專利名稱：一種導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號的調(diào)制性能測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航衛(wèi)星下行播發(fā)信號的調(diào)制性能測試方法。
背景技術(shù)：
目前，我國正在開展新一代全球?qū)Ш叫l(wèi)系統(tǒng)的研制，與前一代區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不同的是，為了提高衛(wèi)星導(dǎo)航信號的精度和抗干擾能力，在導(dǎo)航衛(wèi)星的信號體制中將增加BOC(二進(jìn)制偏移載波)調(diào)制的導(dǎo)航信號，導(dǎo)航信號的基帶調(diào)制性能是導(dǎo)航信號性能的一個重要方面，在衛(wèi)星研制過程中，導(dǎo)航衛(wèi)星下行導(dǎo)航性能的基帶調(diào)制性能參數(shù)是整星測試中的關(guān)鍵參數(shù)。現(xiàn)有的數(shù)字調(diào)制信號的基帶調(diào)制性能測試一般采用以下兩種方式(I)利用矢量信號分析儀，如德國R/S公司的FSQ序列和美國Agilient的89600系列、E4406VSA系列矢量信號分析儀。(2)利用示波器或頻譜儀結(jié)合矢量信號分析軟件，如Agilient的89600s矢量信號分析軟件?，F(xiàn)有商品化的矢量信號分析儀或矢量信號分析軟件，僅對傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制信號，如PSK、GMSK、MSK等調(diào)制信號適用。由于BOC是一種新型的數(shù)字調(diào)制信號，主要用于導(dǎo)航信號，調(diào)制信號參數(shù)不但與載波頻率和碼速率有關(guān)，而且與副載波頻率有關(guān)，而現(xiàn)有商品化的分析儀或矢量信號分析軟件只針對載波頻率和碼速率，無法完成對BOC調(diào)制的導(dǎo)航信號全部基帶調(diào)制性能參數(shù)的測試。關(guān)于矢量信號分析的文獻(xiàn)也很多，但這些文獻(xiàn)中描述的方法存在以下兩種類型的不足之處第一類是需要訓(xùn)練序列信號對信號變頻處理等過程進(jìn)行信道估計，才能完成信道幅度補(bǔ)償和相位補(bǔ)償算法的參數(shù)設(shè)置，要求產(chǎn)生高質(zhì)量的訓(xùn)練信號。如文獻(xiàn)《KeyAlgorithms for Accurate GSM EDGE EVM Measurement on ATE Platform》(Shu Xia,8th International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology,2006. ICSICT' 06.)給出的方法。對于高質(zhì)量的導(dǎo)航衛(wèi)星BOC信號而言，意味需要一個更高質(zhì)量的BOC信號源來校準(zhǔn)測試系統(tǒng)，這在實際工作中是非常困難的。第二類是需要使用自適應(yīng)均衡技術(shù)對接收信道進(jìn)行信道估計，如文獻(xiàn)《EVM measurement techniques for MU0S》(McAllister, IEEE Military Communications Conference, 2009. MILCOM 2009.)給出的方法。由于導(dǎo)航信號的調(diào)制質(zhì)量高，因此，估計的誤差將對測試結(jié)果造成影響，而且在這種方法中信道估計算法實現(xiàn)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種導(dǎo)航衛(wèi)星BOC信號的調(diào)制性能測試方法，能實現(xiàn)對BOC調(diào)制的導(dǎo)航信號基帶調(diào)制性能參數(shù)的測試。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號的調(diào)制性能測試方法，步驟如下(I)對導(dǎo)航衛(wèi)星下行播發(fā)的二進(jìn)制偏移載波調(diào)制信號進(jìn)行直接模數(shù)采樣； (2)對直接模數(shù)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字混頻、數(shù)字低通濾波，得到中頻二進(jìn)制偏移載波數(shù)字信號；(3)對中頻二進(jìn)制偏移載波數(shù)字信號進(jìn)行均勻抽取；(4)對均勻抽取后的二進(jìn)制偏移載波數(shù)字信號再次進(jìn)行數(shù)字低通濾波，在頻域內(nèi)提取二進(jìn)制偏移載波數(shù)字信號所包含的兩個信號頻譜中的下邊帶，并對上邊帶頻譜進(jìn)行抑制；(5)對再次數(shù)字低通濾波后的輸出信號進(jìn)行希爾伯特變換得到復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，然后利用Costas環(huán)路對復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行載波跟蹤，并對完成載波跟蹤后的輸出信號進(jìn)行通道增益補(bǔ)償和相位補(bǔ)償，得到基帶信號；(6)根據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號發(fā)射端成型濾波器的特性確定相匹配的測試濾波器的傳輸函數(shù)，然后利用測試濾波器對經(jīng)通道增益補(bǔ)償和相位補(bǔ)償后的基帶信號進(jìn)行濾波，得到IQ基帶待測量波形數(shù)據(jù)；(7)根據(jù)PSK調(diào)制方式，對IQ基帶待測量波形數(shù)據(jù)進(jìn)行符號比特檢測，得到符號比特數(shù)據(jù)，然后根據(jù)PSK基帶調(diào)制方式、符號比特率以及定時恢復(fù)處理得到的符號比特同步誤差信息生成IQ理想基帶信號；(8)根據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號發(fā)射通道成型濾波器和測試濾波器的特性設(shè)置參考濾波器，然后利用參考濾波器對IQ理想基帶信號進(jìn)行濾波，形成IQ基帶參考波形數(shù)據(jù)；(9)求取IQ基帶待測量波形數(shù)據(jù)與IQ基帶參考波形數(shù)據(jù)之間的誤差值，對誤差值進(jìn)行矢量誤差處理，得到反映基帶調(diào)制性能的參數(shù)和信號圖。所述步驟(I)中A/D采樣的采樣率大于二進(jìn)制偏移載波調(diào)制導(dǎo)航信號的偽隨機(jī)碼率的10倍以上，采用的碼片個數(shù)大于200個。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(I)本發(fā)明方法對導(dǎo)航衛(wèi)星下播的BOC信號不進(jìn)行變頻處理，而是直接A/D采樣后在數(shù)字域進(jìn)行處理，避免了變頻處理帶來的幅度相位失真對BOC信號調(diào)制性能測試結(jié)果的影響；(2)在數(shù)字域處理過程中，從BOC雙邊帶頻譜中提取其中一個，利用傳統(tǒng)數(shù)字PSK調(diào)制的矢量信號分析法來進(jìn)行BOC調(diào)制特性參數(shù)分析，解決了由于存在副載波而導(dǎo)致BOC信號無法用矢量信號分析方法進(jìn)行基帶調(diào)制特性測試的問題；(3)在數(shù)字COSTAS環(huán)中采用載波旋轉(zhuǎn)器，進(jìn)行載波同步時，消除IQ支路的低通濾波器，避免了增益和相位補(bǔ)償時要進(jìn)行IQ支路低通濾波的補(bǔ)償，降低處理實現(xiàn)難度；(4)通常的中頻采樣進(jìn)行調(diào)制性能測試的矢量信號方法中，需要有訓(xùn)練序列信號進(jìn)行信道估計或自適應(yīng)盲信道估計，實現(xiàn)增益補(bǔ)償和相位補(bǔ)償，實現(xiàn)復(fù)雜，測量系統(tǒng)適應(yīng)能量差。本方面方法中對BOC載波調(diào)制信號直接采樣，信號變頻和濾波處理均在數(shù)字域進(jìn)行，進(jìn)行增益補(bǔ)償和相位補(bǔ)償時，信道的均衡算法實現(xiàn)簡單，而且均衡效果好，將BOC信號調(diào)制 性能分析過程中的幅度和相位失真進(jìn)行完美的補(bǔ)償，信道的幅度相位特性對測試結(jié)果影響可以忽略。


圖I為本發(fā)明方法的原理框圖2為Galileo導(dǎo)航衛(wèi)星ElA信號BOC (15，2. 5)導(dǎo)航信號的頻譜；圖3為數(shù)字混頻后的低通濾波器的幅頻相頻特性；圖4為數(shù)字混頻后的低通濾波器的抽頭系數(shù)；
圖5為數(shù)字混頻后低通濾波器輸出的中頻BOC信號的頻譜；圖6為抽取后的低通濾波器的幅頻相頻特性；圖7為抽取后的低通濾波器的抽頭系數(shù)；圖8為抽取后的低通濾波器輸出的中頻BOC信號的頻譜。
具體實施例方式如圖I所示，為本發(fā)明方法的原理圖。本發(fā)明方法主要包括導(dǎo)航衛(wèi)星下播微波頻段BOC導(dǎo)航信號的直接A/D采樣和數(shù)字域信號處理兩大部分。用A/D采樣對導(dǎo)航衛(wèi)星下播微波頻段BOC導(dǎo)航信號直接采樣，采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行下變頻和低通濾波，然后進(jìn)行抽取、帶通濾波，提取BOC信號頻譜結(jié)構(gòu)中兩個信號頻譜中的一個進(jìn)行正交解調(diào)。根據(jù)接收信道特性進(jìn)行通道的增益和相位補(bǔ)償，然后根據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星BOC信號發(fā)射通道特性進(jìn)行測量濾波器濾波，生成IQ基帶測試信號波形，根據(jù)調(diào)制方式、符號速率和收發(fā)通道特性生成IQ基帶參考信號波形數(shù)據(jù)，IQ基帶參考信號波形數(shù)據(jù)與IQ基帶測試信號波形數(shù)據(jù)求誤差，然后進(jìn)行處理得到BOC調(diào)制性能參數(shù)的測量結(jié)果。下面以Galileo導(dǎo)航衛(wèi)星ElA信號作為實例對本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。BOC調(diào)制方式用B0C(a，￠)表示,其中參數(shù)0表示以I. 023Mcps為基數(shù)歸一化后的碼率,參數(shù)a表示以1.023Mcps為基數(shù)歸一化的副載波頻率。ElA信號中心頻率為1575. 42MHz，調(diào)制信號形式為BOC(15，2. 5)，表示偽隨機(jī)碼的速率為2.5X 1.023 = 2. 5625Mcps，副載波頻率為15X I. 023 = 15. 345MHz。(I)首先用模擬的擴(kuò)頻信號源產(chǎn)生一個模擬的Galileo導(dǎo)航衛(wèi)星ElA信號，中心頻率1575. 42MHz，調(diào)制信號形式為BOC (15，2. 5)，用采樣率為5GHz的A/D采樣器對ElA導(dǎo)航信號進(jìn)行直接高速采樣，這里采樣時間為0. 5ms，采用碼片個數(shù)為1281個，采樣點個數(shù)為2500000個，BOC信號的頻譜如圖2所示。(2)在數(shù)字域生成一個本地1545. 42MHz的數(shù)字本振信號，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字混頻、數(shù)字低通濾波。低通濾波器I選用FIR濾波器，其傳輸函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為H1(Z1) CiZ^'(1)
/=1式中Ci為低通濾波器I的第i抽頭系數(shù)，M1為低通濾波器I的階數(shù)，Z1 = ej2《，fs為采樣頻率，這里為5Gsa/s。本例中低通濾波器I的階數(shù)為156，其幅頻和相頻特性如圖3所示，各抽頭系數(shù)如圖4所示。低通濾波后得到中心頻率為30MHz的BOC數(shù)字信號，低通濾波器I輸出的中頻BOC信號的頻譜如圖5所示；(3)選擇抽取系數(shù)10，對中頻BOC數(shù)字信號進(jìn)行均勻抽取，對抽取后的BOC信號數(shù)據(jù)再次進(jìn)行數(shù)字低通濾波，低通濾波器2也為FIR濾波器，其傳輸函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
M2H2(Z2)^YuFiZ11(2)
/=1式中Fi為低通濾波器2的第i抽頭系數(shù)，M2為低通濾波器2的階數(shù)，Z2 = e河,M為抽取率系數(shù)。本例中低通濾波器2階數(shù)為78，其幅頻和相頻特性如圖6所示，抽頭系數(shù)如圖7所示。低通濾波器2提取BOC信號頻譜中兩個邊帶中的下邊帶信號譜，對上邊帶頻譜進(jìn)行抑制，低通濾波器2輸出的信號頻譜如圖8所示；(4)對低通濾波器2輸出的單個信號，首先進(jìn)行希爾伯特變換，轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，然后利用鑒相器、環(huán)路濾波器、載波旋轉(zhuǎn)器和數(shù)字壓控振蕩器組成的Costas環(huán)路完成對輸入復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的載波跟蹤。低通濾波器2輸出的單個信號譜結(jié)構(gòu)輸出信號s (k)表示為
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號的調(diào)制性能測試方法，其特征在于步驟如下 (1)對導(dǎo)航衛(wèi)星下行播發(fā)的二進(jìn)制偏移載波調(diào)制信號進(jìn)行直接模數(shù)采樣； (2)對直接模數(shù)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字混頻、數(shù)字低通濾波，得到中頻二進(jìn)制偏移載波數(shù)字信號; (3)對中頻二進(jìn)制偏移載波數(shù)字信號進(jìn)行均勻抽??； (4)對均勻抽取后的二進(jìn)制偏移載波數(shù)字信號再次進(jìn)行數(shù)字低通濾波，在頻域內(nèi)提取二進(jìn)制偏移載波數(shù)字信號所包含的兩個信號頻譜中的下邊帶，并對上邊帶頻譜進(jìn)行抑制； (5)對再次數(shù)字低通濾波后的輸出信號進(jìn)行希爾伯特變換得到復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，然后利用Costas環(huán)路對復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行載波跟蹤，并對完成載波跟蹤后的輸出信號進(jìn)行通道增益補(bǔ)償和相位補(bǔ)償，得到基帶信號； (6)根據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號發(fā)射端成型濾波器的特性確定相匹配的測試濾波器的傳輸函數(shù)，然后利用測試濾波器對經(jīng)通道增益補(bǔ)償和相位補(bǔ)償后的基帶信號進(jìn)行濾波，得到IQ基帶待測量波形數(shù)據(jù)； (7)根據(jù)PSK調(diào)制方式，對IQ基帶待測量波形數(shù)據(jù)進(jìn)行符號比特檢測，得到符號比特數(shù)據(jù)，然后根據(jù)PSK基帶調(diào)制方式、符號比特率以及定時恢復(fù)處理得到的符號比特同步誤差信息生成IQ理想基帶信號； (8)根據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號發(fā)射通道成型濾波器和測試濾波器的特性設(shè)置參考濾波器，然后利用參考濾波器對IQ理想基帶信號進(jìn)行濾波，形成IQ基帶參考波形數(shù)據(jù)； (9)求取IQ基帶待測量波形數(shù)據(jù)與IQ基帶參考波形數(shù)據(jù)之間的誤差值，對誤差值進(jìn)行矢量誤差處理，得到反映基帶調(diào)制性能的參數(shù)和信號圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號的調(diào)制性能測試方法，其特征在于所述步驟(I)中A/D采樣的采樣率大于二進(jìn)制偏移載波調(diào)制導(dǎo)航信號的偽隨機(jī)碼率的10倍以上，采用的碼片個數(shù)大于200個。
全文摘要
一種導(dǎo)航衛(wèi)星二進(jìn)制偏移載波信號的調(diào)制性能測試方法，首先對導(dǎo)航衛(wèi)星下行發(fā)播微波頻段的BOC調(diào)制導(dǎo)航信號進(jìn)行直接A/D采樣，然后在數(shù)字域?qū)π盘栠M(jìn)行變頻濾波、希爾伯特變換，采用數(shù)字通信中的正交解調(diào)、通道增益補(bǔ)償和相位補(bǔ)償處理以及測量濾波器濾波后得到測量數(shù)據(jù)。通過對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行符號檢測、參考信號生成處理和參考濾波器濾波得到參考數(shù)據(jù)。對參考數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，即可得到反映基帶調(diào)制性能的參數(shù)和信號圖。本發(fā)明方法對BOC載波調(diào)制信號的處理均在數(shù)字域進(jìn)行，在數(shù)字域提取BOC單邊帶頻譜，解決了由于存在副載波而導(dǎo)致BOC信號無法用矢量信號分析方法進(jìn)行調(diào)制特性測試的問題。
文檔編號H04B17/00GK102638319SQ20121012213
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者劉安邦, 崔小準(zhǔn), 李鵬, 米紅, 聶欣 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計部