[發明專利]一種基于數字波束成形的碼片級脈沖跳時導航信號生成與播發實現方法

有效

• 申請號: 202010148020.9
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111257911B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 蒙艷松;嚴濤;王瑛;田野;雷文英;邊朗
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01S19/02
• 分類號: G01S19/02;G01S19/21
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

1.一種基于數字波束成形的碼片級脈沖跳時導航信號生成與播發實現方法，其特征在于步驟如下：

(1)生成信號偽碼和導航電文，進行基帶調制，得到基帶調制信號s_base(t)；對基帶調制信號s_base(t)進行數字低通濾波，生成數字濾波后的基帶導航信號

(2)根據陣列天線形成的波束數為N_beam，生成M個跳時偽碼序列，

(3)讀取數字波束成形系數表，獲得N個加權系數；將N個加權系數分別與步驟(1)數字濾波后的基帶導航信號相乘，得到加權后的N路數字導航信號，分別為S_n(t),n＝1,2,…,N，完成數字波束成形；

(4)將步驟(3)加權后的N路數字導航信號，依次經過DAC、濾波、上變頻、功率放大后，經N個天線陣元播發，實現碼片級脈沖跳時導航信號生成與播發；

步驟(1)中所述的數字濾波后的基帶導航信號生成，通過以下方法得到：

(1)信號偽碼發生器生成信號偽碼序列記為{c_s}，c_s∈{0，1}，s＝0，1，2，…，信號偽碼序列的碼速率為R_chip，信號偽碼序列的碼片寬度為T_chip＝1/R_chip；對碼片進行賦形，得到碼波形，實現擴頻碼波形生成，即偽碼波形；

碼波形為：

式中，t表示時間，s表示碼片的序號，(1-2c_s)將碼片值{0，1}映射為{1，－1}，為信號偽碼序列的碼片波形，可以采用當前GNSS信號的任意一種波形；對于矩形碼片波形，有：

(2)將導航電文經過組幀、信號編碼后，得到符號速率為R_d的電文數據{d_l}，d_l∈{1，－1}，l＝0，1，2，…，導航電文符號寬度T_d＝1/R_d，且T_d是T_chip的整數倍，將電文數據寫為連續波形形式D(t)，即導航電文生成，則有：

式中，p_d(t)為寬度T_d的矩形函數：

(3)將連續波形形式的電文數據調制到偽碼波形上，得到基帶調制信號：

s_base(t)＝D(t)·C_s(t)；

(4)將s_base(t)進行FIR數字低通濾波，得到低通濾波后的信號完成數字濾波后的基帶導航信號生成；

步驟(2)的跳時偽碼序列生成，滿足以下要求：

(1)跳時偽碼發生器生成M個跳時偽碼序列，分別為N_beam為陣列天線形成的波束數；

(2)M個跳時偽碼序列的碼速率與信號偽碼序列的碼速率一樣，都是R_chip；跳時偽碼序列與信號偽碼序列在時域上是對齊的；

(3)M個跳時偽碼序列的第s個碼片值的組合，決定了導航信號的第s個碼片值的播發波束；

步驟(3)所述的數字波束成形，通過以下方法得到：

(1)數字波束成形系數表存儲了加權系數；數字波束成形系數表是一個N_beam×N二維表，記為{w_b,k}，b＝1，2，……，N_beam，k＝1，2，……，N；數字波束成形系數表通過數值優化生成，與陣列天線的布局以及波束增益方向圖設計有關；使用該表中第n_beam行的系數進行數字波束成形，能夠讓信號在第n_beam個波束播發，n_beam＝1，2，……，N_beam；

(2)使用M個跳時偽碼序列，控制數字波束成形系數表輸出加權系數，具體為：

在第s個碼片時刻，M個跳時偽碼序列的值分別為：轉換為十進制數，即

將N_TH,s對N_beam進行求模加1，得到屬于{1，2，…，N_beam}的數N_s，實現數字波束成形系數選擇，即

N_s＝(N_TH,s mod N_beam)+1

在第s個碼片時刻，信號在第N_s個波束播發，數字波束成形系數表輸出第N_s行加權系數是一個復系數，表示為實部和虛部的形式，有是的實部，是的虛部；

(3)將生成的基帶導航信號與N個加權系數分別相乘，實現數字波束成形，得到第s個碼片的持續時間內N個加權后的數字導航信號，分別為：

實現數字波束成形；

生成信號偽碼和導航電文，進行基帶調制，具體為：

生成信號偽碼和導航電文，將導航電文調制到偽碼上；

數字波束成形時，陣列天線的陣元數為N，形成的波束數為N_beam，數字波束成形系數表存儲了加權系數；

數字波束成形系數表是一個N_beam×N二維表將生成基帶導航信號；

M個跳時偽碼序列，控制不同的碼片偽隨機的在不同的波束里面播發；

將N個加權系數分別與步驟(1)數字濾波后的基帶導航信號相乘，得到加權后的N路數字導航信號，具體如下：

在跳時偽碼序列控制下，每一個信號偽碼期間，選擇N個加權系數，分別與基帶導航信號相乘，得到加權后的N路數字導航信號，分別為S_n(t),n＝1,2,…,N；

(4)將步驟(3)加權后的N路數字導航信號，依次經過DAC、濾波、上變頻、功率放大后，經N個天線陣元播發，具體為

第n路數字導航信號S_n(t),n＝1,2,…,N經第n個DAC、第n個濾波器、第n個上變頻器、第n個功率放大器、第n個天線陣元播發，實現碼片級脈沖跳時導航信號生成與播發。