[發明專利]低資源消耗的電離層色散特性補償濾波器及其設計方法

在審

• 申請號: 202011271604.1
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112684474A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 肖志斌;倪少杰;魯祖坤;劉癲翔;黃龍;王鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S19/07
• 分類號: G01S19/07;G01S19/13
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 趙琴娜

本發明公開了一種低資源消耗的電離層色散特性補償濾波器及其設計方法，將電離層色散特性對應的線性群時延進行傅立葉分解，將其分解為有限階數的正弦型群時延的級聯，采用第一類貝塞爾函數將正弦型群時延的傳輸函數分解為一系列線性傳輸函數的疊加，通過補償這一系列線性傳輸函數即可實現電離層色散特性的補償，最終采用15階濾波器即可完成電離層色散特性的補償。對比現有的濾波器階數更低、資源消耗更少。

技術領域

本發明涉及高精度GNSS接收機設備研制領域，具體的涉及一種低資源消耗的電離層色散特性補償濾波器及其設計方法。

背景技術

衛星導航信號會經過空間電離層，空間電離層是典型的色散介質，其在導航信號帶寬范圍內相當于是近似線性群時延，線性群時延會導致導航信號Q支路能量泄露進而產生載波相位偏差。對于傳統的BPSK信號，信號帶寬小，電離層色散特性引入的載波相位偏差很小，但隨著衛星導航系統現代化，大量高階BOC這類寬帶調制被采用，比如伽利略系統E5a信號偽AltBOC(15,10)，E6信號采用了BOC(10,5)，美國的軍用M碼信號也采用了高階BOC，高階BOC信號易受通道特性非理想的影響，目前有機構分析了電離層色散效應對AltBOC(15,10)和Boc(14,2)信號的影響，當電離層TEC為10¹⁹e/m2時，電離層可分別對AltBOC(15,10)和Boc(14,2)信號引入0.06周和0.187周的載波相位偏差，嚴重影響這兩類信號的高精度應用，因此有必要對電離層色散特性進行補償。

目前已有相關研究設計了電離層色散特性全通補償濾波器對群時延特性進行補償，但其階數較長，如電離層TEC為5*10¹⁷e/m2時，需要約23階的濾波器，由于每顆衛星信號的空間傳播路徑不一樣，電離層色散特性也各不相同，因此每個衛星接收通道均需要配置一個補償濾波器，資源消耗較大。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種低資源消耗的電離層色散特性補償濾波器及其設計方法，能夠設計出階數更低的低資源消耗的電離層色散特性補償濾波器。

根據本發明實施例的一種低資源消耗的電離層色散特性補償濾波器的設計方法，包括以下步驟：

S1：計算某顆衛星導航信號在中心頻點附近電離層近似的群時延特性；

S2：確定電離層線性群時延的傅里葉分解帶寬；

S3：對導航信號中心頻點附近的電離層群時延特性進行傅立葉分解，取前三階正弦型群時延，并計算各級正弦型群時延對應的傳輸函數；

S4：采用第一類貝塞爾對各級正弦型群時延對應的傳輸函數進行分解；

S5：根據各級正弦型群時延的傳輸函數設計相應的數字補償濾波器。

根據本發明實施例的一種低資源消耗的電離層色散特性補償濾波器，包括濾波器，所述濾波器為上述設計方法設計出的數字補償濾波器。

根據本發明實施例的低資源消耗的電離層色散特性補償濾波器及其設計方法，至少具有如下技術效果：本發明實施方式將電離層色散特性對應的線性群時延進行傅立葉分解，將其分解為有限階數的正弦型群時延的級聯，采用第一類貝塞爾函數將正弦型群時延的傳輸函數分解為一系列線性傳輸函數的疊加，通過補償這一系列線性傳輸函數即可實現電離層色散特性的補償，最終采用15階濾波器即可完成電離層色散特性的補償。對比現有的濾波器階數更低、資源消耗更少。

根據本發明的一些實施例，所述步驟S1中，衛星導航信號在中心頻點處電離層近似的群時延特性τ′(f)的計算公式為

其中f₀為信號中心頻率中心頻點，TEC為該衛星信號路徑中電離層電子總數，c為光速。

根據本發明的一些實施例，所述步驟S2中，電離層線性群時延的傅里葉分解帶寬B的表達式為