專利名稱：導(dǎo)航衛(wèi)星上同頻點(diǎn)多路信號恒包絡(luò)合成發(fā)射方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)航衛(wèi)星上同頻點(diǎn)多路信號恒包絡(luò)合成發(fā)射方法及電路。
背景技術(shù)：
對于目前世界上的GNSS系統(tǒng)，隨著應(yīng)用需求不斷擴(kuò)大，需要提供的服務(wù)日益增多。然而衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的頻譜資源有限，現(xiàn)代的GNSS系統(tǒng)通常會在同一頻點(diǎn)上發(fā)射多個導(dǎo)航信號，以提高頻譜資源的利用效率。同頻點(diǎn)上發(fā)射多個信號提高了頻譜的利用效率，然而在提高頻譜利用效率的同時，應(yīng)該以不影響每種信號的性能為基礎(chǔ)，但是同頻點(diǎn)多信號的想法在實際的具體應(yīng)用中卻產(chǎn)生了新的問題。這個問題來自于衛(wèi)星上的高功率放大器。因為如果對于每個信號均單獨(dú)使用一個高功率放大器，由于高功率放大器是體積和重量都較為龐大，當(dāng)信號數(shù)較多時，這種實現(xiàn)方式極大的增加衛(wèi)星上的有效載荷，使得衛(wèi)星平臺設(shè)計變得異常復(fù)雜。針對這個問題，需要對星上的高功率放大器進(jìn)行復(fù)用，即多個信號共享一個高功放。一個非常重要的問題是如何有效的組合這些信號才能夠給地面帶來良好的性能。為了最大效率的使用高功率放大器，高功率放大器應(yīng)該工作在非線性區(qū)域的飽和點(diǎn)附近。然而當(dāng)高功放在飽和點(diǎn)附近時，如果輸入信號不具有恒定的包絡(luò)，那么輸出分量會產(chǎn)生幅度調(diào)制和幅相轉(zhuǎn)換等畸變。在同頻點(diǎn)單信號的情況下，由于衛(wèi)星導(dǎo)航信號本身就使用BPSK-R的調(diào)制方式，其信號包絡(luò)本身就是恒定的。因此不會遇到這些問題。然而當(dāng)信號數(shù)目增多，不同信號分量需要進(jìn)行組合，合成信號的包絡(luò)會產(chǎn)生一定的起伏。那么當(dāng)高功率放大器工作在飽和點(diǎn)的時候會產(chǎn)生幅相失真，對接收端的性能造成很大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種導(dǎo)航衛(wèi)星上同頻點(diǎn)多路信號恒包絡(luò)合成發(fā)射方法及電路，能夠使得多個信號的組合具有恒包絡(luò)的性質(zhì)，從而避免了幅度/幅度、幅度/相位失真。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是導(dǎo)航衛(wèi)星上同頻點(diǎn)多路信號恒包絡(luò)合成發(fā)射方法，步驟如下對于導(dǎo)航衛(wèi)星上的N路需要復(fù)用的二進(jìn)制輸入信號，通過交調(diào)信號發(fā)生器，得到N路號中任意兩路號的交調(diào)乘積號、任意二路號的交調(diào)乘積號、一直到任意N路信號的交調(diào)乘積信號，以及直流信號；對輸入的N路信號、生成的各路交調(diào)乘積信號以及直流信號，共計2N路信號，將每一路信號進(jìn)行針對本路的特定倍數(shù)的放大，然后與同相載波支路相乘；對輸入的N路信號、生成的各路交調(diào)乘積信號以及直流信號，共計2N路信號，將每一路信號進(jìn)行針對本路的另外一個特定倍數(shù)的放大，然后與正交載波支路相乘；最后將兩次相乘后得到的所有信號相加合成，即得到最終的具有恒包絡(luò)特性的輸出信號。對于給定了 N路信號復(fù)用的相位映射表情況，首先利用S矩陣計算得到一組復(fù)系數(shù)，對于N路信號，每路信號有+1和-I兩種取值方式，N路信號共用2N種取值可能，對于2n種取值中的任意一種取值，都由此確定相應(yīng)的各階交調(diào)乘積信號的取值，即2N種可能取值，將N路信號、從2階到N階的各階交調(diào)信號以及直流信號按順序排列起來，共有2N路，將每一種取值作為一行，排成方陣，由此構(gòu)成2n*2n維的S矩陣，其構(gòu)造方法如下(I)對于前N列，將整數(shù)0 (2n_1)采用N位二進(jìn)制表示法，放置到第I行到2n行，其中第m行的前N個數(shù)對應(yīng)整數(shù)(m-1)的N位二進(jìn)制表示法的N個數(shù)，然后將其中的所有的0換成為-I,到此構(gòu)成了前N列；(2)接下來的^列，采用第I列到第N列中的所有二階交調(diào)乘積構(gòu)成，即依次取出第1、2列，第1、3列，……，第1、N列，第2、3列，第2、4列，……，第2、N列，……，依次下去，直到取出第N-l、N列，并將每次取出的兩列進(jìn)行對應(yīng)元素相乘構(gòu)成新列，填入S矩陣的 新列，上述所有二階交調(diào)乘積共構(gòu)成了C〗個新列；(3)接下來的G列，采用第I列到第N列中的所有三階交調(diào)乘積構(gòu)成，即依次取出第1、2、3列，第1、2、4列，……，第1、2、N列，第2、3、4列，第2、3、5列，……，第2、3、N列，……，依次下去，直到取出第N-2，N-1、N列，并將每次取出的三列進(jìn)行對應(yīng)元素相乘構(gòu)成新列，填入S矩陣的新列，上述所有三階交調(diào)乘積共構(gòu)成了C〗個新列；......(N)接下來的列，采用第I列到第N列中的所有N階交調(diào)乘積構(gòu)成，即取出第I、
2、……、N列，并將取出的N列進(jìn)行對應(yīng)元素相乘構(gòu)成新列，填入S矩陣的新列，上述所有三階交調(diào)乘積共構(gòu)成了^個新列，至此，構(gòu)造出S矩陣的前2n-1列；(N+1)對于S矩陣的最后一列,采用全I(xiàn)填入；至此，完成了 S矩陣的構(gòu)造；然后根據(jù)如下計算公式獲取相應(yīng)放大系數(shù)C = S^1 - expa - real (C) = S^1 cos(6)b = imag (C) = X-1 sin(涇)其中,( 表示復(fù)系數(shù)向量,共2N個，j表示虛數(shù)單位,沒表示一組相位向量表示由復(fù)系數(shù)向量的實部構(gòu)成的向量，石表示由復(fù)系數(shù)向量的虛部構(gòu)成的向量；每個復(fù)系數(shù)的實部作為與同相載波支路相乘的每個信號的放大系數(shù)，而每個復(fù)系數(shù)的虛部作為與正交載波支路相乘的每個信號的放大系數(shù)，系數(shù)與信號的對應(yīng)關(guān)系如下(I)前N個系數(shù)對應(yīng)N路輸入信號；(2)接下來的^個系數(shù)，對應(yīng)N個輸入信號中的所有二階交調(diào)乘積構(gòu)成的信號，順序依次為第1、2信號的交調(diào)乘積信號，第1、3信號的交調(diào)乘積信號，……，第1、N信號的交調(diào)乘積信號，第2、3信號的交調(diào)乘積信號，第2、4信號的交調(diào)乘積信號，……，第2、N信號的交調(diào)乘積信號，……，依次下去，直到第N-1、N的交調(diào)乘積信號；(3)接下來的G個系數(shù)，對應(yīng)著N個輸入信號中的所有三階交調(diào)乘積構(gòu)成的信號，順序依次為第1、2、3信號的交調(diào)乘積信號，第1、2、4信號的交調(diào)乘積信號，……，第1、2、N信號的交調(diào)乘積信號，第2、3、4信號的交調(diào)乘積信號，第2、3、5信號的交調(diào)乘積信號，……，第2、3、N信號的交調(diào)乘積信號，……，依次下去，直到取出第N-2，N-1、N信號的交調(diào)乘積信號；......(N)接下來的は個系數(shù)，對應(yīng)第I個到第N個所有N個輸入信號的交調(diào)乘積構(gòu)成的信號；(N+1)最后ー個系數(shù)對應(yīng)直流信號。而對于沒有給定相位映射關(guān)系，但是給定了各個輸入信號的功率配比和相對相位約束關(guān)系的情況，通過求解一個帶有各個輸入信號的功率配比和相對相位約束關(guān)系的欠定非線性復(fù)數(shù)方程，找到ー個復(fù)用效率最高的解，從而得到效率最優(yōu)意義下的恒包絡(luò)方案，然后，再利用S矩陣計算得到相應(yīng)放大系數(shù)。所述帶有各個輸入信號的功率配比和相對相位約束關(guān)系的欠定非線性復(fù)數(shù)方程如下所示

權(quán)利要求
1.導(dǎo)航衛(wèi)星上同頻點(diǎn)多路信號恒包絡(luò)合成發(fā)射方法，其特征在于 對于導(dǎo)航衛(wèi)星上的N路需要復(fù) 用的二進(jìn)制輸入信號，通過交調(diào)信號發(fā)生器，得到N路信號中任意兩路信號的交調(diào)乘積信號、任意三路信號的交調(diào)乘積信號、一直到任意N路信號的交調(diào)乘積信號，以及直流信號； 對輸入的N路信號、生成的各路交調(diào)乘積信號以及直流信號，共計2N路信號，將每一路信號進(jìn)行針對本路的特定倍數(shù)的放大，然后與同相載波支路相乘； 對輸入的N路信號、生成的各路交調(diào)乘積信號以及直流信號，共計2N路信號，將每一路信號進(jìn)行針對本路的另外一個特定倍數(shù)的放大，然后與正交載波支路相乘； 最后將兩次相乘后得到的所有信號相加合成，即得到最終的具有恒包絡(luò)特性的輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述恒包絡(luò)合成發(fā)射方法，其特征在于對于給定了N路信號復(fù)用的相位映射表情況，首先利用S矩陣計算得到一組復(fù)系數(shù)，對于N路輸入信號，S矩陣是一個2n*2n維的方陣，其構(gòu)造方法如下 (1)對于前N列，將整數(shù)O (2n-1)采用N位二進(jìn)制表示法，放置到第I行到2nR，其中第m行的前N個數(shù)對應(yīng)整數(shù)(m-1)的N位二進(jìn)制表示法的N個數(shù)，然后將其中的所有的O換成為-I，到此構(gòu)成了前N列； (2)接下來的列，采用第I列到第N列中的所有二階交調(diào)乘積構(gòu)成，即依次取出第I、2列，第1、3列，……，第1、N列，第2、3列，第2、4列，……，第2、N列，……，依次下去，直到取出第N-l、N列，并將每次取出的兩列進(jìn)行對應(yīng)元素相乘構(gòu)成新列，填入S矩陣的新列，上述所有二階交調(diào)乘積共構(gòu)成了C〗個新列； (3)接下來的列，采用第I列到第N列中的所有三階交調(diào)乘積構(gòu)成，即依次取出第I、2、3 列,第 1、2、4 列，......，第 1、2、N 列,第 2、3、4 列,第 2、3、5 列，......,第 2、3、N 列，......，依次下去,直到取出第N-2，N-1、N列，并將每次取出的三列進(jìn)行對應(yīng)元素相乘構(gòu)成新列，填A(yù) S矩陣的新列，上述所有三階交調(diào)乘積共構(gòu)成了C〗個新列； (N)接下來的列，采用第I列到第N列中的所有N階交調(diào)乘積構(gòu)成，即取出第I、2、……、N列，并將取出的N列進(jìn)行對應(yīng)元素相乘構(gòu)成新列，填入S矩陣的新列，上述所有三階交調(diào)乘積共構(gòu)成了^個新列，至此，構(gòu)造出S矩陣的前2n-1列； (N+1)對于S矩陣的最后一列，采用全I(xiàn)填入； 至此，完成了 S矩陣的構(gòu)造； 然后根據(jù)如下計算公式獲取相應(yīng)放大系數(shù) C = S^1 - expa = real (C) = cos(0)b = imag (C) = S^1 ■ sin(0) 其中，(5表示復(fù)系數(shù)向量，共2N個，j表示虛數(shù)單位,沒表示一組相位向量表示由復(fù)系數(shù)向量的實部構(gòu)成的向量，石表示由復(fù)系數(shù)向量的虛部構(gòu)成的向量； 每個復(fù)系數(shù)的實部作為與同相載波支路相乘的每個信號的放大系數(shù)，而每個復(fù)系數(shù)的虛部作為與正交載波支路相乘的每個信號的放大系數(shù)，系數(shù)與信號的對應(yīng)關(guān)系如下 (1)前N個系數(shù)對應(yīng)N路輸入信號； (2)接下來的個系數(shù)，對應(yīng)N個輸入信號中的所有二階交調(diào)乘積構(gòu)成的信號，順序依次為第1、2信號的交調(diào)乘積信號，第1、3信號的交調(diào)乘積信號，……，第1、N信號的交調(diào)乘積信號，第2、3信號的交調(diào)乘積信號，第2、4信號的交調(diào)乘積信號，……，第2、N信號的交調(diào)乘積信號，……，依次下去，直到第N-1、N的交調(diào)乘積信號； (3)接下來的個系數(shù)，對應(yīng)著N個輸入信號中的所有三階交調(diào)乘積構(gòu)成的信號，順序依次為第1、2、3信號的交調(diào)乘積信號，第1、2、4信號的交調(diào)乘積信號，……，第1、2、N信號的交調(diào)乘積信號，第2、3、4信號的交調(diào)乘積信號，第2、3、5信號的交調(diào)乘積信號，……，第·2、3、N信號的交調(diào)乘積信號，……，依次下去，直到取出第N-2，N-I、N信號的交調(diào)乘積信號; (N)接下來的個系數(shù)，對應(yīng)第I個到第N個所有N個輸入信號的交調(diào)乘積構(gòu)成的信號; (N+1)最后一個系數(shù)對應(yīng)直流信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述恒包絡(luò)合成發(fā)射方法，其特征在于所述N取3，構(gòu)造出的S矩陣如下
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述恒包絡(luò)合成發(fā)射方法，其特征在于對于沒有給定相位映射關(guān)系，但是給定了各個輸入信號的功率配比和相對相位約束關(guān)系的情況，通過求解一個帶有各個輸入信號的功率配比和相對相位約束關(guān)系的欠定非線性復(fù)數(shù)方程，找到一個復(fù)用效率最高的解，從而得到效率最優(yōu)意義下的恒包絡(luò)方案，然后，再利用S矩陣計算得到相應(yīng)放大系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述恒包絡(luò)合成發(fā)射方法，其特征在于所述帶有各個輸入信號的功率配比和相對相位約束關(guān)系的欠定非線性復(fù)數(shù)方程如下所示
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述恒包絡(luò)合成發(fā)射方法，其特征在于所述同相載波支路是由頻率基準(zhǔn)模塊產(chǎn)生指定頻點(diǎn)的載波，將此載波延遲n /2，即為正交載波支路。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述恒包絡(luò)合成發(fā)射方法，其特征在于所述交調(diào)信號發(fā)生器由一組組合邏輯電路或者查表邏輯電路實現(xiàn)。
8.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述恒包絡(luò)合成發(fā)射方法的電路，其特征在于包括交調(diào)信號發(fā)生器，由一組組合邏輯電路或者查表邏輯電路實現(xiàn)，接N路衛(wèi)星導(dǎo)航信號的輸入，內(nèi)部運(yùn)算得到N路信號中任意兩路信號的交調(diào)乘積信號、任意三路信號的交調(diào)乘積信號、一直到任意N路信號的交調(diào)乘積信號，以及直流信號，并分別輸出； 放大器，共計2 X 2N個，交調(diào)信號發(fā)生器的每一路信號輸出均并聯(lián)地接有兩個放大器，一個稱為同相支路放大器，一個稱為正交支路放大器，這樣共有2N個同相支路放大器，2N個正交支路放大器； 多信號合路器，共計兩個，一個接2N個同相支路放大器的輸出，將其相加合成，稱為同相支路多信號合路器；另一個接2N個正交支路放大器的輸出，將其相加合成，稱為正交支路多信號合路器； 載波發(fā)生器，由頻率基準(zhǔn)模塊產(chǎn)生指定頻點(diǎn)的載波，并分成兩路，一路與同相支路多信號合路器的輸出一起輸入至第一乘法器完成乘法運(yùn)算，另一路經(jīng)載波相位延遲器延遲n /2后與正交支路多信號合路器的輸出一起輸入至第二乘法器完成乘法運(yùn)算； 合成器，接第一乘法器和第二乘法器的輸出，完成相加運(yùn)算并輸出得到具有恒包絡(luò)特性的信號。
全文摘要
本發(fā)明為導(dǎo)航衛(wèi)星上同頻點(diǎn)多路信號恒包絡(luò)合成發(fā)射方法及電路，對于導(dǎo)航衛(wèi)星上的N路需要復(fù)用的二進(jìn)制輸入信號，通過交調(diào)信號發(fā)生器，得到N路信號中任意兩路信號的交調(diào)乘積信號、任意三路信號的交調(diào)乘積信號、一直到任意N路信號的交調(diào)乘積信號，以及直流信號；將每一路信號進(jìn)行針對本路的特定倍數(shù)的放大，然后與同相載波支路相乘；將每一路信號進(jìn)行針對本路的另外一個特定倍數(shù)的放大，然后與正交載波支路相乘；最后將兩次相乘后得到的所有信號相加合成，即得到最終的具有恒包絡(luò)特性的輸出信號，從而避免了幅度/幅度、幅度/相位失真，且能夠評估任意一路參與恒包絡(luò)合成的信號在恒包絡(luò)過程中所受到的干擾，易于配置、實現(xiàn)靈活。
文檔編號G01S19/02GK102645657SQ201210129039
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者姚錚, 崔曉偉, 張曉明, 陸明泉 申請人:清華大學(xué)