一種gnss基帶信號的評估方法
2023-08-13 12:43:56
專利名稱：一種gnss基帶信號的評估方法
技術領域：
本發明涉及ー種GNSS基帶信號的評估方法，主要涉及基於高速數據採集的信號離線分析方法，導航信號預處理方法，由導航信號周期性決定的特定分析方法。
背景技術：
全球衛星導航系統(GlobalNavigation Satellite System, GNSS)是集大地測量、計時、天文學、衛星技術、無線通信等技術為一體的綜合系統。它為用戶提供高精度的時間、位置和速度的信息服務。全球衛星導航系統的性能評估主要有信號質量、服務精度、連續性、可用性和完好性。導航信號是導航衛星系統中最重要的組成部分之一，是導航系統中衛星、地面運控以及用戶之間協調工作的紐帶。空間導航信號質量的好壞將直接關係到系統定位、授時和測速等基本功能、關鍵性能和指標的實現。基帶信號質量的評估主要包括頻域功率譜、時域波形、碼片邊緣、調製誤差、相關特性。上述性能分析跨越了通信信號處理、數位訊號處理、時間頻率分析、數理統計等多領域學科。其難點主要體現在以下幾個方面(1)確定能夠全面反映導航信號性能的評估參數；(2)結合導航信號的特性分析導航信號；(3)準確的評估參數計算方法和表述方式。
發明內容
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發明提出ー種GNSS基帶信號的評估方法，通過分析功率譜、時域波形、眼圖、星座圖和相關曲線，從信號的頻域、時域波形、調製域和相關特性等多方面真實準確地反映衛星下行信號質量，實現了高質量和高精細的GNSS基帶信號質量評估。技術方案ー種GNSS基帶信號的評估方法，其特徵在於步驟如下步驟1 採用バめ=I(_lf15(2)Si -Vref，將數據採集卡採集的16位帶符號ニ進位
數據信號轉化為浮點數的信號；其中表示信號參考點電平，s' (η)表示採樣後信號， Bk(k = 0，Λ，14)表示ニ進位採樣點數據，B15表示符號位；步驟2 對步驟1得到的浮點數信號進行歧異值檢測，剔除零值數據和超大值數據，得到浮點格式的標準信號數據s (η)；步驟3 對標準信號數據s (η)在頻率上進行串行捜索，在碼延時方向並行搜索碼片相位，獲得信號都卜勒頻移fd及碼初始相位外；步驟4 利用Welch周期圖譜估計方法計算標準信號數據s (η)的功率譜步驟5 利用Costas環實現載波跟蹤，並剝離標準信號數據s (η)中載波分量，輸出正交的I路信號I (η)和Q路信號Q (η)；步驟6 利用Ι(η)和Q(n)兩路信號，分別進行如下信號質量評估計算(1)以時間為坐標橫軸，分別以I(n)或Q(n)數據幅度為坐標縱軸，畫出信號的眼圖，根據信號的眼圖得到眼圖評估參數最佳抽樣點處眼圖幅度的「張開」程度即眼圖張開度(U-2 · AU)/U，其中U = U++U_;其中U+為Ι(η)或Q(n)正向幅度均值，U-為I (η)或Q(n)負向幅度均值，Δυ為I(n) 和Q (η)在均值U+和U_抖動範圍；最佳抽樣點處眼圖幅度的閉合部分與最大幅度之比即「眼皮」厚度2 · AU/U ；眼圖波形過零點交叉線的發散程度即交叉點發散度ΔΤ/Τη，其中！；為碼片長度，ΔΤ為眼圖中多條曲線過零點抖動範圍；在最佳抽樣點處眼圖正、負幅度不對稱的程度即正負極性不對稱度 (U+-UJ l/lu.+u—l ；等效信號信噪比K/N。的損失量Δ (Eb/N0) = 20 · log [(U-2 · Δ U)/U]；眼圖左右斜率不平衡度以眼圖上升沿與下降沿的斜率差表示；(2)以I (η)作為坐標橫軸，Q(η)為坐標縱軸，畫出信號的調製星座圖，QPSK信號為分布於四象限內的四個點，對I/Q兩路信號進行星座圖與調製誤差評估正交相位誤差分別對四個象限求I (η)與Q (η)路的幅度平均，然後計算第一象限與第四象限之間的I/Q夾角以及第ニ象限與第三象限之間的I/Q夾角，分別計算它們與90 度理想夾角的差值然後取平均值為正交相位誤差；I/Q兩支路信號幅度不平衡度A = 20 · Iog10 (I (η) /Q (η))；
1 N
EVM = \00%x- 誤差向量幅度EVM值]NjiK 1 ビ"其中δ I，δ Q是由
- 2 max
失真引起的接收數據點(I(n)，Q(n))和理想相位圖點的誤差，N是數據點數。S2 (n)= (I2 (η) +Q2 (η))，Sfflax是理想相位圖最遠狀態的矢量幅度；(3)對I/Q兩路信號進行相關峰與相關特性評估，獲得評估參數如下相關函數特性評估數據處理利用載波剝離後的I (η)或Q(n)數據與本地複製的
理想碼參考信號作互相關計算，並歸一化互相關函數
權利要求
1. 一種GNSS基帶信號的評估方法，其特徵在於步驟如下步驟1 採用 (《) = !；(-If15(2) -Vref，將數據採集卡採集的16位帶符號二進位數據k=0信號轉化為浮點數的信號；其中表示信號參考點電平，S' (η)表示採樣後信號，Bk, k =0，L，14表示二進位採樣點數據，B15表示符號位；步驟2 對步驟1得到的浮點數信號進行歧異值檢測，剔除零值數據和超大值數據，得到浮點格式的標準信號數據s (η)；步驟3 對標準信號數據S(ri)在頻率上進行串行搜索，在碼延時方向並行搜索碼片相位，獲得信號都卜勒頻移fd及碼初始相位％ ；步驟4 利用Welch周期圖譜估計方法計算標準信號s (η)的功率譜 步驟5 利用Costas環實現載波跟蹤，並剝離標準信號數據s (η)中載波分量，輸出正交的I路信號I (η)和Q路信號Q (η)；步驟6 利用I (η)和Q (η)兩路信號，分別進行如下信號質量評估計算(1)以時間為坐標橫軸，分別以Ι(η)或Q(n)數據幅度為坐標縱軸，畫出信號的眼圖，根據信號的眼圖得到眼圖評估參數最佳抽樣點處眼圖幅度的「張開」程度即眼圖張開度(U-2 · Δ U)/U，其中U = U++U_ ；其中U+為I (η)或Q(n)正向幅度均值，U_為I (η)或Q(n)負向幅度均值，Δυ為I(n)和Q(n) 在均值U+和U—抖動範圍；最佳抽樣點處眼圖幅度的閉合部分與最大幅度之比即「眼皮」厚度2 · AU/U； 眼圖波形過零點交叉線的發散程度即交叉點發散度Δ Τ/Τη，其中Τη為碼片長度，Δ T 為眼圖中多條曲線過零點抖動範圍；在最佳抽樣點處眼圖正、負幅度不對稱的程度即正負極性不對稱度 (U+-UJ |/|υ++υ_| ；等效信號信噪比 Eb/N0 的損失量Δ (Eb/N0) = 20 · log [(U-2 · Δ U)/U]； 眼圖左右斜率不平衡度以眼圖上升沿與下降沿的斜率差表示；(2)以I(η)作為坐標橫軸，Q(η)為坐標縱軸，畫出信號的調製星座圖，QPSK信號為分布於四象限內的四個點，對I/Q兩路信號進行星座圖與調製誤差評估正交相位誤差分別對四個象限求I (η)與Q (η)路的幅度平均，然後計算第一象限與第四象限之間的I/Q夾角以及第二象限與第三象限之間的I/Q夾角，分別計算它們與90度理想夾角的差值然後取平均值為正交相位誤差；I/Q兩支路信號幅度不平衡度
全文摘要
本發明涉及一種GNSS基帶信號的評估方法，技術特徵在於利用捕獲和Costas環實現了信號的頻率、初始相位精確預估計，並採用了周期累加平均，增加了信號的信噪比，大幅度提高了分析精度；在高信噪比條件下，復現信號時域波形及碼片邊沿特性，實現信號調製質量、發射通道及傳輸通道噪聲、環境幹擾等分析，完成地面接收的空間導航信號質量評估。本發明的導航信號分析方法可以廣泛的運用在其他導航系統數據分析，具有較強的通用性。
文檔編號H04L25/02GK102571652SQ20121000911
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優先權日2012年1月13日
發明者盧曉春, 寇豔紅, 王雪, 賀成豔 申請人:中國科學院國家授時中心