一種用于衛星導航系統的射頻信號質量評估方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于衛星導航系統的射頻信號質量評估方法，包括：對衛星有效載荷的射頻信號執行采樣以獲得中頻信號，并對其執行濾波處理；對執行濾波處理后的中頻信號執行下變頻以獲得對應的實際基帶信號；基于所獲得的實際基帶信號及其信號體制，生成理想基帶信號各支路的信號分量；將用于評估實際基帶信號的理想基帶信號予以復現；以及為待評估的實際基帶信號與理想基帶信號之間構建相關函數，然后相應計算得出帶內雜散、相關損耗等一系列的質量評估指標，由此實現射頻信號的質量評估過程。通過本發明，能夠明確信號質量指標與信號捕獲、跟蹤以及解調性能之間的關系，同時得以清晰、定量地評估信號質量對導航性能的影響。
【專利說明】一種用于衛星導航系統的射頻信號質量評估方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于衛星導航【技術領域】，更具體地，涉及一種用于衛星導航系統的射頻信號質量評估方法。
【背景技術】
[0002]衛星導航信號用于導航系統的授時和測距，對導航性能的影響主要體現在載波跟蹤性能、偽碼跟蹤性能、電文解調性能三個方面。導航信號體制決定導航系統的先天性能，空間信號質量則決定了實際系統所能達到的最佳性能與信號體制性能之間的差距。在通信系統中，信息的正確解調是設計目 標，其性能與采樣判決時刻信號矢量的誤差相關；而在導航系統中，更加關注測距精度，它取決于信號波形的質量。因此，導航系統對信號質量的要求高于一般通信系統，相應地，對其信號質量評估方式的全面性和準確性方面提出了更高的要求。
[0003]現有技術中已經提出了一些用于衛星導航系統的質量評估方案，例如，CN102571652A中公開了一種GNSS基帶信號的評估方法，并從頻域功率譜、時域波形、碼片邊緣、調制誤差、相關特性這幾個方面分析GNSS基帶信號的性能。然而，進一步的研究表明，上述方案仍然存在以下的局限::1)該方法僅考慮對基帶信號質量的評估，不能真實反映空間信號質量對導航性能的影響，沒有給出從射頻信號無失真變頻到基帶的信號處理方法，而且由于采用基帶采樣方式，不同頻點的信號需配置不同的模擬通道，不可避免地引入模擬通道間的時延不一致性，導致頻間信號一致性的評估精度降低；2)眼圖的六項評估指標偏理想化，且難以應用到目前GNSS中三路及以上信號分量的復合信號的質量評估，而現階段主流的四大導航系統，包括北斗、GPS、伽利略和GL0NASS，都以三路及以上信號分量的復合信號為主；3)正交相位誤差和幅度不平衡性評估方法的適用范圍較窄，一般用于QPSK調制，也難以應用到目前GNSS中三路及以上信號分量的復合信號的質量評估；4)該方法沒有明確說明這些指標與信號捕獲、跟蹤、解調之間的關系，無法定量評估信號質量對導航性能的影響。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種用于衛星導航系統的射頻信號質量評估方法，其中通過直接從射頻采樣導航信號，并結合衛星導航信號自身的特點來設計一系列的評估指標，相應能夠進一步明確信號質量指標與信號捕獲、跟蹤以及解調性能之間的關系，同時得以清晰、定量地評估信號質量對導航性能的影響。
[0005]為實現上述目的，按照本發明，提供了一種用于衛星導航系統的射頻信號質量評估方法，其特征在于，該方法包括下列步驟:
[0006](I)對衛星有效載荷的射頻信號執行采樣以獲得中頻信號，然后對該中頻信號執行濾波處理；
[0007](2)對執行濾波處理后的中頻信號執行下變頻，由此獲得對應的實際基帶信號；[0008](3)基于步驟(2)所獲得的實際基帶信號及其信號體制，生成相同采樣率、一個碼周期長度的理想基帶信號各支路的信號分量；接著，利用所述實際基帶信號和所述理想基帶信號各支路的信號分量，將用于評估實際基帶信號的理想基帶信號予以復現；
[0009](4)為待評估的實際基帶信號與理想基帶信號之間構建如下所示的相關函數:
[0010]
【權利要求】
1.一種用于衛星導航系統的射頻信號質量評估方法，其特征在于，該方法包括下列步驟: (1)對衛星有效載荷的射頻信號執行采樣以獲得中頻信號，然后對該中頻信號執行濾波處理； (2)對執行濾波處理后的中頻信號執行下變頻，由此獲得對應的實際基帶信號； (3)基于步驟(2)所獲得的實際基帶信號及其信號體制，生成相同采樣率、一個碼周期長度的理想基帶信號各支路的信號分量；接著，利用所述實際基帶信號和所述理想基帶信號各支路的信號分量，將用于評估實際基帶信號的理想基帶信號予以復現； (4)為待評估的實際基帶信號與理想基帶信號之間構建如下所示的相關函數:
2.如權利要求1所述的射頻信號質量評估方法，其特征在于，對于所述計算帶內雜散和相關損耗的操作，優選分別按照以下公式計算得出:
rST[dBc] =10 X 1g10 (1-max (| CCF ( τ ) 2)) 其中，rST[dBc]表示帶內雜散的dB值，CCF(T)表示實際基帶信號與理想基帶信號之間的互相關序列由相關時延τ而確定的變量；
Lccf [dB] =20 X 1g10 (max (| CCF ( τ ) |2)) 其中，Lra[dB]表示相關損耗的dB值，CCF(T)表示實際基帶信號與理想基帶信號之間的互相關序列由相關時延τ而確定的變量。
3.如權利要求1或2所述的射頻信號質量評估方法，其特征在于，在步驟(5)中，優選還包括定量評估偽碼測距誤差和碼跟蹤性能的操作，該操作具體如下: 對于偽碼測距誤差指標，首先根據所述理想基帶信號與實際基帶信號的相關主峰，計算出相應的鑒別函數，然后對該鑒別函數的過零點偏移執行線性擬合，相應所獲得的數據即可用來反映偽碼測距誤差； 對于碼跟蹤性能指標，首先根據所述理想基帶信號和實際基帶信號的相關主峰，分別計算出相應的鑒別函數，然后分別對兩個鑒別函數的過零點斜率執行線性擬合，相應所獲得的斜率比值即可用來反映碼跟蹤性能。
4.如權利要求1-3任意一項所述的射頻信號質量評估方法，其特征在于，在步驟(5)中，優選還包括計算信號分量相位差和信號分量幅度差兩項質量評估指標的操作，并且優選分別按照以下公式計算得出:
Δ 0.= 0/-0.1II其中，Δ θ1表示實際基帶信號的第i個信號分量的相位差，Θ J表示實際基帶信號與理想基帶信號第i個信號分量之間的互相關序列中，其最大模值點的相角，Θ i表示理想基帶信號第i個信號分量的載波相位設計值；
5.如權利要求1-4任意一項所述的射頻信號質量評估方法，其特征在于，在步驟(5)中，優選還包括計算信號分量碼相位一致性和頻點碼相位一致性兩項質量評估指標的操作，并且優選分別按照以下公式計算得出:
6.如權利要求5所述的射頻信號質量評估方法，其特征在于，在步驟(5)中，優選還包括將信號功率譜、頻譜失真、星座圖、誤差矢量幅度、載波泄漏等一系列指標納入質量評估的操作。
【文檔編號】H04L25/02GK103532641SQ201310428735
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】唐祖平, 魏蛟龍, 張小清, 劉昌建, 楊溢 申請人:華中科技大學