一种基于伪随机Chirp的卫星导航信号设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111694028A(43)申请公布日2020.09.22(21)申请号202010571150.3(22)申请日2020.06.22(71)申请人北京自动化控制设备研究所地址100074北京市丰台区云岗北里1号院3号楼(72)发明人王腾李峰(51)Int.Cl.G01S19/24(2010.01)G01S19/29(2010.01)G01S19/37(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称一种基于伪随机Chirp的卫星导航信号设计方法(57)摘要本发明提供了一种基于伪随机Chirp的卫星导航信号设计方法，每颗卫星的导航信号基准信号采用两段符号持续时间相同、频谱宽度相同但调频率完全相反的Chirp信号拼接而成，其中每一段Chirp信号又是由两段调频率相同但起始频率不同的Chirp信号拼接而成；对每颗卫星的基准信号进行伪随机相位调制；将编码后的导航电文调制到所设计的伪随机Chirp信号上，得到卫星导航信号。该方法兼具大多普勒容限、多址接入特性和物理层安全性，可从根本上将接收机捕获过程降维成时域一维搜索，缩短捕获时间，同时提升接收机的动态应力，满足高动态条件下的载波相位估计要求，适用于卫星导航系统、伪卫星定位辅助系统、室内定位系统等领域。CN111694028ACN111694028A权利要求书1/1页1.一种基于伪随机Chirp的卫星导航信号设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用两段符号持续时间相同、频谱宽度相同但调频率完全相反的Chirp信号拼接得到卫星k的基函数sk(t)，每一段Chirp信号由两段调频率相同但起始频率不同的Chirp信号拼接而成；S2、对基函数sk(t)进行伪随机相位调制得到伪随机相位调制基函数s′k(t)；S3、对卫星导航电文数据进行编码；S4、将步骤S3所得的编码导航电文数据调制到步骤S2得到的伪随机相位调制基函数s′k(t)上，得到完整的卫星导航信号。2.根据权利要求1所述的卫星导航信号设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，卫星k的基函数sk(t)为：其中，Ts为导航信号的信号周期，Bs为导航信号的信号带宽，Es表示导航信号一个信号周期内的能量，表示调频率为起始频率为b1k的Chirp信号，表示调频率为起始频率为b2k的Chirp信号，T1k为p1k的持续时间，T2k为p3k的持续时间，t为时间。3.根据权利要求1所述的卫星导航信号设计方法，其特征在于，所述步骤S2中，使用在[0,2π]区间范围内服从均匀分布的伪随机相位对基函数sk(t)进行伪随机相位调制，得到其中是调节s′k(t)随机化程度的伪随机相位尺度因子。4.根据权利要求3所述的卫星导航信号设计方法，其特征在于，所述伪随机相位尺度因子根据系统所需要的多普勒容限、物理层安全编码的译码门限来确定。5.根据权利要求1所述的卫星导航信号设计方法，其特征在于，所述步骤S3选用具有物理层安全特性的信道编码方式，所述信道编码方式为基于LDPC、基于Polar或者基于BCH的物理层编码。6.根据权利要求1所述的卫星导航信号设计方法，其特征在于，所述步骤S4中调制方式为相位调制或者偏移键控调制。2CN111694028A说明书1/6页一种基于伪随机Chirp的卫星导航信号设计方法技术领域[0001]本发明属于导航信号设计领域，涉及一种利用Chirp信号来设计卫星导航信号的方法。背景技术[0002]传统直接序列扩频体制的卫星导航接收机在高动态环境下需要经过长时间的伪码-频偏二维搜索才能捕获到导航信号。即使采用主流的部分匹配滤波和频域FFT相结合的技术来实现码相位和部分频率单元的并行搜索，单颗卫星的捕获时间仍然远高于其时域搜索长度，接收机首次定位时间甚至达到分钟级。此外，为了获得厘米、分米级的定位信息，卫星接收机需要测得准确的导航信号载波相位。但是，传统直扩信号的伪码-频偏敏感性会导致接收机跟踪环路的噪声功率和失锁概率随着载体动态的提升而大幅提高，进而引起载波相位整周计数的跳变，使接收机无法估计准确的载波相位。[0003]Chirp信号是一种频率线性时变的信号，具有恒包络、高时宽带宽积(即信号持续时间与信号带宽的乘积)、大多普勒容限以及时延-频偏线性耦合的特性。受益于上述特点，Chirp信号已经在超宽带通信与测距、广域物联网(LoRa)以及水声通信等领域获得了广泛的应用。将Chirp信号用于卫星导航系统，那么接收机就可以利用其大多普勒容限和时延-频偏线性耦合的特性将捕获过程简化为时域一维搜索，进而减少捕获时间、减少硬件资源消耗，并能利用其匹配滤波输出在高动态下实现稳定、准确的载波相位估计。[0004]将Chirp信号应用于卫星导航系统尚面临以下技术挑战：