下有效延长卫星寿命；相邻卫星协同分集紧密结 合定位卫星星座特点，在不改变空间段结构功能和增加卫星额外负担的情况下提高定位信 号的鲁棒性。
【附图说明】
[0051] 图1 :两卫星协同分集定位系统模型示意图
[0052] 图2 :多码M頂0扩频框图
[0053] 图3 :Rayleigh衰落信道中的误码性能曲线
[0054] 图4 :单码与多码的误码率性能比较
[0055] 图5 :协同分集定位工作流程图
【具体实施方式】
[0056] 下面结合附图对发明方法的【具体实施方式】做进一步说明。
[0057] 参见图1 :图1是具体的协同分集传输系统模型。在地面某一固定区域，通常同步 轨道卫星任意时刻可见，中轨道卫星平均十几分钟可见，因此实现较大规模的协同分集较 为困难。为了便于实现，可将同一轨道上的相邻卫星编为星对，实现双星协同分集，传输协 议如表1所示。当初始工作状态由正常转为不正常时，此时卫星下行信号遭遇强干扰，用户 接收机在常规定位模式条件下不能够接收到导航信号，无法解析导航电文。在此状态下，接 收机向信关站发送启动协同定位模式申请。信关站收到申请后，信关站控制中心选择两个 (或多个）星对向干扰区域发送协同定位信号。
[0058] 参见图2 :信号的编码与解码过程信关站先估算出卫星1到用户终端和卫星2到 用户终端两条传输路径的信道特性，然后将每个星对的两份导航电文分别发送给该星对的 两颗卫星。卫星收到该信号后将接收到的信号进行M頂0-扩频空间分集编码后再通过卫星 下行链路将编码信号发送给目的用户终端。用户终端对编码信号进行捕获后，由该卫星对 共同发送的空时编码电文即可同时被用户终端检测。用户接收终端按照空时编码的检测方 法对接收到的信号进行解码后即可恢复出发送的导航电文。见图2-多码MMO扩频示意图。
[0059] 参见图5 :本发明一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法的具体流程图
[0060] 实施例：基于Alamouti码的空时协同分集定位，针对用户接收机按照空时编码的 检测方法对接收信号进行处理的（即步骤1. 4)仿真实例
[0061] 本仿真实例米用 matlab 对 BPSK (Binary Phase Shift Keying)调制、基于 Alamouti码的空时协同分集定位信号在Rayleigh信道中的性能进行了仿真。仿真中假设 帧长为1500个符号；信道衰落在10帧内保持不变，每10帧之间独立变化；各协同卫星的总 发射功率相同，接收机为单天线接收。
[0062] 参见图3 :给出了 Rayleigh信道中空时协同分集系统的误码性能仿真曲线。从图 3中的曲线可以看出，在同样的信道环境中，Alamouti码检测系统性能远优于传统单天线 BPSK系统的；在低信噪比区，Alamouti码协同系统的性能接近Alamouti码检测系统的，优 于单天线BPSK系统的；而在高信噪比区，Alamouti码协同系统的性能存在一定的地板效 应，较Alamouti码检测系统略差。由此可见，如果我们适当地改进导航电文的结构和传输 方式，在可接受的信噪比区内，完全可以通过协同的方法获得远优于传统单天线BPSK扩频 系统性能。相邻卫星协同导航电文传输结构还将面对新的问题。常规M頂0和地面多点协作 传输系统接收天线收到的信号都是等功率的，由于距离不同引起的传输损耗差异大都可被 忽略。而卫星定位系统下行信号传输距离高达20000km以上，两颗卫星下行信号传输距离 差可高达4000km，累计传输损耗差异超过30dB。在空时协同信号同步已被捕获的前提下， 信号接收功率的不平衡将使系统性能大幅下降。对此，有必要对不同的扩频码工作方式的 抗接收功率失衡特性进行仿真对比。
[0063] 参见图4 :给出了 Rayleigh信道中空时协同分集系统采用单码和多码的误码性能 仿真曲线。从图中曲线可以看出，在同样的相邻卫星协同分集信道环境中，多码扩频性能远 优于单码扩频；当两径接收功率差在IOdB以上时，单码扩频完全不能工作；当两径接收功 率差在40dB以上时，多码扩频仍具有较低的误码率；单码扩频只有在两条路径长度相差不 远的情况下才有意义，而多码扩频则携带了额外的增益，非常适宜本专利提出的相邻卫星 协同定位的场合。
【主权项】
1. 一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，其特征在于：根据卫星定位系统设计 基于Alamouti码的空时协同分集定位方案和MIMO-扩频的空间分集编码；具体包括以下步 骤： 步骤1 :基于Alamouti码的空时协同分集定位，将同一轨道上的相邻卫星编为星对，实 现相邻卫星协同分集； 步骤I. 1 :假设初始工作状态正常，接收机运行在常规定位模式，一旦下行信号遭遇强 干扰，无法解析导航电文，接收机可向信关站发送启动协同定位模式申请； 步骤1. 2 :当信关站接收到申请后，信关站选择2个星对向干扰区域发送协同定位信 号，信关站可以事先估算出卫星1到用户终端和卫星2到用户终端两条传输路径的信道特 性，信关站首先将每个星对中的两份导航电文发送给该星对的两颗卫星； 步骤1. 3 :当卫星收到该信号后，两颗卫星分别按发射分集方案将各自接收到的信号 经空时编码处理后发给目的用户终端；在这一过程中，两卫星的用户下行链路信号按照 MHTO-扩频的空间分集编码方式进行编码处理，卫星1和卫星2分别相当于MMO系统中的 两个发射天线；由于用户终端已对定位信号进行了捕获，故假设由两颗卫星共同发送的空 时编码电文可以同时被用户终端检测； 步骤1. 4 :当用户接收到信号后，用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进 行处理，用户终端即可恢复出发送的导航电文，通信协议见表1 ;表1协同分集传输协议 步骤2 :在MMO-直接序列扩频方法多码模型的基础上设计针对卫星定位系统的协同 分集MMO-扩频的空间分集编码： 步骤2. 1 :对于频率平坦信道，发送端未知信道状态信息，设计简单的分集策略；发送 端能够用不同的正交扩频码在Mt个天线上传输相同的符号；假设有Mt个正交扩频码，即在 接收端相关器所得到的第j个扩频码的输出是其中Y1是某一接收终端的接收信号；ES是在一个符号周期中每一符号上发送端上可用 的平均能量，是信道矩阵，s是信道矩阵的输入信号，n ,是第j条路径的信道噪声； 步骤2. 2 :接收端从不同的发射天线中分离出到达的信号，并用最大比合并将它们合 并；在卫星定位系统中，用户下行链路为典型多径衰落信道，故针对Rayleigh衰落信道展 开，MIMO-扩频空间分集编码策略采用的是Alamouti码； 步骤2. 3 :建立M頂0-扩频空间分集编码策略。2. 根据权利要求1所述的一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，其特征在于： 步骤I. 4中所述的用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信号进行处理，具体过程如 下： 步骤1. 4. 1 :用户端收到这些信号后，用户接收机按照空时编码的检测方法对接收信 号进行处理，先用最大比合并将接收信号合并，然后通过解扩方法得到解扩后的信号，最后 利用Alamouti译码方法得到导航电文：其中：Z1是解扩后的信号，笔是解扩后的噪声，假设是独立同分布，即 给定MT且L个在时间和空间中独立同分布衰落的等功率抽头，连同Alamouti策略一起使 用的MIMO-SS (spread spectrum)获取完全的2L重数的分集； 步骤1. 4. 2 :扩频码在实际中不会有完全的自相关和互相关特性，从而导致径间和码 间干扰，并且导致信噪比损失；同样地，协作多点的分布特性造成的不相等的路径功率损耗 (在本发明的场景中不能忽略）或相关性将带来分集损失，当采用单码和多码操作时差异 尤为明显（如图4所示），其数学推导见步骤1. 4. 3。 步骤1. 4. 3 :假定两个不同的编码序列S和I分别由两个输入信号（Sl，S2)和6,?)产 生，其中(Sl，S:) # (見名）。码字差别矩阵B分别为公式中Ks为码长。由于编码矩阵的行是正交的，因此码字差别矩阵也是正交的。码字 距离矩阵A可以表示为 单码：由码字距离矩阵A可以推导慢瑞利衰落信道上的扩频空时编码系统差错概率，其成对 差错概率可以表示为公式中0是信号调制角度。 步骤1. 4. 4 :根据上述分析，信号功率的不平衡特性赋予扩频码的幅度，在路径损耗不 平衡（Cl>>c2)的情况下大幅小于单码系统，空时扩频编码采用多码扩频进行。3.根据权利要求1所述的一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法，其特征在于： 步骤2. 3中建立MMO-扩频空间分集编码策略的具体过程如下： 步骤2.3. 1 :假设Mt= 2(卫星数），Mr= 1(用户终端数），两个正交扩频码c JP c2: 用于传输并且两份导航电文sJP s 2是在一个周期内用Alamouti策略传输； 步骤2. 3. 2 :符号81和s 2是由扩频码c i扩频并分别由卫星1和2发送；同时-S 2*和 S1*是由扩频码C2扩频并分别由卫星1和2发送； 步骤2. 3. 3 :假设在时延0和II^hip(码片周期）时每个SISO组成信道有两个抽头，每 个抽头上有相等的平均功率；可以既获取路径即频率分集，又可获取空间分集；在接收端 接收到的信号分别在时延〇和1与每个扩频码相关； 步骤2. 3. 4 :假设扩频码是正交的，并有最优的自相关和互相关特性；因此，在每个时 延就没有来自其他时延（路径）的自干扰和互干扰，其中，对应于扩频码C1，在时延0和1 相关器的输出y 1(:和y n分别满足：其中Ii1 [1]代表在发送天线i和接收天线之间的采样（以码片速率）信道脉冲响应，ni 是噪声向量，类似地，对应于扩频码2在接收端的相关器的输出满足
【专利摘要】本发明涉及一种基于卫星定位系统的协同分集定位方法。根据卫星定位系统设计基于Alamouti码的空时协同分集定位方案和MIMO-扩频的空间分集编码；具体包括：基于Alamouti码的空时协同分集定位，将同一轨道上的相邻卫星编为星对，实现相邻卫星协同分集；在MIMO-直接序列扩频方法多码模型的基础上设计针对卫星定位系统的协同分集MIMO-扩频的空间分集编码。本发明同现有技术相比的优越性在于：在不增大定位信号发射功率的情况下提高信号增益，从而在保障抗干扰能力的前提下有效延长卫星寿命；相邻卫星协同分集紧密结合定位卫星星座特点，在不改变空间段结构功能和增加卫星额外负担的情况下提高定位信号的鲁棒性。
【IPC分类】G01S19/42
【公开号】CN105137463
【申请号】CN201510429038
【发明人】何恒, 杨晓云, 慕晓冬, 戴精科, 易昭湘, 赵鹏, 张海静, 张伟
【申请人】中国人民解放军第二炮兵工程大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月21日