专利名称：导航卫星上同频点多路信号恒包络合成发射方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种导航卫星上同频点多路信号恒包络合成发射方法及电路。
背景技术：
对于目前世界上的GNSS系统，随着应用需求不断扩大，需要提供的服务日益增多。然而卫星导航系统的频谱资源有限，现代的GNSS系统通常会在同一频点上发射多个导航信号，以提高频谱资源的利用效率。同频点上发射多个信号提高了频谱的利用效率，然而在提高频谱利用效率的同时，应该以不影响每种信号的性能为基础，但是同频点多信号的想法在实际的具体应用中却产生了新的问题。这个问题来自于卫星上的高功率放大器。因为如果对于每个信号均单独使用一个高功率放大器，由于高功率放大器是体积和重量都较为庞大，当信号数较多时，这种实现方式极大的增加卫星上的有效载荷，使得卫星平台设计变得异常复杂。针对这个问题，需要对星上的高功率放大器进行复用，即多个信号共享一个高功放。一个非常重要的问题是如何有效的组合这些信号才能够给地面带来良好的性能。为了最大效率的使用高功率放大器，高功率放大器应该工作在非线性区域的饱和点附近。然而当高功放在饱和点附近时，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。在同频点单信号的情况下，由于卫星导航信号本身就使用BPSK-R的调制方式，其信号包络本身就是恒定的。因此不会遇到这些问题。然而当信号数目增多，不同信号分量需要进行组合，合成信号的包络会产生一定的起伏。那么当高功率放大器工作在饱和点的时候会产生幅相失真，对接收端的性能造成很大的影响。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种导航卫星上同频点多路信号恒包络合成发射方法及电路，能够使得多个信号的组合具有恒包络的性质，从而避免了幅度/幅度、幅度/相位失真。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是导航卫星上同频点多路信号恒包络合成发射方法，步骤如下对于导航卫星上的N路需要复用的二进制输入信号，通过交调信号发生器，得到N路号中任意两路号的交调乘积号、任意二路号的交调乘积号、一直到任意N路信号的交调乘积信号，以及直流信号；对输入的N路信号、生成的各路交调乘积信号以及直流信号，共计2N路信号，将每一路信号进行针对本路的特定倍数的放大，然后与同相载波支路相乘；对输入的N路信号、生成的各路交调乘积信号以及直流信号，共计2N路信号，将每一路信号进行针对本路的另外一个特定倍数的放大，然后与正交载波支路相乘；最后将两次相乘后得到的所有信号相加合成，即得到最终的具有恒包络特性的输出信号。对于给定了 N路信号复用的相位映射表情况，首先利用S矩阵计算得到一组复系数，对于N路信号，每路信号有+1和-I两种取值方式，N路信号共用2N种取值可能，对于2n种取值中的任意一种取值，都由此确定相应的各阶交调乘积信号的取值，即2N种可能取值，将N路信号、从2阶到N阶的各阶交调信号以及直流信号按顺序排列起来，共有2N路，将每一种取值作为一行，排成方阵，由此构成2n*2n维的S矩阵，其构造方法如下(I)对于前N列，将整数0 (2n_1)采用N位二进制表示法，放置到第I行到2n行，其中第m行的前N个数对应整数(m-1)的N位二进制表示法的N个数，然后将其中的所有的0换成为-I,到此构成了前N列；(2)接下来的^列，采用第I列到第N列中的所有二阶交调乘积构成，即依次取出第1、2列，第1、3列，……，第1、N列，第2、3列，第2、4列，……，第2、N列，……，依次下去，直到取出第N-l、N列，并将每次取出的两列进行对应元素相乘构成新列，填入S矩阵的 新列，上述所有二阶交调乘积共构成了C〗个新列；(3)接下来的G列，采用第I列到第N列中的所有三阶交调乘积构成，即依次取出第1、2、3列，第1、2、4列，……，第1、2、N列，第2、3、4列，第2、3、5列，……，第2、3、N列，……，依次下去，直到取出第N-2，N-1、N列，并将每次取出的三列进行对应元素相乘构成新列，填入S矩阵的新列，上述所有三阶交调乘积共构成了C〗个新列；......(N)接下来的列，采用第I列到第N列中的所有N阶交调乘积构成，即取出第I、
2、……、N列，并将取出的N列进行对应元素相乘构成新列，填入S矩阵的新列，上述所有三阶交调乘积共构成了^个新列，至此，构造出S矩阵的前2n-1列；(N+1)对于S矩阵的最后一列,采用全I填入；至此，完成了 S矩阵的构造；然后根据如下计算公式获取相应放大系数C = S^1 - expa - real (C) = S^1 cos(6)b = imag (C) = X-1 sin(泾)其中,( 表示复系数向量,共2N个，j表示虚数单位,沒表示一组相位向量表示由复系数向量的实部构成的向量，石表示由复系数向量的虚部构成的向量；每个复系数的实部作为与同相载波支路相乘的每个信号的放大系数，而每个复系数的虚部作为与正交载波支路相乘的每个信号的放大系数，系数与信号的对应关系如下(I)前N个系数对应N路输入信号；(2)接下来的^个系数，对应N个输入信号中的所有二阶交调乘积构成的信号，顺序依次为第1、2信号的交调乘积信号，第1、3信号的交调乘积信号，……，第1、N信号的交调乘积信号，第2、3信号的交调乘积信号，第2、4信号的交调乘积信号，……，第2、N信号的交调乘积信号，……，依次下去，直到第N-1、N的交调乘积信号；(3)接下来的G个系数，对应着N个输入信号中的所有三阶交调乘积构成的信号，顺序依次为第1、2、3信号的交调乘积信号，第1、2、4信号的交调乘积信号，……，第1、2、N信号的交调乘积信号，第2、3、4信号的交调乘积信号，第2、3、5信号的交调乘积信号，……，第2、3、N信号的交调乘积信号，……，依次下去，直到取出第N-2，N-1、N信号的交调乘积信号；......(N)接下来的は个系数，对应第I个到第N个所有N个输入信号的交调乘积构成的信号；(N+1)最后ー个系数对应直流信号。而对于没有给定相位映射关系，但是给定了各个输入信号的功率配比和相对相位约束关系的情况，通过求解一个带有各个输入信号的功率配比和相对相位约束关系的欠定非线性复数方程，找到ー个复用效率最高的解，从而得到效率最优意义下的恒包络方案，然后，再利用S矩阵计算得到相应放大系数。所述带有各个输入信号的功率配比和相对相位约束关系的欠定非线性复数方程如下所示
权利要求
1.导航卫星上同频点多路信号恒包络合成发射方法，其特征在于 对于导航卫星上的N路需要复 用的二进制输入信号，通过交调信号发生器，得到N路信号中任意两路信号的交调乘积信号、任意三路信号的交调乘积信号、一直到任意N路信号的交调乘积信号，以及直流信号； 对输入的N路信号、生成的各路交调乘积信号以及直流信号，共计2N路信号，将每一路信号进行针对本路的特定倍数的放大，然后与同相载波支路相乘； 对输入的N路信号、生成的各路交调乘积信号以及直流信号，共计2N路信号，将每一路信号进行针对本路的另外一个特定倍数的放大，然后与正交载波支路相乘； 最后将两次相乘后得到的所有信号相加合成，即得到最终的具有恒包络特性的输出信号。
2.根据权利要求I所述恒包络合成发射方法，其特征在于对于给定了N路信号复用的相位映射表情况，首先利用S矩阵计算得到一组复系数，对于N路输入信号，S矩阵是一个2n*2n维的方阵，其构造方法如下 (1)对于前N列，将整数O (2n-1)采用N位二进制表示法，放置到第I行到2nR，其中第m行的前N个数对应整数(m-1)的N位二进制表示法的N个数，然后将其中的所有的O换成为-I，到此构成了前N列； (2)接下来的列，采用第I列到第N列中的所有二阶交调乘积构成，即依次取出第I、2列，第1、3列，……，第1、N列，第2、3列，第2、4列，……，第2、N列，……，依次下去，直到取出第N-l、N列，并将每次取出的两列进行对应元素相乘构成新列，填入S矩阵的新列，上述所有二阶交调乘积共构成了C〗个新列； (3)接下来的列，采用第I列到第N列中的所有三阶交调乘积构成，即依次取出第I、2、3 列,第 1、2、4 列，......，第 1、2、N 列,第 2、3、4 列,第 2、3、5 列，......,第 2、3、N 列，......，依次下去,直到取出第N-2，N-1、N列，并将每次取出的三列进行对应元素相乘构成新列，填A S矩阵的新列，上述所有三阶交调乘积共构成了C〗个新列； (N)接下来的列，采用第I列到第N列中的所有N阶交调乘积构成，即取出第I、2、……、N列，并将取出的N列进行对应元素相乘构成新列，填入S矩阵的新列，上述所有三阶交调乘积共构成了^个新列，至此，构造出S矩阵的前2n-1列； (N+1)对于S矩阵的最后一列，采用全I填入； 至此，完成了 S矩阵的构造； 然后根据如下计算公式获取相应放大系数 C = S^1 - expa = real (C) = cos(0)b = imag (C) = S^1 ■ sin(0) 其中，(5表示复系数向量，共2N个，j表示虚数单位,沒表示一组相位向量表示由复系数向量的实部构成的向量，石表示由复系数向量的虚部构成的向量； 每个复系数的实部作为与同相载波支路相乘的每个信号的放大系数，而每个复系数的虚部作为与正交载波支路相乘的每个信号的放大系数，系数与信号的对应关系如下 (1)前N个系数对应N路输入信号； (2)接下来的个系数，对应N个输入信号中的所有二阶交调乘积构成的信号，顺序依次为第1、2信号的交调乘积信号，第1、3信号的交调乘积信号，……，第1、N信号的交调乘积信号，第2、3信号的交调乘积信号，第2、4信号的交调乘积信号，……，第2、N信号的交调乘积信号，……，依次下去，直到第N-1、N的交调乘积信号； (3)接下来的个系数，对应着N个输入信号中的所有三阶交调乘积构成的信号，顺序依次为第1、2、3信号的交调乘积信号，第1、2、4信号的交调乘积信号，……，第1、2、N信号的交调乘积信号，第2、3、4信号的交调乘积信号，第2、3、5信号的交调乘积信号，……，第·2、3、N信号的交调乘积信号，……，依次下去，直到取出第N-2，N-I、N信号的交调乘积信号; (N)接下来的个系数，对应第I个到第N个所有N个输入信号的交调乘积构成的信号; (N+1)最后一个系数对应直流信号。
3.根据权利要求2所述恒包络合成发射方法，其特征在于所述N取3，构造出的S矩阵如下
4.根据权利要求2所述恒包络合成发射方法，其特征在于对于没有给定相位映射关系，但是给定了各个输入信号的功率配比和相对相位约束关系的情况，通过求解一个带有各个输入信号的功率配比和相对相位约束关系的欠定非线性复数方程，找到一个复用效率最高的解，从而得到效率最优意义下的恒包络方案，然后，再利用S矩阵计算得到相应放大系数。
5.根据权利要求4所述恒包络合成发射方法，其特征在于所述带有各个输入信号的功率配比和相对相位约束关系的欠定非线性复数方程如下所示
6.根据权利要求I所述恒包络合成发射方法，其特征在于所述同相载波支路是由频率基准模块产生指定频点的载波，将此载波延迟n /2，即为正交载波支路。
7.根据权利要求I所述恒包络合成发射方法，其特征在于所述交调信号发生器由一组组合逻辑电路或者查表逻辑电路实现。
8.一种实现权利要求I所述恒包络合成发射方法的电路，其特征在于包括交调信号发生器，由一组组合逻辑电路或者查表逻辑电路实现，接N路卫星导航信号的输入，内部运算得到N路信号中任意两路信号的交调乘积信号、任意三路信号的交调乘积信号、一直到任意N路信号的交调乘积信号，以及直流信号，并分别输出； 放大器，共计2 X 2N个，交调信号发生器的每一路信号输出均并联地接有两个放大器，一个称为同相支路放大器，一个称为正交支路放大器，这样共有2N个同相支路放大器，2N个正交支路放大器； 多信号合路器，共计两个，一个接2N个同相支路放大器的输出，将其相加合成，称为同相支路多信号合路器；另一个接2N个正交支路放大器的输出，将其相加合成，称为正交支路多信号合路器； 载波发生器，由频率基准模块产生指定频点的载波，并分成两路，一路与同相支路多信号合路器的输出一起输入至第一乘法器完成乘法运算，另一路经载波相位延迟器延迟n /2后与正交支路多信号合路器的输出一起输入至第二乘法器完成乘法运算； 合成器，接第一乘法器和第二乘法器的输出，完成相加运算并输出得到具有恒包络特性的信号。
全文摘要
本发明为导航卫星上同频点多路信号恒包络合成发射方法及电路，对于导航卫星上的N路需要复用的二进制输入信号，通过交调信号发生器，得到N路信号中任意两路信号的交调乘积信号、任意三路信号的交调乘积信号、一直到任意N路信号的交调乘积信号，以及直流信号；将每一路信号进行针对本路的特定倍数的放大，然后与同相载波支路相乘；将每一路信号进行针对本路的另外一个特定倍数的放大，然后与正交载波支路相乘；最后将两次相乘后得到的所有信号相加合成，即得到最终的具有恒包络特性的输出信号，从而避免了幅度/幅度、幅度/相位失真，且能够评估任意一路参与恒包络合成的信号在恒包络过程中所受到的干扰，易于配置、实现灵活。
文档编号G01S19/02GK102645657SQ201210129039
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者姚铮, 崔晓伟, 张晓明, 陆明泉 申请人:清华大学