低信噪比条件下的罗兰C信号定时解调方法转让专利
申请号 : CN201110375619.7
文献号 : CN102571120B
文献日 : 2014-06-04
发明人 : 周隽 , 曹可劲 , 李豹 , 朱银兵
申请人 : 周隽
摘要 :
本发明公开了一种低信噪比条件下罗兰C信号定时解调方法，它采用采集器对信号进行采样，然后搜索并跟踪一个台站信号。根据脉冲群首脉冲跟踪点位置及权重值，重构首脉冲波形。在单个脉冲群内，脉冲之间间隔为1ms，且只有后6个脉冲携带时码信息。按首脉冲重构法重构出其它脉冲的可能存在状态。为了克服低信噪比条件下波形携带时码信息不足，使用全波形相关算法进行解码运算，通过比较相关值得到真实调制信息，再按照时码解调映射表得到该脉冲群所含时间信息。最后根据脉冲群数量，循环实施上述步骤，得到所有跟踪信号携带的时间信息。本发明克服了低信噪比导致的接收信号解调失败，较准确地得到了罗兰C信号的时间信息，优于常规的时码解调算法。
权利要求 :
1.一种低信噪比条件下的罗兰C信号定时解调方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：第一步：采用采集设备以1M采样率对罗兰C信号进行线性采样，搜索并正确跟踪一个台站的信号，得到m个脉冲群的脉冲跟踪点序列position；
第二步：进行参数初始化，参数包括罗兰C信号的群重复周期GRI、奇数周期脉冲编码m1、偶数周期脉冲编码m2和授时映射表map；
第三步：从position中提取出各脉冲群首脉冲跟踪点序列A_1，精确到0.1μs后得到一个新的序列A_2，把各跟踪点小数位序列记为a；
第四步：以脉冲跟踪点A_2(i)为起点、跟踪点小数位a(i)为权重值，在已采集信号的基础上，重构一个分辨率为1μs、长度为300μs的脉冲波形序列B(i)，即为各脉冲群首脉冲重构波形序列；
第五步：信号波形相关解调的具体步骤如下：
(5.1)考虑到各脉冲群内脉冲间隔为1ms以及由调制引起的脉冲移动，从A_2(i)分别后推1999μs、2000μs、2001μs，……，6999μs、7000μs、7001μs，以这些时刻为起点重复第四步，得到各脉冲群第三至第八脉冲的每个脉冲前移1μs、后移1μs或不移动三种调制情况下的重构波形序列C_1、C_2和C_3；
(5.2)以单个脉冲群为单位，在考虑其编码的奇偶性的条件下，把B(i)分别与C_1(i)、C_2(i)和C_3(i)进行全波形相关运算，相关值最大的即为真实调制位置，所有脉冲被解调后，得到单个脉冲群调制码序列mold；
(5.3)根据映射表map对解调数据mold进行授时信息解码，得到该脉冲群的授时数据；
(5.4)根据脉冲群个数m，重复步骤(5.1)-(5.3)，得到所有脉冲群的授时数据。
2.如权利要求1所述的低信噪比条件下的罗兰C信号定时解调方法，其特征在于：步骤(5.2)所述的以单个脉冲群为单位，在考虑其编码的奇偶性条件是指奇数周期脉冲编码m1和偶数周期脉冲编码m2。
说明书 :
低信噪比条件下的罗兰C信号定时解调方法
技术领域
[0001] 本发明涉及无线电定时技术，特别是一种低信噪比条件下的罗兰C信号定时解调方法。
背景技术
[0002] 罗兰C是一种远程高精度的无线电导航系统，属于陆基、低频、脉冲相位无线电导航体制。罗兰C定时接收机通常安装于舰船、飞机及移动车辆上，通过同时跟踪三个以上的台站信号，或者在已知载体具体位置的情况下，跟踪一个台站的信号，获取参考标准时间。目前，国内罗兰C定时接收机常使用鞭状天线接收台站发射的电场信号，在离发射台站较近时，接收到的信号幅度较强。但是，信号强度与距离的平方成反比关系，在距离台站较远区域，只能接收到微弱的信号。同时，磁天线是未来罗兰C接收天线发展的必然趋势，但是根据电磁波传播理论，在自由空间某一点接收到的来源于同一发射源的磁场信号是电场信号的1/120π，在相同位置接收到的磁场信号比电场信号弱得多。
[0003] 目前，罗兰C授时信号PPM解调主要是采用相位相关解调算法。该算法在信号条件较好的情况下，能够实现数据解调功能，但是随着用户对定时精度和使用区域的要求不断提高，它的缺点逐渐显示出来。当接收点距离发射台站较远或使用磁天线水下收信时，接收到的有用信号较弱，而定时信号又不能通过累积的方法提高信噪比，此时，相位相关解调算法的解调成功率较低，不能成功获取信号中的授时信息。
发明内容
[0004] 本发明目的在于提供一种低信噪比条件下的罗兰C信号定时解调方法，该方法以低信噪比罗兰C信号为对象，充分考虑了各种可能引起低信噪比情况的原因，扩大了罗兰C定时接收机的使用区域，并提高了其定时精度。
[0005] 本发明的目的由以下技术方案来实现：
[0006] 本发明包括如下步骤：
[0007] 第一步：采用采集设备以1M采样率对罗兰C信号进行线性采样，搜索并正确跟踪一个台站的信号，得到m个脉冲群的脉冲跟踪点序列position；
[0008] 第二步：进行参数初始化，参数包括罗兰C信号的群重复周期GRI、奇数周期脉冲编码m1、偶数周期脉冲编码m2和授时映射表map；
[0009] 第三步：从position中提取出各脉冲群首脉冲跟踪点序列A_1，精确到0.1μs后得到一个新的序列A_2，把各跟踪点小数位序列记为a；
[0010] 第四步：以脉冲跟踪点A_2(i)为起点、跟踪点小数位a(i)为权重值，在已采集信号的基础上，重构一个分辨率为1μs、长度为300μs的脉冲波形序列B(i)，即为各脉冲群首脉冲重构波形序列；
[0011] 第五步：信号波形相关解调的具体步骤如下：
[0012] (5.1)考虑到各脉冲群内脉冲间隔为1ms以及由调制引起的脉冲移动，从A_2(i)分别后推1999μs、2000μs、2001μs，……，6999μs、7000μs、7001μs，以这些为起点重复第四步，得到各脉冲群第三至第八脉冲的三种调制情况下的重构波形序列C_1、C_2和C_3；
[0013] (5.2)以单个脉冲群为单位，在考虑其编码的奇偶性的条件下，把B(i)分别与C_1(i)、C_2(i)和C_3(i)进行全波形相关运算，相关值最大的即为真实调制位置，解调后，得到单个脉冲群调制码序列mold；
[0014] (5.3)根据映射表map对解调数据mold进行授时信息解码，得到该脉冲群的授时数据；
[0015] (5.4)根据脉冲群个数m，重复步骤(5.1)-(5.3)，得到所有脉冲群的授时数据。
[0016] 步骤(5.1)所述的由调制引起的脉冲移动是指前移1μs、后移1μs或不移动。
[0017] 步骤(5.2)所述的以单个脉冲群为单位，在考虑其编码的奇偶性条件是指奇数周期脉冲编码m1和偶数周期脉冲编码m2。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 本发明以低信噪比条件下罗兰C系统定时解调方法为对象，提出了一种解调成功率高、实用性强的解调算法。巧妙地解决了由于低信噪比导致传统解调算法不能获取时间信息的问题。该算法易实现，可靠性高。具体而言，本发明具有如下特点：
[0020] 1.全数字化高精度线性采样。采用16位精度的A/D采集器对罗兰C信号进行线性采样，有利于信号的高精度获取。
[0021] 2.波形重构的方法应用。授时数据能正确解调的前提是脉冲跟踪点的有效位至少是0.1μs，那么就需要采集系统具备10M采样率。本发明只需要用1M采样率对信号进行采集，再通过波形重构的方式，把波形数据精确到0.1μs，减小了待存储和处理的数据容量，有效提高了系统处理性能。
[0022] 3.设计巧妙。本发明在授时信号解调过程中，并没有按常规方法提取脉冲波形中的部分相位信息，而是把整个被调制脉冲波形作为有用信息进行相关计算。这是因为在低信噪比条件下，由于噪声的影响，信号波形所受干扰过大，极可能发生相当部分的波形信息被噪声干扰，使传统的相位相关算法失效。
附图说明
[0023] 图1是本发明的总体处理流程图；
[0024] 图2是本发明的第五步处理流程图；
[0025] 图3是波形重构示意图；
[0026] 图4是实际采集得到低信噪比条件下8390台链的罗兰C信号波形图；
[0027] 图5是图4中副台2脉冲跟踪示意图；
[0028] 图6是图5的局部放大图。
具体实施方式
[0029] 下面结合实施例对本发明作进一步描述：
[0030] 本发明解决了低信噪比条件下罗兰C信号授时信息解调成功率低的问题。采用16位精度的A/D采集器对罗兰C信号进行线性采样，并利用波形重构的方法，在1M采样率的条件下，就能满足信号解调所需的0.1μs的精度。根据一个脉冲群内的脉冲间隔为1ms和每个脉冲可能存在的三种调制方式，在已知首脉冲跟踪点的情况下，能够重构出脉冲群第3至第8脉冲的波形。以一个脉冲群为单位，在考虑脉冲群的奇偶性后，用首脉冲重构波形分别与其它脉冲的重构波形进行相关计算，得到该脉冲群的调制数据。最后，根据授时映射表的对应关系解调出定时数据。
[0031] 本发明的具体实现步骤包括：
[0032] 第一步：采用采集设备以1M采样率对罗兰C信号进行线性采样，得到采样数据channel；搜索并正确跟踪一个台站的信号，得到该台站m个脉冲群的所有脉冲跟踪点序列position；
[0033] 第二步：进行参数初始化，参数包括罗兰C信号的群重复周期GRI、奇数周期后6个脉冲编码m1、偶数周期后6个脉冲编码m2和授时映射表map(如果是跟踪主台信号，m1＝[- - + - + -]，m2＝[- + + + + +]；反之，如果跟踪的是副台信号，m1＝[+ + + - - +]，m2＝[+ - + + - -])；
[0034] 第三步：从position中提取出各脉冲群首脉冲跟踪点序列A_1，四舍五入后精确到0.1μs，并得到一个新的序列A_2。同时把各跟踪点小数位序列记为a，用于该脉冲群波形重构的权重值；
[0035] 第四步：以首脉冲跟踪点A_2(i)为起点、跟踪点小数位a(i)为权重值，在已采集信号channel的基础上，重构一个分辨率为1μs、长度为300μs的脉冲波形序列B(i)，即为各脉冲群首脉冲重构波形序列；
[0036] 第五步：信号波形相关解调的具体步骤如下：
[0037] (5.1)在单个脉冲群内，考虑到脉冲之间的间隔为1ms以及由调制引起的脉冲移动(前移1μs、后移1μs或不移动)，从A_2(i)分别后推1999μs、2000μs、2001μs，……，6999μs、7000μs、7001μs，以上述点为起点重复第四步，得到单个脉冲群第三至第八脉冲的三种调制情况下的重构波形序列C_1、C_2和C_3；
[0038] (5.2)以单个脉冲群为单位，把B(i)分别与C_1(i)、C_2(i)和C_3(i)进行全波形相关运算，同时也要考虑脉冲群的奇偶性(即首脉冲重构波形与第i个脉冲重构波形的相关值必须乘以对应脉冲编码)，相关值最大的即为脉冲真实调制位置，解调后，得到单个脉冲群调制码序列mold；
[0039] (5.3)根据映射表map对解调数据mold进行授时信息解码，得到该脉冲群的授时数据；
[0040] (5.4)根据脉冲群个数m，重复步骤(5.1)-(5.3)，得到所有脉冲群的授时数据。
[0041] 实施例：
[0042] 第1步：利用某型罗兰C定时接收机接收罗兰C信号，利用NI公司生产的高精度16采集器PXI-5922，从定时接收机的自动增益放大输出端采集长度为6M、分辨率为1μs的罗兰C信号。然后搜索并跟踪主台的60个脉冲群信号，得到所有脉冲跟踪序列position。
采集信号和主台跟踪示意图分别如图4、图5所示。
采集信号和主台跟踪示意图分别如图4、图5所示。
[0043] 第2步：参数初始化。设定罗兰C信号的群重复周期GRI＝83900，副台奇数、偶数周期后6个脉冲编码分别为m1＝[+ + + - - +]，m2＝[+ - + + - -]，时码解调映射表map见表1。
[0044] 表1调制图样与数据对应关系
[0045]十进制 调制图样 十进制 调制图样 十进制 调制图样
0 --00++ 43 00-+-+ 86 ++-00-
1 --0+0+ 44 00-++- 87 ++0--0
2 --0++0 45 00+--+ 88 ++0-0-
3 --+00+ 46 00+-+- 89 ++00--
4 --+0+0 47 00++-- 90 -0000+
5 --++00 48 0+--0+ 91 -000+0
6 -0-0++ 49 0+--+0 92 -00+00
7 -0-+0+ 50 0+-0-+ 93 -0+000
8 -0-++0 51 0+-0+- 94 -+0000
9 -00-++ 52 0+-+-0 95 0-000+
10 -00+-+ 53 0+-+0- 96 0-00+0
11 -00++- 54 0+0--+ 97 0-0+00
12 -0+-0+ 55 0+0-+- 98 0-+000
13 -0+-+0 56 0+0+-- 99 00-00+
14 -0+0-+ 57 0++--0 100 00-0+0
15 -0+0+- 58 0++-0- 101 00-+00
16 -0++-0 59 0++0-- 102 000-0+
17 -0++0- 60 +--00+ 103 000-+0
18 -+-00+ 61 +--0+0 104 0000-+
19 -+-0+0 62 +--+00 105 0000+-
20 -+-+00 63 +-0-0+ 106 000+-0
21 -+0-0+ 64 +-0-+0 107 000+0-
22 -+0-+0 65 +-00-+ 108 00+-00
23 -+00-+ 66 +-00+- 109 00+0-0
24 -+00+- 67 +-0+-0 110 00+00-
25 -+0+-0 68 +-0+0- 111 0+-000
26 -+0+0- 69 +-+-00 112 0+0-00
27 -++-00 70 +-+0-0 113 0+00-0
28 -++0-0 71 +-+00- 114 0+000-
29 -++00- 72 +0--0+ 115 +-0000
30 0--0++ 73 +0--+0 116 +0-000
31 0--+0+ 74 +0-0-+ 117 +00-00
32 0--++0 75 +0-0+- 118 +000-0
33 0-0-++ 76 +0-+-0 119 +-+-+-
34 0-0+-+ 77 +0-+0- 120 -+-+-+
35 0-0++- 78 +00--+ 121 +-+--+
36 0-+-0+ 79 +00-+- 122 -+-++-
37 0-+-+0 80 +00+-- 123 +--+-+
38 0-+0-+ 81 +0+--0 124 -++-+-
39 0-+0+- 82 +0+-0- 125 +--++-
40 0-++-0 83 +0+0-- 126 -++--+
41 0-++0- 84 ++--00 127 +0000-
42 00--++ 85 ++-0-0
0 --00++ 43 00-+-+ 86 ++-00-
1 --0+0+ 44 00-++- 87 ++0--0
2 --0++0 45 00+--+ 88 ++0-0-
3 --+00+ 46 00+-+- 89 ++00--
4 --+0+0 47 00++-- 90 -0000+
5 --++00 48 0+--0+ 91 -000+0
6 -0-0++ 49 0+--+0 92 -00+00
7 -0-+0+ 50 0+-0-+ 93 -0+000
8 -0-++0 51 0+-0+- 94 -+0000
9 -00-++ 52 0+-+-0 95 0-000+
10 -00+-+ 53 0+-+0- 96 0-00+0
11 -00++- 54 0+0--+ 97 0-0+00
12 -0+-0+ 55 0+0-+- 98 0-+000
13 -0+-+0 56 0+0+-- 99 00-00+
14 -0+0-+ 57 0++--0 100 00-0+0
15 -0+0+- 58 0++-0- 101 00-+00
16 -0++-0 59 0++0-- 102 000-0+
17 -0++0- 60 +--00+ 103 000-+0
18 -+-00+ 61 +--0+0 104 0000-+
19 -+-0+0 62 +--+00 105 0000+-
20 -+-+00 63 +-0-0+ 106 000+-0
21 -+0-0+ 64 +-0-+0 107 000+0-
22 -+0-+0 65 +-00-+ 108 00+-00
23 -+00-+ 66 +-00+- 109 00+0-0
24 -+00+- 67 +-0+-0 110 00+00-
25 -+0+-0 68 +-0+0- 111 0+-000
26 -+0+0- 69 +-+-00 112 0+0-00
27 -++-00 70 +-+0-0 113 0+00-0
28 -++0-0 71 +-+00- 114 0+000-
29 -++00- 72 +0--0+ 115 +-0000
30 0--0++ 73 +0--+0 116 +0-000
31 0--+0+ 74 +0-0-+ 117 +00-00
32 0--++0 75 +0-0+- 118 +000-0
33 0-0-++ 76 +0-+-0 119 +-+-+-
34 0-0+-+ 77 +0-+0- 120 -+-+-+
35 0-0++- 78 +00--+ 121 +-+--+
36 0-+-0+ 79 +00-+- 122 -+-++-
37 0-+-+0 80 +00+-- 123 +--+-+
38 0-+0-+ 81 +0+--0 124 -++-+-
39 0-+0+- 82 +0+-0- 125 +--++-
40 0-++-0 83 +0+0-- 126 -++--+
41 0-++0- 84 ++--00 127 +0000-
42 00--++ 85 ++-0-0
[0046] 注：调制图样中，“0”--脉冲不调；“-”--脉冲向前调1us；“+”--脉冲向后调1us。
[0047] 第3步：从position中提取出各脉冲群首脉冲跟踪点序列A_1，四舍五入后精确到0.1μs，并得到一个新的序列A_2。同时把各跟踪点小数位序列记为a，用于该脉冲群波形重构的权重值。
[0048] 第4步：以A_2(i)为起点、跟踪点小数位a(i)为权重值，在已采集信号channel的基础上，重构一个分辨率为1μs、长度为300μs的脉冲波形序列B(i)，即为各脉冲群首脉冲重构波形序列。
[0049] 第5步：按照本发明步骤五的(5.1)至(5.4)进行罗兰C信号的时码解调。同时，为了对比分析，表2显示了相位相关解调方法和本发明对7430台链副台2时码数据解调结果的比较。
[0050] 表2传统方法和本发明方法时码解调结果的比较
[0051]相位相关解调正确率 本发明解调正确率
66.7％ 83.3％
66.7％ 83.3％
[0052] 由表2可见，本发明的时码数据解调算法较好地解码了8390台链主台的信号。根据图5可知，因距离主台较远，采集得到的该台罗兰C信号的信噪比较低，信号质量较差。由表2中的传统解调方法和本发明的波形相关解调算法得到的时码数据解调结果可知，本发明的解调算法远远好于传统解调算法，说明其可靠性高。而传统方法的解码结果达不到规定的要求，无法实现用罗兰C信号进行定时的目的。因此，本发明的罗兰C信号时码解调算法更具有实用性。
[0053] 本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，但凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都将落入本发明保护的范围。
[0054] 本说明书中若有未作详细描述的内容，则属于本领域专业技术人员公知的技术，此处不再赘述。