一種衛星無線電導航業務通道零值標定系統的製作方法
2023-05-21 04:24:26 2
專利名稱：一種衛星無線電導航業務通道零值標定系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種衛星無線電導航業務通道零值標定系統，可用於導航衛星RNSS(Radio Navigation Satellite Service)信號發射通道零值的精密標定。
背景技術：
衛星導航系統可發送高精度、全天時、全天候的導航、定位和授時信息，是當今國民經濟和國防建設不可或缺的重要空間基礎設施。衛星導航定位系統提供的全球無縫服務的價值是無法衡量的，其應用已形成龐大的衛星導航 產業。導航衛星系統用無線電波傳輸時間來計算偽距，下行導航信號傳輸時延的測量是從導航衛星基帶信號生成開始至地面接收機恢復基帶信號的時間，測量得到的時延是ー個下行組合時延，因此必須扣除衛星本體下行通道發射時延和接收機本身接收時延，才能得到實際的星地時延，從而得到實際的星地距離。導航衛星本體下行發射通道的絕對時延測量是衛星導航系統實現精確定位應用的前提，其測量精度將直接影響用戶的測距精度。傳統的時延測量系統基於矢量網絡分析儀和基於載波調製方法，這些方法僅適用於變頻系統、放大系統，待測試系統的輸入和輸出信號頻譜特徵基本相同，主要是載波中心頻率、信號幅度發生變化；而導航信號發射通道包含導航信號的基帶處理和射頻生成放大，此類信號無法採用矢量網絡分析儀的測試方法進行高精度時延測試。文獻「AbsoluteCalibration of a Geodetic Time Transfer System」 (John Piumo，Kristine M. Larson,Joe White,and Ed Powers[J]IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics,andfrequency control, vol. 52, no. 11, November 2005ppl904_1911)提出了米用高速不波器觀察導航衛星的秒脈衝起始點和RNSS信號載波調製的BPSK波形的陷波點來得到通道的零值，目前導航衛星RNSS發射通道零值普遍採用這種示波器觀察法，但是，示波器觀察法存在三個問題(I)被測件的通道絕對時延不能超過ー個碼片時延，否則將出現整基帶碼片時延的模糊，從而引起大的測量誤差；(2)示波器觀察陷波點誤差大，誤差為數ns級；(3)只能適用ー個頻點上調製ー種導航信號的RNSS信號通道。為了提高衛星導航系統的性能，當前各主要導航衛星系統的導航信號體制中，多種調製方式的導航信號共同調製在ー個頻點上，用示波器來觀察RNSS載波調製陷波點的方式不再適用。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種衛星無線電導航業務通道零值標定系統，測量精度高且適合目前導航信號體制的所有調製方式的RNSS信號。本發明的技術解決方案是一種衛星無線電導航業務通道零值標定系統，包括衰減器、雙通道數字示波器、控制和處理計算機、以及矢量網絡分析儀，其中衰減器有線連接在衛星無線電導航業務通道的輸出端與雙通道數字示波器之間，對衛星無線電導航業務通道的輸出信號電平進行衰減，使得雙通道數字示波器的輸入電平在正常值範圍內；
雙通道數字示波器利用衛星秒脈衝信號的起始變化沿作為採樣觸發，對衛星的秒脈衝信號和衰減器送來的信號進行同步採樣；控制和處理計算機包括零值起始點獲取模塊、RNSS數據載入模塊、本地參考數據生成模塊、捕獲模塊和零值計算模塊，零值起始點獲取模塊對雙通道數字示波器採集的衛星秒脈衝信號進行處理，確定秒脈衝信號起始沿的樣本點序號S作為通道零值的起始點；RNSS數據載入模塊根據通道零值的起始點序號S以及預先設定的截取長度L，在雙通道數字示波器採集的衛星無線電導航業務通道輸出的信號數據中，從第S+1個樣本點開始讀取L個樣本點作為待處理數據；本地參考數據生成模塊首先根據雙通道數字示波器的採樣頻率生成ー個周期的、樣本點數目為N的偽隨機碼；隨後根據衛星無線電導航業務通道信號的調製方式生成基帶數據，如果是BPSK調製則將偽隨機碼格式轉換成BPSK調製基帶數據，如果是BOC調製則根據BOC調製參數生成樣本點數目為N的副載波，副載波樣本點與偽隨機碼樣本點進行模2加處理，形成BOC調製基帶數據，截取調製基帶數據樣本點的前L個樣本點作為本地基帶數據；然後根據衛星無線電導航業務通道的中心頻率ち和雙通道數字示波器的採樣率，生成本地載波數據，本地載波頻率以fQ為中心，步進量為ft，在±n *ft範圍內生成2n+l個載波頻率，其中步進量ft取不大於500Hz的固定值，η取不大於10的正整數；最後對每個載波頻率分別生成樣本數目為L的正弦單載波和餘弦單載波樣本數據組，分別與本地基帶數據相乘後形成ー個長度為L的複數形式數組，2η+1個頻點對應2η+1個複數形式的本地參考數據組；捕獲模塊將待處理數據進行傅立葉變換後取共扼作為乘數1，將本地參考數據進行傅立葉變換作為乘數2，乘數I和乘數2進行共軛乘法處理，各組乘積分別進行逆傅立葉變換、幅度平方，並在2η+1組時域幅度平方數據進行峰值搜索，確定出峰值點對應的樣本點序號值；零值計算模塊將捕獲模塊確定的峰值點對應的樣本點序號值乘以雙通道數字示波器的採樣周期，加上衛星秒脈衝信號輸出端至雙通道數字示波器連接電纜的時延，減去衛星無線電導航業務通道輸出端到衰減器連接電纜、衰減器到雙通道數字示波器的連接電纜以及衰減器本身的組合時延，計算得到衛星無線電導航業務通道的零值；矢量網絡分析儀對連接電纜、衰減器的時延進行校正。所述的雙通道數字示波器的採樣頻率不低於衛星無線電導航業務通道信號頻譜最高頻率的兩倍以上，單次採樣的數據長度大於S+L+1個樣本點。所述的截取長度L的取值為
權利要求
1.一種衛星無線電導航業務通道零值標定系統，其特徵在於包括衰減器、雙通道數字示波器、控制和處理計算機、以及矢量網絡分析儀，其中 衰減器有線連接在衛星無線電導航業務通道的輸出端與雙通道數字示波器之間，對衛星無線電導航業務通道的輸出信號電平進行衰減，使得雙通道數字示波器的輸入電平在正常值範圍內； 雙通道數字示波器利用衛星秒脈衝信號的起始變化沿作為採樣觸發，對衛星的秒脈衝信號和衰減器送來的信號進行同步採樣； 控制和處理計算機包括零值起始點獲取模塊、RNSS數據載入模塊、本地參考數據生成模塊、捕獲模塊和零值計算模塊， 零值起始點獲取模塊對雙通道數字示波器採集的衛星秒脈衝信號進行處理，確定秒脈衝信號起始沿的樣本點序號S作為通道零值的起始點； RNSS數據載入模塊根據通道零值的起始點序號S以及預先設定的截取長度L，在雙通道數字示波器採集的衛星無線電導航業務通道輸出的信號數據中，從第S+1個樣本點開始讀取L個樣本點作為待處理數據； 本地參考數據生成模塊首先根據雙通道數字示波器的採樣頻率生成ー個周期的、樣本點數目為N的偽隨機碼；隨後根據衛星無線電導航業務通道信號的調製方式生成基帶數據，如果是BPSK調製則將偽隨機碼格式轉換成BPSK調製基帶數據，如果是BOC調製則根據BOC調製參數生成樣本點數目為N的副載波,副載波樣本點與偽隨機碼樣本點進行模2加處理，形成BOC調製基帶數據，截取調製基帶數據樣本點的前L個樣本點作為本地基帶數據；然後根據衛星無線電導航業務通道的中心頻率ち和雙通道數字示波器的採樣率，生成本地載波數據，本地載波頻率以fο為中心，步進量為ft，在±n *ft範圍內生成2n+l個載波頻率，其中步進量ft取不大於500Hz的固定值，η取不大於10的正整數；最後對每個載波頻率分別生成樣本數目為L的正弦單載波和餘弦單載波樣本數據組，分別與本地基帶數據相乘後形成ー個長度為L的複數形式數組，2η+1個頻點對應2η+1個複數形式的本地參考數據組；捕獲模塊將待處理數據進行傅立葉變換後取共扼作為乘數1，將本地參考數據進行傅立葉變換作為乘數2，乘數I和乘數2進行共軛乘法處理，各組乘積分別進行逆傅立葉變換、幅度平方，並在2η+1組時域幅度平方數據進行峰值搜索，確定出峰值點對應的樣本點序號值； 零值計算模塊將捕獲模塊確定的峰值點對應的樣本點序號值乘以雙通道數字示波器的採樣周期，加上衛星秒脈衝信號輸出端至雙通道數字示波器連接電纜的時延，減去衛星無線電導航業務通道輸出端到衰減器連接電纜、衰減器到雙通道數字示波器的連接電纜以及衰減器本身的組合時延，計算得到衛星無線電導航業務通道的零值； 矢量網絡分析儀對連接電纜、衰減器的時延進行校正。
2.根據權利要求I所述的ー種衛星無線電導航業務通道零值標定系統，其特徵在於所述的雙通道數字示波器的採樣頻率不低於衛星無線電導航業務通道信號頻譜最高頻率的兩倍以上，單次採樣的數據長度大於S+L+1個樣本點。
3.根據權利要求I所述的ー種衛星無線電導航業務通道零值標定系統，其特徵在於所述的截取長度L的取值為I之間的ー個整數，其中N為衛星無線電導航業務信號中ー個偽隨機碼周期內所包 含的採樣點數目，
全文摘要
一種衛星無線電導航業務通道零值標定系統，包括雙通道數字示波器、控制和處理計算機、衰減器和矢量網絡分析儀。矢量網絡分析儀對測試電纜和衰減器的時延進行校準。雙通道數字示波器對導航衛星的秒脈衝信號和待測試的RNSS信號通道輸出進行同步採樣，控制和處理計算機完成對示波器的初始化、示波器通道數據採集、零值起點確定、通道初始化、本地參考數據生成、RNSS信號的捕獲，零值計算，最終得到RNSS信號發射通道的絕對時延。本發明系統採用數字域處理方式，適用導航衛星信號體制中各種調製方式的RNSS信號通道零值標定，標定精度只取決於系統熱噪聲、測試電纜的校準精度和A/D採樣解析度。
文檔編號G01S19/27GK102692633SQ20121017665
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者劉慶軍, 孫進, 崔小準, 李懿, 鍾兆豐 申請人:北京空間飛行器總體設計部