70北斗接收機(jī)的部分算法與定位誤差研究

發(fā)布時(shí)間：2016-12-20 18:09

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２ＰｓＫ調(diào)制，經(jīng)調(diào)制后Ｉ與Ｑ支路的比特流在合成器；圖２．１１；２．３．２北斗衛(wèi)星的信號(hào)調(diào)制；由于０ＱＰＳＫ能避免發(fā)生１８０；圖２．１１北斗衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制原理圖；由圖２．１ｌ可見，１支路和Ｑ支路的信息分別進(jìn)行編；４．０８Ｍｂ／ｓ的短ＰＭ碼（Ｋａｓ鋤ｉ序列）和長(zhǎng)；頻信號(hào)，；Ｉ路擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)過半個(gè)ＰＮ碼片的時(shí)間延遲以后采用Ｂ；弦調(diào)制，Ｑ路擴(kuò)頻信號(hào)直接進(jìn)行ＢＰｓＫ余弦

２ＰｓＫ調(diào)制，經(jīng)調(diào)制后Ｉ與Ｑ支路的比特流在合成器進(jìn)行矢量合成后輸出。跟ＱＰｓＫ正交調(diào)制器比較，０ＱＰｓＫ調(diào)制器還多了個(gè)差分編碼器。其原理如

圖２．１１。

２．３．２北斗衛(wèi)星的信號(hào)調(diào)制

由于０ＱＰＳＫ能避免發(fā)生１８０。的相移，所以北斗衛(wèi)星對(duì)廣播信息采用ＯＱＰｓＫ的調(diào)制方式，其１支路采用正弦調(diào)制，Ｑ支路采用余弦調(diào)制。其調(diào)制二進(jìn)制信號(hào)采用非歸零碼“１，一１”�！埃薄钡某跸酁椋希铮耙唬薄钡某跸酁椋保福�。。

圖２．１１北斗衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制原理圖

由圖２．１ｌ可見，１支路和Ｑ支路的信息分別進(jìn)行編碼，通過基帶信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生碼速率為１６ｋｂ／ｓ的非歸零雙極性信號(hào)，然后分別與碼速率均為

４．０８Ｍｂ／ｓ的短ＰＭ碼（Ｋａｓ鋤ｉ序列）和長(zhǎng)州，碼（Ｇｏｌｄ序列）相乘，產(chǎn)生擴(kuò)

頻信號(hào)，

Ｉ路擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)過半個(gè)ＰＮ碼片的時(shí)間延遲以后采用ＢＰＳＫ進(jìn)行正

弦調(diào)制，Ｑ路擴(kuò)頻信號(hào)直接進(jìn)行ＢＰｓＫ余弦調(diào)制，最后Ｉ、Ｏ兩路信號(hào)相加后進(jìn)入信道。

如圖２．１ｌ，我們可以得到最后發(fā)射信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

ｓ妒Ａ［ｄ。（ｔ一們）ｃ。（ｔ－舭）ｓｉｔｌ∞。什ｄ：（ｔ）ｃ：（ｔ）ｃｏｓ∞。ｔ］

礬ｅ）——１支路基帶信息，取值＋１或一１；ｄ：Ｏ）——Ｑ支路基帶信息，取值＋１或一１；

１７

（２—９）

ｑ（ｆ）——

Ｋａｓ鋤ｉ碼；

ｃ：Ｏ）一Ｇｏｌｄ碼；

ｓｉｎ【ｏ。ｔ，ｃｏｓ∞。ｔ——Ｉ、Ｑ支路調(diào)制的載波信號(hào)；Ａ——幅值。

２．３．３北斗衛(wèi)星的信號(hào)解調(diào)

因?yàn)楸倍沸l(wèi)星發(fā)出的信號(hào)中，１支路包含著衛(wèi)星的位置信息和發(fā)射信號(hào)的系統(tǒng)時(shí)刻等廣播信息，Ｑ支路則不含任何有用的信息。所以只對(duì)Ｉ路信息進(jìn)行解調(diào)，可采用ｃｏｓｔａｓ環(huán)進(jìn)行解調(diào)。原理如圖２．１２。

信息

相器

圖２．１２北斗衛(wèi)星信號(hào)的解調(diào)原理

其數(shù)學(xué)計(jì)算原理為：接收機(jī)前端收到的信號(hào)是ｓ（ｆ），

ｓＯ）＝±４ｐ。（ｆ一△／２）ｃ。（ｆ一△／２）ｓｉｎ國(guó)。ｆ＋ｄ：０）ｃ：ｅ）ｃｏｓ６％ｆ】（２．１０）

在科斯塔斯環(huán)分為上下兩個(gè)支路：

，支路：ｓｐ）?ｓｍ幢ｆ＋妒）

＝±爿ｐ，Ｏ一△／２ｋ。（ｆ一△／２）ｓｉｎ６％ｆ＋ｄ：（ｆｋ：Ｏ）ｃｏｓｃ％ｆ】?ｓｉｎ（國(guó)。ｆ＋ｐ）

＝±爿西Ｏ一△／２扣ｌＯ一△／２）ｓｉｎ∞，ｓｉｎ０Ｉｆ＋妒）±４ｄ２０≯２０）ｃｏｓ吐，ｓｉｎ０Ｉｆ＋妒）

＝±詈ｄ，Ｏ一△／２）ｑＯ一△／２）［ｃｏｓ（２ｑｆ＋ｐ）＋ｃｏｓＰ】

±要ｄ：ｏ）ｃ：（ｆ）【ｓｉｎ（２ｑｆ＋ｐ）＋ｓｉｎ妒】

（２－１１）

經(jīng)過低通濾波（ＬＰＦ）后得

＝±詈ｄ。（ｆ州２）ｃ。ｏ＿△／２）ｃ。ｓ妒＋±導(dǎo)ｄ：№（ｒ）ｓｉｎｐ（２－１２）

與本地ＰＮ碼ｃ，（ｆ一△／２）相乘后得土罷礬。一△／２）ｃ。ｓ妒

（２—１３）

同理，得到Ｑ支路

±詈ｄ。ｏ州２）ｓｍｐ

（２＿１４）

，支路與ｇ支路得到

等ｓｍ２ｐ，

（２—１５）

當(dāng)妒很小時(shí)，ｓ．ｍ２妒ｚ２ｐ。上式變?yōu)槠�。就用這個(gè)值來(lái)控制Ｖｃｏ的

輸出頻率。

當(dāng)ｐ很小時(shí)，ｃｏｓ妒＝１（２—１０）式變?yōu)椤罆叶弦弧鳎玻褪俏覀兯?/p>

信息。

２．４導(dǎo)航電文２．４．１導(dǎo)航電文的作用

廣播軌道信息主要根據(jù)分析解析軌道時(shí)刻之前的衛(wèi)星觀測(cè)資料，通過求解衛(wèi)星軌道方程得到未來(lái)衛(wèi)星的軌道參數(shù)。所以這種軌道信息可在進(jìn)行北斗衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)實(shí)時(shí)得到，這也就是廣大用戶在導(dǎo)航定位中接收衛(wèi)星信號(hào)所得到的導(dǎo)航電文。因?yàn)橥嘁郧靶l(wèi)星跟蹤資料預(yù)報(bào)得到的軌道信息，所以隨時(shí)間的推移，預(yù)報(bào)軌道會(huì)偏離實(shí)際軌道，導(dǎo)航和定位的精度較低。

導(dǎo)航電文是衛(wèi)星以二進(jìn)制碼的形式發(fā)送給用戶的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，故又稱為數(shù)據(jù)碼，或Ｄ碼。它包括的內(nèi)容主要有：系統(tǒng)時(shí)間與中國(guó)ｕＴｃ差、衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度、電波傳播模型參數(shù)等。

２．４．２導(dǎo)航電文的格式

根據(jù)系統(tǒng)選擇的信道傳輸體制和信息在傳輸過程中需要進(jìn)行加密處理，同時(shí)，考慮到便于接收端對(duì)信號(hào)的捕獲跟蹤的要求，系統(tǒng)的出站信號(hào)形式為

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文

偽碼直接序列擴(kuò)頻，雙信道０ＱＰｓＫ調(diào)制的信號(hào)，Ｉ、Ｑ兩支路的信號(hào)功率

可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，信息的傳輸在時(shí)域上以超幀、子幀和段的結(jié)構(gòu)形式劃分，如下所示。

（１）超幀：每一超幀包括１９２０（即ｋ－１９２０）個(gè)子幀。一超幀傳播的時(shí)間為一分鐘。

表２．１超幀的格式

（２）子幀：每一幀的傳播時(shí)間約為３１．２５ｍｓ。每一子幀有２５０ｂ“組成，碼片長(zhǎng)Ｔｃ＝１２５ｕｓ。其中１支路子幀用于傳輸定位、通信、標(biāo)校、廣播或其他公用信息。

１支路信號(hào)格式如表２．２：

表２．２

幀標(biāo)志

分幀號(hào)

ｌｌ

１支路信號(hào)格式

ＩＤｌ

ＩＤ２２１

公用

１２

廣播

４ｂｎ

抑制

２

信息類別

８ｂｉｔ

數(shù)據(jù)塊

１４２

ＣＲＣ１６

卷尾

６ｂｉｔ

幀標(biāo)志

７ｂｉｔ

２１ｂｉｔ

ｂｊｔｂｈｂｉｔｂｉｔｂ“ｂｉｔ

１）幀標(biāo)志７ｂｉｔ，指示本幀開始；

２）分幀號(hào)１１ｂｉｔ，，表明本幀屬于所在超幀的哪一幀；３）公用１２ｂｉｔ＇用于搭載其他系統(tǒng)信息；

４）廣播４ｂｉｔ，用于播發(fā)本系統(tǒng)的廣播信息，廣播信息內(nèi)容如表２＿３；５）抑制２ｂｉｔ，用于指示信道過載時(shí)中心控制系統(tǒng)對(duì)用戶機(jī)的入站申請(qǐng)抑制；

００無(wú)抑制，０１抑制第一級(jí)，１０抑制第１、２級(jí)，１１抑制第三級(jí)；

６）Ｄｌ

７）ＩＤ２

２ｌｂｉｔ，為該幀Ｑ支路信息收信用戶地址。每個(gè)用戶機(jī)多有一２１ｂｉｔ，為該幀１支路信息收信用戶地址；

個(gè)衛(wèi)星控制中心所給的專用地址（ＩＤ）；

８）信息類別８ｂｉｔ和數(shù)據(jù)塊：包括定位、通信、標(biāo)校等的信息數(shù)據(jù)；

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文

９）

ｃＲｃ

ｌ６ｂｉｔ．信息編碼循環(huán)冗余校驗(yàn)。

表２．３北斗廣播信息

類別

授時(shí)信息

電波修正

重播

其它

出站１．５

６．７

８－１２

１３

１４－３４

３５－４６４７－５３

５４－１１７１２９．２４４

２４５．１９２０

幀

幀號(hào)幀

時(shí)

幀

閏

幀時(shí)差

４ｂｉｔ

幀衛(wèi)星

號(hào)

４

Ｘ２８ｂｉｔ

幀幀衛(wèi)星速度

幀幀

幀內(nèi)容

衛(wèi)星位置時(shí)延電波傳播修正模型參數(shù)ａｏ．ａ１５

重播前

１１７

刻

ｂｎ

２０ｂｉｔ

秒

８ｂｉｔ

ＹＺＸＹＺＡ０

Ａ１１６

１６

Ａ１５１６

待定

２８ｂ．ｔ

２８ｂｈ

１６ｂｈ

１６１６ｂｈ

２８ｂｉｔ

１６

幀信息

ｂｎ

ｂｎｂｈｂｈｂｈｂｈ

２．５本章小結(jié)

本章介紹了北斗衛(wèi)星的擴(kuò)頻信號(hào)Ｋａｓａｍｉ小集碼和Ｇｌｏｄ碼。本文詳細(xì)討論了兩種擴(kuò)頻碼的特點(diǎn)，給出了特征多項(xiàng)式，并畫出了其編碼結(jié)構(gòu)。本章還討論了ＯＱＰｓＫ的調(diào)制解調(diào)方式。指出了其特點(diǎn)，對(duì)后面的信號(hào)解調(diào)起到了基礎(chǔ)作用，同時(shí)，本章還介紹了北斗導(dǎo)航電文的格式，這對(duì)后面的定位解算有著重要的作用。

總之，本章是整個(gè)全文的基礎(chǔ)，為后面的算法以及定位解算打下鋪墊。

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