[发明专利]一种导航信号的调制方式及解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航信号技术领域，具体涉及一种导航信号的调制方式及解调方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)可以在全球范围内为数量不限的海陆空天用户提供全天候、连续精确的位置、速度和时间信息。现已有多个国家相继建设自己的GNSS或其增强系统。

随着全球导航卫星系统的建设，越来越多的新型调制方式不断涌现。传统GPS的C/A码和P(Y)码使用BPSK调制，而现代化GPS和伽利略系统的一些信号使用了一种称为二进制偏移载波(BOC)的调制技术，另一些信号则使用了更为复杂的复用BOC(MBOC)调制技术。

BPSK、BOC以及MBOC调制都是直接序列扩频(DSSS)技术的不同实现形式。为了利用扩频码中频繁的相位翻转来精密测距，以及获得良好的多址接入性能和抗多径与干扰性能，全球导航卫星系统(GNSS)的信号都使用了DSSS技术。正如本领域内技术人员所知，DSSS可被看作二进制相移键控(BPSK)的扩展。一组扩频序列被扩频码片波形赋形后，与数据信号和射频载波相乘，得到传输信号。

除了使用新型的调制方式，在现代化的导航系统中，普遍为每一个信号分配多个信道。在每个信号的多个信道中，其中至少有一个信道的信号分量调制有电文数据，称为有数据信道(data channel)，而至少应有另一个信道的信号分量只包含没有调制电文信息的扩频信号，称为无数据信道(dataless channel)或者导频信道(pilot channel)。这种将信号分为有数据信道和导频信道的方式所带来的好处是：信号的接收设备可以利用数据信道的信号分量解调电文，而通过处理导频信道的信号分量来获得更高的载波与伪码相位测量精度，以及在弱信号环境中更高的捕获、跟踪灵敏度。

在系统某一特定信号的设计中，需要为有数据信道和导频信道分配相应的调制方式。对于现有的系统中的各信号，GPS的C/A码信号只有有数据信道，没有导频信道，数据信道使用的调制方式为BPSK-R；GPS L1C信号的有数据信道使用BOC(1，1)，导频信道使用TMBOC(6，1，4/33)；GPS L2C以及L5信号都是数据信道使用BPSK-R，导频信道也使用BPSK-R；伽利略系统的E1 OS信号数据信道使用CBOC+(61，1，1/11)，导频信道使用CBOC-(6，1，1/11)。

现有这些调制方式的不足主要集中在几个方面，首先，使用BPSK-R调制的信号分量来完成伪码相的测量，精度比相同扩频码速率下使用BOC以及MBOC调制的信号要低很多；其次，使用BOC调制的信号分量来完成数据电文的解调，需要的接收机带宽要比相同扩频码速率下的BPSK-R调制信号宽，而且即时支路相关器输出的信噪比衰减也要大；再次，当系统的信号使用BOC或者MBOC调制方式时，接收机在信号的捕获与跟踪环节可能会出现“模糊度问题”(Ambiguity problem)，也即，由于BOC和MBOC调制信号的自相关函数存在多个峰值，接收机可能会在捕获阶段误捕到主峰外的一个边峰上去，从而造成移交给跟踪环时产生一个很大的初始偏差。更坏的情况是，跟踪环也会在跟踪阶段锁定在某一个边峰的能量上，并达到稳态跟踪。此时测量出的伪码相位将会带有一个持续稳定的偏差，从而导致最终的定位结果完全错误。

上述提到的现有系统使用的调制方式的三个不足，本领域内技术人员可以理解。第一个不足的根源在于与BOC以及MBOC调制的信号相比，BPSK-R信号的均方根带宽更小。正如本领域内技术人员所知，均方根带宽更宽的信号，其在匹配接收条件下的热噪声环境里的内在跟踪精度相应更高。而第二个不足的原因在于与BPSK-R调制信号相比，BOC和MBOC调制信号的频谱中高频成分占的比重更大，因此当接收机的接收带宽不足以将发射的整个信号的带宽完全覆盖的情况下，在相同的接收带宽下，BPSK-R信号由于能量更加集中在载频附近，被限带操作滤掉的能量更小。第三个不足则是由BOC和MBOC信号自相关函数的形状特性决定的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种导航信号的调制方式及解调方法，在处理使用这种调制方式的导航信号时，接收机能够同时获得良好的解调性能与码跟踪性能。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种导航信号的调制方式，包括以下步骤：

第一步，将一个导航信号的每个信道的信号分量都使用直接序列扩频技术，彼此之间的扩频序列速率相同，序列本身相同或不同，一个导航信号包含有至少两个信道；