请的一种实施方式的卫星导航信号生成装置的另一种具体实现方式的示意图。图7示出了根据本申请的一种实施方式的当四个信号分量功率比为c1:c2:c3:c4=1:2:3:8情况下复合基带信号的星座图。图8示出了根据本申请的一种实施方式的多路复用信号的功率谱密度。图9显示了根据本申请的一种实施方式的卫星导航信号生成方法的流程图。图10显示了根据本申请的一种实施方式的卫星导航信号接收装置的方框图。图11示出了根据本申请的一种实施方式的卫星导航信号接收装置的一种具体实现方式的示意图。具体实施方式下面参照附图对本申请公开的卫星导航信号的恒包络复用方法、生成装置以及接收方法进行详细说明。为简明起见,本申请各实施例的说明中,相同或类似的装置使用了相同或相似的附图标记。图1显示了根据本申请的一种实施方式的卫星导航信号生成装置1。如图所示,信号生成装置1包括基带信号产生器100,多路复用信号产生器200,以及调制器300。基带信号产生器100生成第一基带信号S1,第二基带信号S2,第三基带信号S3,以及第四基带信号S4。多路复用信号产生器200设置第一基带信号S1,第二基带信号S2,第三基带信号S3和第四基带信号S4的多路复用信号的同相基带分量I(t)和正交基带分量Q(t)的幅度和相位,以生成具有恒包络的多路复用信号。调制器300将所述具有恒包络的多路复用信号调制到射频,生成卫星导航信号。其中,第一基带信号S1和第二基带信号S2调制于第一载波频率f1且载波相位彼此正交,将第三基带信号和第四基带信号调制于第二载波频率f2且载波相位彼此正交。根据本申请的卫星导航信号生成装置,可以实现两个频点(f1,f2)上的四个信号分量(S1,S2,S3,S4)的恒包络复用。根据一种实施方式,可以根据实际需要设定各基带信号Si的功率参数c1,c2,c3和c4,即,各基带信号可以具有不同的功率参数。根据一种实施例,功率参数可以是各基带信号的绝对功率,例如各基带信号实际采用的发射功率。可以理解,由于通过例如放大器等器件后,信号的绝对功率将会发生变化,根据另一种实施例,功率参数可以是各基带信号的相对功率。例如,当各基带信号的功率比c1:c2:c3:c4为1:1:1:1时,四路基带信号的相对功率均为1。当各基带信号的功率比c1:c2:c3:c4为1:3:1:3时,四路基带信号的相对功率分别为1,3,1,3。此外,基带信号产生器110生成的各基带信号中可以有任一个、任两个或者任意三个功率参数为零。多路复用信号产生器200可以根据各基带信号的功率参数,设置多路复用信号的同相基带分量和正交基带分量的幅度和相位。根据本申请的一种实施方式,基带信号是取值为+/-1的信号。多路复用信号产生器200可以根据各路基带信号的取值,设置多路复用信号的同相基带分量和正交基带分量的幅度和相位。如图2所示,根据一种实施方式,基带信号产生器100可以包括信源110,扩频调制器120和扩频码片赋形器130。信源110产生需要播发的信息。例如卫星导航系统中完成定位所需要的同步字、时间信息、星历等,并将其编码成比特流。本领域技术人员可以理解,对于某些专门用作测距用途的信号,例如卫星导航系统中的导频信道信号,可以不传递具体信息而认为其播发的比特流恒为0或者恒为1。扩频调制器120使用扩频序列对信源产生的比特流/信息进行扩频调制,得到调制了电文信息的扩频序列。扩频码片赋形器130将调制了电文信息的扩频序列中的每一比特赋以一个波形。这一波形可以是矩形脉冲、归零波形、方波、以及在卫星导航领域通常使用的二进制编码符号(BCS)波形等。本领域技术人员可以理解,BPSK-R、BOC、TMBOC等调制所使用的扩频码片波形都是BCS波形中的特例。可以理解,根据本申请的卫星导航信号生成装置可以灵活选择各基带信号...
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