本發(fā)明屬于GNSS信號(hào)體制設(shè)計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼優(yōu)化配對(duì)方法。
背景技術(shù)：
：偽隨機(jī)碼(或擴(kuò)頻碼)不僅是接收機(jī)區(qū)分不同衛(wèi)星信號(hào)的依據(jù)，也是區(qū)分同一信號(hào)不同分量(如數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻)的依據(jù)。特別是對(duì)于數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻通道中的偽隨機(jī)碼，由于它們同時(shí)(即碼相位一致)、同相(即載波相位相同)的特點(diǎn)，其互相關(guān)性的大小將直接影響GNSS接收機(jī)的碼跟蹤性能。隨著GPS現(xiàn)代化和Galileo系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，偽碼設(shè)計(jì)方面的研究工作也取得了很大進(jìn)展。為改善信號(hào)性能，GalileoE1OS引入了全新的Random碼。與傳統(tǒng)的偽隨機(jī)碼不同，Random碼不能通過(guò)移位寄存器生成。同時(shí)，GPSL1C也選用新的偽碼序列，即基于勒讓德序列的Weil碼。Weil碼和Random碼的出現(xiàn)與新偽碼判據(jù)的提出有關(guān)，如平衡性、零自相關(guān)旁瓣特性、奇/偶相關(guān)性等。GPSL1C和GalileoE1OS的偽隨機(jī)碼在設(shè)計(jì)階段主要考慮碼本身的特性(如奇/偶相關(guān)性等)，對(duì)于具體的調(diào)制方式、復(fù)用方式、數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻共存等特點(diǎn)考慮較少。理論上講，Random碼和Weil碼僅在數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻信號(hào)采用正交調(diào)制時(shí)才是最優(yōu)的。但實(shí)際上，無(wú)論是GalileoE1OS，還是GPSL1C，它們的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻信號(hào)都是同相發(fā)射的，這在很大程度上加劇了數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻支路之間的互相關(guān)性。數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻之間的互相關(guān)性會(huì)影響衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的跟蹤性能，進(jìn)而影響用戶(hù)的測(cè)距精度與定位精度，因此有必要研究數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻信號(hào)互相關(guān)性對(duì)導(dǎo)航信號(hào)性能的影響及配對(duì)優(yōu)化方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出了衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼優(yōu)化配對(duì)方法，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼進(jìn)行重新分配，保證在一定相關(guān)間距(即超前減滯后間隔)條件下，單獨(dú)跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)通道內(nèi)互相關(guān)干擾導(dǎo)致的碼跟蹤平均誤差最小。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼優(yōu)化配對(duì)方法，包括以下步驟：(1)在預(yù)設(shè)相關(guān)間距下，計(jì)算所有配對(duì)關(guān)系導(dǎo)致的碼跟蹤誤差，得到碼跟蹤誤差矩陣；所述的配對(duì)關(guān)系為數(shù)據(jù)支路的擴(kuò)頻碼和導(dǎo)頻支路的擴(kuò)頻碼之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，碼跟蹤誤差由單獨(dú)跟蹤導(dǎo)頻支路信號(hào)時(shí)碼鑒相曲線(xiàn)偏移決定；(2)利用步驟(1)的碼跟蹤誤差矩陣，計(jì)算不同配對(duì)關(guān)系下的碼跟蹤平均誤差；(3)將最小的碼跟蹤平均誤差對(duì)應(yīng)的配對(duì)關(guān)系作為數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼優(yōu)化配對(duì)方案。其中，所述的相關(guān)間距為超前減滯后間隔。其中，步驟(1)所述的碼鑒相曲線(xiàn)偏移的計(jì)算結(jié)果與碼相位鑒相器類(lèi)型有關(guān)，碼相位鑒相器為相干超前減滯后型、非相干超前減滯后包絡(luò)型、非相干超前減滯后功率型、準(zhǔn)相干點(diǎn)積功率型或者相干點(diǎn)積型。其中，采用不同的相關(guān)間距或不同類(lèi)型的碼相位鑒相器，會(huì)獲得不同的優(yōu)化配對(duì)方案。本發(fā)明相比
背景技術(shù)：
的優(yōu)點(diǎn)在于：本方法通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)支路擴(kuò)頻碼和導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼進(jìn)行重新分配，保證在一定相關(guān)間距條件下，單獨(dú)跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)通道內(nèi)互相關(guān)干擾導(dǎo)致的碼跟蹤平均誤差最小。降低了數(shù)據(jù)支路和導(dǎo)頻支路之間的互相關(guān)性，提高了衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的跟蹤性能，進(jìn)而提高了用戶(hù)的測(cè)距精度與定位精度。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明方法步驟流程圖；圖2是優(yōu)化前GalileoE1OS信號(hào)的S-曲線(xiàn)偏移誤差；圖3是優(yōu)化后GalileoE1OS信號(hào)數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼配對(duì)關(guān)系。圖4是優(yōu)化前后GalileoE1OS信號(hào)數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼配對(duì)關(guān)系對(duì)比圖。圖5是優(yōu)化前后GalileoE1OS信號(hào)碼跟蹤平均誤差對(duì)比圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例的限制，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書(shū)中提出。已知數(shù)據(jù)支路的擴(kuò)頻族和導(dǎo)頻支路的擴(kuò)頻族，分別記為ad和ap，定義為：ad=[a1d,a2d,...,aNd]ap=[a1p,a2p,...,aNp]T---(1)]]>其中，N代表數(shù)據(jù)支路和導(dǎo)頻支路包含的擴(kuò)頻碼序列個(gè)數(shù)，代表第k個(gè)數(shù)據(jù)支路的擴(kuò)頻碼序列，代表第k個(gè)導(dǎo)頻支路的擴(kuò)頻碼序列，T代表轉(zhuǎn)置。本發(fā)明保持?jǐn)?shù)據(jù)支路擴(kuò)頻碼、導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼分組不變，僅改變導(dǎo)頻通道的擴(kuò)頻碼分配關(guān)系。也就是說(shuō)，優(yōu)化前后數(shù)據(jù)支路擴(kuò)頻碼族和導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼族保持不變，僅是對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生了變化。配對(duì)關(guān)系優(yōu)化后，保證單獨(dú)跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)，通道內(nèi)互相關(guān)干擾導(dǎo)致的碼跟蹤平均誤差最小。為得到優(yōu)化的數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼配對(duì)關(guān)系，需要計(jì)算單獨(dú)跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)，所有可能的擴(kuò)頻碼配對(duì)關(guān)系下的碼鑒相曲線(xiàn)(即S-曲線(xiàn))偏移。碼跟蹤定義誤差矩陣BN×N：其中，代表擴(kuò)頻碼配對(duì)(即作為數(shù)據(jù)支路擴(kuò)頻碼，作為導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼)，代表單獨(dú)跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)通道內(nèi)互相關(guān)干擾導(dǎo)致的S-曲線(xiàn)偏移。接收機(jī)S-曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)的碼相位延遲，即為S-曲線(xiàn)偏移。S-曲線(xiàn)偏移的具體結(jié)果與接收采用的碼相位鑒相器類(lèi)型有關(guān)，具體的碼相位鑒相器包括相干超前減滯后型、非相干超前減滯后包絡(luò)型、非相干超前減滯后功率型、準(zhǔn)相干點(diǎn)積功率型、相干點(diǎn)積型等。下面以相干超前減滯后型為例來(lái)說(shuō)明S-曲線(xiàn)偏移的具體計(jì)算方法。對(duì)于相干超前減滯后鑒相器來(lái)說(shuō)，S-曲線(xiàn)D(ε)可表示為：D(ϵ)=Rc1/c2(ϵ+Δ/2)-Rc1/c2(ϵ-Δ/2)---(3)]]>其中，是接收信號(hào)擴(kuò)頻碼c1和接收機(jī)本地?cái)U(kuò)頻碼c2的互相關(guān)函數(shù)。對(duì)應(yīng)的過(guò)零點(diǎn)(即鎖定點(diǎn))定義為：D(εbias)＝0(4)其中，Δ是超前減滯后間距(即相關(guān)間距)，ε是碼相位延遲，εbias就是S-曲線(xiàn)偏移。碼跟蹤誤差矩陣BN×N是單獨(dú)跟蹤導(dǎo)頻支路的結(jié)果，因此是接收機(jī)本地?cái)U(kuò)頻碼為時(shí)的εbias特例。選擇數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻的最佳配對(duì)方式以保證碼跟蹤平均誤差最小，可轉(zhuǎn)化為最小化代價(jià)函數(shù)：z=Σi=1NΣj=1Nvij·|bias(aid,ajp)|---(5)]]>其中選擇配對(duì)關(guān)系的限制條件如下：(1)即碼跟蹤誤差矩陣BN×N的每一列中有且僅有一個(gè)元素能夠被選??；(2)即碼跟蹤誤差矩陣BN×N的每一行中有且僅有一個(gè)元素能夠被選取。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，該優(yōu)化問(wèn)題實(shí)際上就是在碼跟蹤誤差矩陣BN×N的每行和每列中選取且僅選擇一個(gè)元素(共有N個(gè))，保證它們的絕對(duì)值之和最小。求解出最小化代價(jià)函數(shù)z后，根據(jù)vij,i,j＝1,2,…N的取值便可獲得數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼的優(yōu)化配對(duì)結(jié)果。即若vij＝1，則代表是選定的一組數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼對(duì)，否則便不在優(yōu)化結(jié)果中。下面應(yīng)用本發(fā)明對(duì)Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)的E1OS信號(hào)的數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼進(jìn)行配對(duì)優(yōu)化。根據(jù)下行信號(hào)接口控制文件，GalileoE1OS包括50個(gè)數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼序列。具體實(shí)施步驟如下：第一步，定義GalileoE1OS數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼族ad和導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼族ap：ad=[a1d,a2d,...,a50d]ap=[a1p,a2p,...,a50p]T---(1)]]>第二步，單獨(dú)跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)，計(jì)算所有可能的擴(kuò)頻碼對(duì)的S-曲線(xiàn)偏移，獲得碼跟蹤誤差矩陣：假設(shè)接收機(jī)選用相干超前減滯后鑒相器，并且超前減滯后間距Δ＝1碼片，則具體的碼跟蹤誤差矩陣如圖2所示。第三步，最小化代價(jià)函數(shù)z。該優(yōu)化問(wèn)題最直觀的解法就是枚舉法。但是，由于N值較大，枚舉法的運(yùn)算量過(guò)大，不宜采用。實(shí)際上，這里的配對(duì)優(yōu)化可看作是“運(yùn)籌學(xué)”中的經(jīng)典問(wèn)題——指派問(wèn)題(AssignmentProblem)。指派問(wèn)題可通過(guò)“匈牙利”算法高效求解。“匈牙利”算法的求解過(guò)程如下：過(guò)程一：找出絕對(duì)碼跟蹤誤差矩陣|BN×N|每一行中的最小元素；在最小元素所在的行，從每個(gè)元素中減去該最小元素，構(gòu)建一個(gè)新的矩陣；對(duì)于這個(gè)新的矩陣，找出每一列中的最小元素。在最小元素所在的列，從每個(gè)元素中減去該最小元素，構(gòu)建一個(gè)新的矩陣(稱(chēng)為縮減誤差矩陣)；過(guò)程二：畫(huà)出數(shù)量最少的直線(xiàn)(水平、垂直或兩者)，使得它們能夠覆蓋縮減誤差矩陣中的所有0；如果需要N條直線(xiàn)，那么在矩陣的被覆蓋的0當(dāng)中就能夠求出最優(yōu)解；如果需要的直線(xiàn)少于N條，則轉(zhuǎn)入過(guò)程三；過(guò)程三：在縮減誤差矩陣中，找出沒(méi)有被過(guò)程二中所畫(huà)直線(xiàn)覆蓋的最小非0元素(它的值記為ζ)；現(xiàn)在從縮減誤差矩陣的每個(gè)未覆蓋元素中減去ζ，給被兩條直線(xiàn)覆蓋的元素加上ζ；然后返回過(guò)程二。第四步，根據(jù)vij,i,j＝1,2,…N的取值便可獲得數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼的優(yōu)化配對(duì)結(jié)果。即若vij＝1，則代表是選定的一組數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻支路擴(kuò)頻碼對(duì)，否則便不在優(yōu)化結(jié)果中。優(yōu)化后的GalileoE1OS數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼配對(duì)關(guān)系如圖3所示。其中，“衛(wèi)星號(hào)/數(shù)據(jù)”行給出的是GalileoE1OS接口控制文件中的衛(wèi)星號(hào)和數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼編號(hào)。由于沒(méi)有改變數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼族，因此這里保持衛(wèi)星號(hào)、數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼編號(hào)與接口控制文件中的一致。“導(dǎo)頻”行給出的是GalileoE1OS接口控制文件中的導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼編號(hào)。該擴(kuò)頻碼與其上一行同列的數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼組成新的擴(kuò)頻碼對(duì)。例如，優(yōu)化后衛(wèi)星1的數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼配對(duì)關(guān)系為(1,47)，其中，“1”代表接口控制文件中數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼序列編號(hào)，而“47”代表接口控制文件中導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼序列編號(hào)。顯然，優(yōu)化前后PRN6、33和40的擴(kuò)頻碼對(duì)并未發(fā)生變化。優(yōu)化前后GalileoE1OS數(shù)據(jù)/導(dǎo)頻擴(kuò)頻碼配對(duì)關(guān)系對(duì)比見(jiàn)圖4。優(yōu)化前后GalileoE1OS碼跟蹤平均誤差對(duì)比見(jiàn)圖5。顯然，經(jīng)本專(zhuān)利方法優(yōu)化后，GalileoE1OS的碼跟蹤性能將明顯提升。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3