一种高精度信号延迟计算方法与流程

本发明涉及信号控制的，尤其涉及一种高精度信号延迟计算方法。

背景技术：

1、一个信号通过一个滤波器时，其必将产生一定的群时延，对模拟滤波器，这种时延受到包括温度等外界的影响，但对数字滤波器来说，其群时延确是一个恒定值，当改变滤波器的群时延，就可以改变信号的时延。在理论上这种时延的改变可以做到非常精细，然而受到计算代价和内存容量的限制。因此，根据不同系统技术要求选择符合精度要求的步长可以实现码相位精确控制。

2、本发明通过设计一种高精度信号延迟算法，可以计算出不同精度要求的步长来控制码相位值，从而实现信号时延的控制。

技术实现思路

1、本发明提供一种高精度信号延迟计算方法，目的在于（1）实现卫星信号的载波调制；（2）可以通过设置不同的时延步长，来控制卫星信号的码相位时延控制精度。

2、实现上述目的，本发明提供的一种高精度信号延迟计算方法，包括以下步骤：

3、s1：利用信号发射机天线获取卫星信号，并利用滤波器对所获取的卫星信号进行载波调制；

4、s2：根据载波调制后的卫星信号调整信号发射机天线角度，得到更多卫星信号，并对所获取的卫星信号进行载波调制；

5、s3：补偿卫星信号的载波相位，对载波调制后的卫星信号进行信号合成，得到卫星合成信号；

6、s4：计算卫星合成信号的时延步长，依靠卫星合成信号时延步长控制码相位值，实现信号时延控制。

7、作为本发明的进一步改进方法：

8、所述s1步骤中利用信号发射机的天线装置获取卫星信号，包括：

9、利用信号发射机的天线装置获取m个扩频码码周期为、基带正交信号复数波形为、多普勒频率为的卫星信号，其中表示所获取的第m个卫星信号的扩频频码周期，表示所获取的第m个卫星信号的基带正交信号复数波形，表示所获取的第m个卫星信号的时延，表示所获取的第m个卫星信号的多普勒频率，在本发明一个具体实施例中，，所获取的每个卫星信号来自不同的卫星，所获取的卫星信号格式为：

10、；

11、其中：

12、为信号发射机的天线装置所获取的第m个卫星信号；

13、为第m个卫星信号的i路基带信号；

14、为第m个卫星信号的q路基带信号；

15、为卫星信号的初相；

16、表示所获取的第m个卫星信号的扩频频码周期；

17、表示所获取的第m个卫星信号的基带正交信号复数波形。

18、所述s1步骤中利用滤波器对所获取的卫星信号进行载波调制，包括：

19、计算滤波器的频率响应特性：

20、；

21、；

22、其中：

23、表示第m个卫星信号所对应滤波器的频率响应特性；

24、表示载波，表示函数角频率，表示所获取的第m个卫星信号的多普勒频率；

25、表示第m个卫星信号的频率响应特性；

26、c表示光在真空中的传播速度，表示光载波波长；

27、基于卫星信号的时延，对滤波器进行重构：

28、；

29、；

30、；

31、其中：

32、表示第m个卫星的延时相位；

33、j为虚数；

34、t表示滤波器的采样周期；

35、表示滤波器抽样序数；

36、表示以卫星信号为输入，载波调制频率为的信号调制结果，则载波调制后信号的结构为：

37、；

38、其中：

39、表示基带信号；

40、表示所获取的第m个卫星信号的时延；

41、j表示虚数；

42、表示所获取的第m个卫星信号的多普勒频率。所述s2步骤中根据载波调制后的卫星信号调整信号发射机天线角度，包括：根据载波调制后的信号调制结果，得到信号调制结果与天线角度的对应公式：

43、；

44、其中：

45、j为虚数；

46、n为天线折射率；

47、c为光在真空中的传播速度；

48、根据公式中的对应关系，则信号发射机天线的角度为：；

49、根据计算得到的天线角度调整信号发射机天线的角度。所述s2步骤中利用信号发射机的天线装置获取更多卫星信号，并利用滤波器对所获取的卫星信号进行载波调制，包括：利用信号发射机的天线装置获取更多卫星信号，直到所获取的卫星信号数目达到k，，在本发明一个具体实施例中，，并利用滤波器对所获取的卫星信号进行载波调制，得到k个在共同载波调制下的卫星信号。

50、所述s3步骤中补偿卫星信号的载波相位，包括：对多普勒频率和基带信号时延产生的载波相位进行补偿:

51、；

52、其中：

53、k表示所获取的第k个卫星的卫星信号，；表示载波相位；

54、表示卫星发射信号的采样周期，n表示采样周期数目；；采用48位相位累加器对载波相位进行表征，取正弦表的长度为=16384，则累计相位在正弦表中的相位坐标为：；；

55、由于正弦表的长度有限，为了进一步提高精度，在查找表中得出载波相位格点值后，再进一步精确修正相位：；

56、其中：表示载波相位精度；

57、表示基带码元；

58、对基带码元作复数乘法，则可达到码相位时延控制精度的实际值要求：，其中为码相位时延控制精度，c为光在真空中的传播速度，b为修正相位后卫星信号的频率，为卫星信号的发射频率；在本发明一个具体实施例中，根据设置的码相位时延控制精度，修正卫星信号的频率。

59、所述s3步骤中对载波调制且载波相位补偿后的卫星信号进行信号合成处理，包括：

60、对载波调制且载波相位补偿后的卫星信号进行信号合成处理，则合成的信号为：

61、；

62、；

63、；

64、其中：

65、为归一化的码元基带序列；

66、为卫星信号的初相；

67、j为虚数；

68、为第m个卫星信号的i路基带信号，为正交参数；

69、为第m个卫星信号的q路基带信号，为正交参数；

70、表示所获取的第k个卫星信号的基带正交信号复数波所述s4步骤中计算卫星合成信号时延步长，依靠卫星合成信号时延步长控制码相位值，包括：

71、计算卫星信号的时延步长，则其对应的码相位时延控制精度为：

72、；

73、其中：表示卫星发射信号的采样周期；

74、c为光在真空中的传播速度；在本发明一个具体实施例中，2m码速率对应时延步长的码相位时延控制精度为。

75、相对于现有技术，本发明提出一种高精度信号延迟计算方法，该技术具有以下优势：

76、首先，本方案提出一种卫星信号载波调制方法，通过利用信号发射机的天线装置获取m个扩频码码周期为，基带正交信号复数波形为、多普勒频率为的卫星信号，其中表示所获取的第m个卫星信号的扩频频码周期，表示所获取的第m个卫星信号的基带正交信号复数波形，表示所获取的第m个卫星信号的时延，表示所获取的第m个卫星信号的多普勒频率，所获取的卫星信号格式为：

77、；

78、其中：为信号发射机的天线装置所获取的第m个卫星信号；为第m个卫星信号的i路基带信号；为第m个卫星信号的q路基带信号；为卫星信号的初相；表示所获取的第m个卫星信号的基带正交信号复数波形。根据每个卫星信号的频率特性，计算对应滤波器的频率响应特性，从而为每个卫星信号提供不同的载波调制滤波器：

79、；

80、；

81、其中：表示第m个卫星信号所对应滤波器的频率响应特性；表示载波，表示函数角频率，表示所获取的第m个卫星信号的多普勒频率；表示第m个卫星信号的频率响应特性；c表示光在真空中的传播速度，表示光载波波长；同时本方案所述滤波器基于卫星信号的时延进行重构：

82、；

83、；

84、；

85、其中：表示第m个卫星的延时相位；j为虚数；t表示滤波器的采样周期；表示滤波器抽样序数；表示以卫星信号为输入，载波调制频率为的信号调制结果，则载波调制后信号的结构为：

86、；

87、其中：表示基带信号；表示所获取的第m个卫星信号的时延；j表示虚数；表示所获取的第m个卫星信号的多普勒频率，从而将所获取的卫星信号在共同载波下进行载波调制处理，调制后的卫星信号可以直接在数字域进行信号合成，得到卫星合成信号。对于某一个载波，如果将信号在射频合成，由于各个射频通道之间的时延不一致，而且随温度的变化比较大，因此，各个通道间的相互时延将受射频通道的影响很大，需要复杂的措施来校准。而用数字计算，可以将所有12颗星的时延统一到一个共同的时间基准，相互的时延也就能够准确控制。由于各个卫星的同一频点的射频信号都由同一个射频通道输出，其时延完全一样，可以从根本上解决各个卫星时延不确定性。

88、同时本方案提出一种信号时延控制方法，通过计算卫星信号的时延步长，则其对应的码相位时延控制精度为：；

89、其中：示卫星发射信号的采样周期；c为光在真空中的传播速度；其中 2m码速率对应时延步长的码相位时延控制精度为。根据设置的码相位时延控制精度，修正卫星信号的频率。相较于传统方案，本方案通过设置不同的时延步长，来控制卫星信号的码相位时延控制精度，解决了卫星信号时延受到计算代价和内存容量的限制而造成的选型不当等决策。