偽衛(wèi)星脈沖信號抗遠(yuǎn)近效應(yīng)方法及兼容性

趙春暉, 姚龍鑫, 甘興利

(1. 哈爾濱工程大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150001; 2. 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所, 河北 石家莊 050081)

?

偽衛(wèi)星脈沖信號抗遠(yuǎn)近效應(yīng)方法及兼容性

趙春暉1, 姚龍鑫1, 甘興利2

(1. 哈爾濱工程大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150001; 2. 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所, 河北 石家莊 050081)

針對偽衛(wèi)星應(yīng)用中存在的遠(yuǎn)近效應(yīng)及與衛(wèi)星導(dǎo)航信號的兼容性,提出了偽衛(wèi)星發(fā)射脈沖信號的方法,用來消除遠(yuǎn)近效應(yīng)問題,并對衛(wèi)星信號和偽衛(wèi)星脈沖信號的兼容性做了分析.首先根據(jù)脈沖占空比和信號信干比的關(guān)系確定所要采用的脈沖信號的占空比,然后分析此占空比的脈沖信號與衛(wèi)星信號的兼容性,使得這一占空比在保證脈沖信號的強(qiáng)度下,既能消除遠(yuǎn)近效應(yīng),又可以與衛(wèi)星信號保持良好的兼容.對脈沖信號和連續(xù)信號的捕獲以及信號兼容進(jìn)行仿真.最后利用小型偽衛(wèi)星分別發(fā)射脈沖信號和連續(xù)信號,對兩者干擾衛(wèi)星信號的情況進(jìn)行捕獲.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,本研究提出的脈沖信號可以有效地消除遠(yuǎn)近效應(yīng),并且保證偽衛(wèi)星脈沖信號和衛(wèi)星信號兼容共存.

偽衛(wèi)星; 脈沖信號; 遠(yuǎn)近效應(yīng); 占空比; 兼容性

偽衛(wèi)星是發(fā)射類似GPS信號的地基衛(wèi)星,可以增強(qiáng)GPS的星座,提高GPS的定位精度、可靠性和連續(xù)性,甚至可以在GPS無法覆蓋的建筑物內(nèi)和地下替代GPS衛(wèi)星[1].偽衛(wèi)星應(yīng)用的最大問題是遠(yuǎn)近效應(yīng)問題[2-4].目前針對偽衛(wèi)星應(yīng)用中的遠(yuǎn)近問題提出的解決方法有帶外發(fā)射[5]、FDMA頻率偏移[6]、多約束波束形成法[7].其中,帶外發(fā)射方法需要一個分離的額外射頻調(diào)諧器來接收偽衛(wèi)星信號,而這個額外的射頻調(diào)諧器會增加接收機(jī)的成本和復(fù)雜度,而且也會隨著時間和溫度相對于主射頻調(diào)諧器中的衛(wèi)星信號產(chǎn)生漂移,這使得接收機(jī)算法非常復(fù)雜.所以它不適用于長周期的應(yīng)用.頻率偏移方法也有缺陷,因?yàn)閷?dǎo)航衛(wèi)星在不停地運(yùn)動,對于地面的接收機(jī),會產(chǎn)生多普勒效應(yīng),使得衛(wèi)星信號經(jīng)常發(fā)生頻移,而偽衛(wèi)星經(jīng)常要從一個由于衛(wèi)星運(yùn)動而將要關(guān)閉的頻率“窗口”跳躍到另一個打開的頻率“窗口”.在每次跳躍的過程中,所有跟蹤偽衛(wèi)星信號的接收機(jī)都將失鎖,而這種連續(xù)的失鎖情況是接收機(jī)不能容忍的.

1997年H.Stewart Cobb博士曾提出過偽衛(wèi)星脈沖信號的設(shè)想[8],并提出脈沖信號中消隱的情況,該方法能夠從根本上解決偽衛(wèi)星應(yīng)用中的遠(yuǎn)近效應(yīng),但是對于占空比的選擇沒有給出明確答案.后人在此基礎(chǔ)上不斷地做過改進(jìn).2006年,武玉琨等人做了對脈沖調(diào)制在抗遠(yuǎn)近效應(yīng)中的應(yīng)用的研究,闡述了脈沖調(diào)制的流程及優(yōu)點(diǎn)[9];2010年,葉紅軍針對伽利略系統(tǒng)中的偽衛(wèi)星遠(yuǎn)近效應(yīng)解決方案做了闡述,并提出伽利略偽衛(wèi)星脈沖占空比的求解方法[10];2014年,侯勇等人對偽衛(wèi)星的遠(yuǎn)近效應(yīng)做了研究,闡述了碼分多址和頻分多址等解決方案.

本文針對偽衛(wèi)星應(yīng)用中的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題,提出了具體的脈沖信號方案.該方法確定了脈沖信號的占空比,對脈沖信號和連續(xù)信號進(jìn)行了捕獲和兼容性分析,并進(jìn)行了小型偽衛(wèi)星脈沖信號實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證脈沖信號可以有效地消除遠(yuǎn)近效應(yīng)問題,并能保證與衛(wèi)星信號兼容共存.

1 偽衛(wèi)星遠(yuǎn)近效應(yīng)及判定

由于導(dǎo)航衛(wèi)星與其接收機(jī)的距離達(dá)到20 100 km,并且它們的天線傳播光束形狀固定,使得接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號功率非常小,大約-130 dBm,在地球表面強(qiáng)度相對穩(wěn)定.而偽衛(wèi)星與接收機(jī)的距離很近,且接收強(qiáng)度變化范圍如式(1):

(1)

式中,R是偽衛(wèi)星和接收機(jī)天線的距離,偽衛(wèi)星接收功率是和接收機(jī)與偽衛(wèi)星距離的平方成反比,因此,接收機(jī)收到的偽衛(wèi)星信號功率會有比較明顯的變化.在某一距離內(nèi),偽衛(wèi)星信號強(qiáng)到淹沒了衛(wèi)星信號,這一距離稱為近邊界.在某一距離以外,偽衛(wèi)星信號弱到無法被跟蹤,這一距離稱為遠(yuǎn)邊界.接收機(jī)只能正常跟蹤近邊界和遠(yuǎn)邊界之間的衛(wèi)星信號和偽衛(wèi)星信號.

圖1表示了偽衛(wèi)星的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題.

圖1 遠(yuǎn)近效應(yīng)示意圖

遠(yuǎn)邊界與偽衛(wèi)星的發(fā)射信號功率有關(guān).信號在自由空間的傳播損耗公式為

(2)

式中:λ是載波波長,約為0.19 m;d為信號傳播距離;P為自由空間傳播損耗,單位是dB.偽衛(wèi)星信號的功率損耗如下式所示:

(3)

式中:Pl為偽衛(wèi)星發(fā)射信號的功率;Pmin為接收機(jī)可接收到的最小功率,即-130 dBm,結(jié)果得出的距離d定義為遠(yuǎn)邊界.

近邊界和遠(yuǎn)邊界的距離比值是由接收機(jī)對衛(wèi)星信號的互相關(guān)干擾決定的,這里的干擾是指在近距離的偽衛(wèi)星強(qiáng)信號.前面提到,偽衛(wèi)星發(fā)射的信號和GPS信號是類似的,都是C/A碼經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制的信號,而由于多普勒效應(yīng),地面接收機(jī)接收到的信號有±6 kHz的頻偏,則在這范圍內(nèi),兩個C/A碼的最差互相關(guān)是-21.6 dB,所以偽衛(wèi)星信號對衛(wèi)星信號造成的干擾最大為-21.6 dB.目前的接收機(jī)的細(xì)節(jié)決定需要6 dB的信干比來跟蹤信號,則有15.6 dB的跟蹤余量,而這一余量決定了遠(yuǎn)近距離比的大小.

2 脈沖信號抗遠(yuǎn)近效應(yīng)原理

脈沖信號可以有效地改善偽衛(wèi)星信號和衛(wèi)星信號的互相關(guān)性,同時,脈沖信號也可以與衛(wèi)星信號更好地兼容,是消除遠(yuǎn)近效應(yīng)的可靠方法.

當(dāng)偽衛(wèi)星發(fā)射信號時,才會干擾衛(wèi)星信號,若偽衛(wèi)星只是在10%時間內(nèi)工作,而其余90%時間內(nèi)靜默,則干擾只會存在于這10%的時間內(nèi),而在其余時間內(nèi),接收機(jī)正常接收衛(wèi)星信號,這樣實(shí)現(xiàn)了同時跟蹤偽衛(wèi)星和衛(wèi)星信號,改善了遠(yuǎn)近效應(yīng).

目前的衛(wèi)星接收機(jī)可接收的最小功率為-130 dBm,假設(shè)脈沖信號的占空比d是10%,由占空比產(chǎn)生的損耗D為

(4)

所以會有10 dB的損耗.若想達(dá)到最小功率-130 dBm,偽衛(wèi)星信號至少要-120 dBm.

環(huán)境熱噪聲功率電平表達(dá)式如式(5):

(5)

其中,k為波茲曼常數(shù);T是環(huán)境溫度;B是測量帶寬,一般情況下,環(huán)境溫度為290 K,kT為-174 dBm/Hz,C/A碼帶寬是63 dB/Hz,再加上4 dB的噪聲指數(shù),所以接收機(jī)相關(guān)前的噪聲功率是-107 dBm,偽衛(wèi)星信號靠近接收機(jī),接收功率峰值會增加,只要不大于-107 dBm,就不會產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng).當(dāng)隨著距離的減小.接收功率大于-107 dBm時,接收機(jī)達(dá)到飽和,所有的功率都會限制在-107 dBm上.

對于脈沖信號,占空比的選擇不僅會影響到偽衛(wèi)星信號對衛(wèi)星信號的干擾,也會產(chǎn)生偽衛(wèi)星之間的干擾.Cobb先生給出脈沖信號占空比關(guān)于衛(wèi)星信號的公式:

(6)

LeMaster先生給出了多顆偽衛(wèi)星信號的占空比和信噪比的關(guān)系:

(7)

圖2 占空比和信干比的關(guān)系

圖2中在標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)信干比跟蹤極限以上的信號可以被接收機(jī)跟蹤,脈沖信號的占空比選擇為10%,這樣可以很好地同時跟蹤偽衛(wèi)星信號和衛(wèi)星信號.

偽衛(wèi)星信號對衛(wèi)星信號的干擾是:

(8)

式中:N為前文中求得的環(huán)境熱噪聲功率電平,即-107 dBm;R是信號的互相關(guān)干擾,為-21.6 dBm;S是脈沖信號相關(guān)前的信噪比,為-9.5 dB,代入式(8)計算得到占空比為10%偽衛(wèi)星脈沖信號對衛(wèi)星信號造成的干擾為-138.1 dBm.接收機(jī)需要6 dB的信干比來跟蹤衛(wèi)星信號,因此,即使是在跟蹤最遠(yuǎn)處信號最差的衛(wèi)星信號-130 dBm時,仍有1.6 dB的信號余量,而在最差情況下的余量是正數(shù),接收機(jī)可以跟蹤衛(wèi)星信號,所以不管距離多遠(yuǎn),都不會對衛(wèi)星信號失鎖.衛(wèi)星信號相關(guān)前的S/N是-30 dB,偽衛(wèi)星信號比衛(wèi)星信號高約20 dB,因此接收機(jī)能夠很好地跟蹤飽和的脈沖信號和衛(wèi)星信號.

圖3 脈沖與連續(xù)信號飽和距離對比示意圖

從圖3中可以看出,由于脈沖信號10%的占空比,導(dǎo)致有10 dB的損耗,所以脈沖信號使接收機(jī)達(dá)到飽和時的距離會比連續(xù)信號更近,相當(dāng)于減小了近邊界,而對于脈沖信號,只要相應(yīng)增加發(fā)射功率,遠(yuǎn)邊界仍可以保持和連續(xù)信號一致.這樣,近邊界和遠(yuǎn)邊界之間的可同時跟蹤偽衛(wèi)星信號和衛(wèi)星信號的區(qū)域變大了.而在脈沖信號達(dá)到飽和距離內(nèi)時,由于脈沖信號只有10%的時間發(fā)射信號,所以仍然可以同時跟蹤兩者信號,脈沖信號達(dá)到了抗遠(yuǎn)近效應(yīng)的作用.

3 偽衛(wèi)星信號和衛(wèi)星信號兼容性分析

在近距離內(nèi)偽衛(wèi)星信號會干擾到衛(wèi)星信號,所以偽衛(wèi)星信號和導(dǎo)航信號之間存在兼容共存問題.一般接收機(jī)采用載噪比來說明接收導(dǎo)航信號的優(yōu)劣程度,相關(guān)器輸出的信干比中需要考慮非白噪聲,所以需要引入等效載噪比的概念.兼容性的評判標(biāo)準(zhǔn)則以等效載噪比的降低為標(biāo)準(zhǔn).

接收機(jī)接收到的很多干擾相互疊加,產(chǎn)生一個總的干擾,這一干擾引入等效噪聲密度IGNSS如下:

(9)

式中:Cjs是接收機(jī)收到的干擾衛(wèi)星j的信號功率;N是干擾衛(wèi)星總數(shù);Ljs是接收到的干擾衛(wèi)星j的功率損耗;kjs是譜分離系數(shù).kjs對于兼容性分析來說,是最重要的參數(shù),表示的是期望信號和干擾信號譜之間的相互干擾程度,表示如下:

(10)

式中:Gj(f)是j號干擾衛(wèi)星發(fā)射的信號功率譜密度;Gs(f)是期望衛(wèi)星發(fā)射的信號功率譜密度,可以看出,期望信號和干擾信號的譜共同決定著譜分離系數(shù).

前文提到引入等效噪聲比的概念,當(dāng)相關(guān)器輸出的信干比最大時,載噪比稱為等效載噪比,其公式如下:

(11)

式中:LS是對期望信號的損耗;Ln是對噪聲的損耗;N0是白噪聲的功率譜密度;t是相關(guān)器的積分時間.則與其對應(yīng)的等效載噪比的公式如下:

(12)

由于IGNSS是由干擾引入的等效噪聲密度,所以對接收機(jī)的干擾的影響可以由等效載噪比直接反應(yīng).將式(12)取對數(shù)轉(zhuǎn)化成式(13):

(13)

式中:LS是因?yàn)榻邮諜C(jī)帶寬有限和信號非完整導(dǎo)致的信號計算損耗,為-2dB;N0是功率熱噪聲密度,為-201.5dB/Hz;Iext是所有外部噪聲源引入的噪聲密度,為-206.5dB/Hz.而接收機(jī)接收到的期望信號功率CS和等效噪聲密度IGNSS是由系統(tǒng)決定的.CS定義如下:

(14)

式中:CS,spec,min是接收機(jī)對指定衛(wèi)星的最小接收功率;Gant,min是接收天線的天線增益-4.5dB.當(dāng)有多顆偽衛(wèi)星干擾時,每顆偽衛(wèi)星的最大干擾功率是Ck,max,sat,星座總增益因數(shù)為Gagg,則式(9)的對數(shù)形式如下式所示:

(15)

式中:Ck,max,sat是接收到的第k組干擾信號的最大功率值,是相同的,為-153dB;Lks是對第k組干擾信號的計算損失,為-1dB;Gagg星座總增益因數(shù)為12dB.譜分離系數(shù)是-61.9dB/Hz.

當(dāng)偽衛(wèi)星采用脈沖信號時,由于占空比的影響,式(15)轉(zhuǎn)換成下式:

(16)

式中:d為脈沖信號的占空比.將式(16)帶入式(13),即可求得脈沖信號對衛(wèi)星信號的等效載噪比.

兼容性算法流程圖如圖4所示.

圖4 兼容性算法流程圖

4 MATLAB實(shí)驗(yàn)仿真與結(jié)果分析

針對偽衛(wèi)星中的遠(yuǎn)近效應(yīng),提出偽衛(wèi)星發(fā)射占空比為10%的脈沖信號的方法來消除遠(yuǎn)近效應(yīng),分別對偽衛(wèi)星連續(xù)信號和脈沖信號進(jìn)行信號捕獲,觀察偽衛(wèi)星在發(fā)射連續(xù)信號和脈沖信號情況下對衛(wèi)星信號的捕獲結(jié)果,并做對比分析.然后分別對不同占空比的脈沖與衛(wèi)星信號的兼容性做了分析.

4.1 脈沖信號抗遠(yuǎn)近效應(yīng)仿真與分析

對比圖5a和圖5b可以看出,此時遠(yuǎn)近效應(yīng)已經(jīng)出現(xiàn),偽衛(wèi)星連續(xù)信號干擾衛(wèi)星信號,兩者信號的相關(guān)性變差,但是仍能成功捕獲兩個信號.對比圖5c和圖5d可以看出,此時的遠(yuǎn)近效應(yīng)已經(jīng)占主導(dǎo)地位,偽衛(wèi)星連續(xù)信號已經(jīng)淹沒衛(wèi)星信號,無法正常對其捕獲.圖5e是偽衛(wèi)星采用占空比為10%的脈沖信號比衛(wèi)星信號強(qiáng)50 dB時的捕獲圖,圖5f是偽衛(wèi)星脈沖信號捕獲圖,可以看出,盡管此時脈沖信號強(qiáng)很多,但仍能有效地捕獲兩個信號.仿真結(jié)果驗(yàn)證了脈沖信號可以有效地消除遠(yuǎn)近效應(yīng).

4.2 偽衛(wèi)星脈沖信號與衛(wèi)星信號兼容性仿真與分析

兼容性仿真流程首先要獲取期望信號和干擾信號的功率譜密度,得到譜分離系數(shù),從而求得等效噪聲密度,最后求得等效載噪比,將求得的等效載噪比和載噪比門限值做比較,值比門限值的載噪比低是無效的,不予輸出,將高于門限值的等效載噪比輸出.

對不同的占空比的脈沖信號得到的等效載噪比如表1所示.

表1 兼容仿真數(shù)據(jù)

從表1可以看出占空比為10%～50%的脈沖信號按上述的兼容性算法得到的等效載噪比都超過了兼容允許的門限載噪比,符合兼容性要求,其中10%占空比的脈沖信號是最理想的,可以與導(dǎo)航衛(wèi)星信號兼容.對上述數(shù)據(jù)做平滑處理得到圖6所示.

圖5 偽衛(wèi)星信號和衛(wèi)星信號捕獲圖

圖6 脈沖占空比和等效載噪比的關(guān)系

圖6中可見,當(dāng)占空比為10%時,等效載噪比達(dá)到33.9 dB/Hz,高于門限值33.69 dB/Hz,隨著占空比的增加,等效載噪比在減小,當(dāng)占空比為50%時,等效載噪比已經(jīng)降到33.7 dB/Hz,超過這一占空比,則等效載噪比將降到兼容門限值以下.軟件不予輸出.因此,10%的占空比是最佳的,可以與衛(wèi)星信號較好地兼容.

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

針對脈沖信號抗遠(yuǎn)近效應(yīng)和信號兼容性分別做了實(shí)驗(yàn)對上述理論和仿真進(jìn)行驗(yàn)證.

5.1 脈沖信號抗遠(yuǎn)近效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證圖3中脈沖飽和距離比連續(xù)信號飽和距離近,現(xiàn)利用偽衛(wèi)星針對同一接收機(jī)發(fā)射占空比為10%的脈沖信號和連續(xù)信號,記錄飽和距離和接收信號情況.實(shí)驗(yàn)設(shè)備有小型偽衛(wèi)星一個,筆記本電腦一臺,下載有GPS Test app手機(jī)一部.載有GPS Test 的手機(jī)用來取代接收機(jī)來接收信號.實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖7所示.

圖7 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)環(huán)境是一間普通辦公室,無明顯障礙物,設(shè)備放在一張桌子上進(jìn)行實(shí)驗(yàn).首先利用筆記

本電腦將連續(xù)信號燒錄進(jìn)偽衛(wèi)星,發(fā)射信號功率為80 dB,由傳播損耗公式可得遠(yuǎn)邊界為20 m.隨后手持接收機(jī)在20 m由遠(yuǎn)及近勻速走向偽衛(wèi)星,記錄接收機(jī)飽和時的距離和功率.接下來將占空比為10%的脈沖信號燒錄進(jìn)偽衛(wèi)星,步驟同上,具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2和表3所示.

將上述數(shù)據(jù)利用MATLAB進(jìn)行統(tǒng)計平滑處理后得到圖8.

對比圖3可知,驗(yàn)證了脈沖信號飽和距離比連續(xù)信號飽和距離小,擴(kuò)大了遠(yuǎn)邊界和近邊界之間的區(qū)域.而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中連續(xù)信號的18 m和脈沖信號的14 m的接收功率誤差較大,原因可能是多徑效應(yīng)造成的.總體而言,可以驗(yàn)證脈沖信號可以有效地削弱遠(yuǎn)近效應(yīng).

表2 連續(xù)信號數(shù)據(jù)

表3 脈沖信號數(shù)據(jù)

圖8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計平滑處理結(jié)果

5.2 偽衛(wèi)星脈沖信號和衛(wèi)星信號兼容性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括筆記本電腦一臺,導(dǎo)航衛(wèi)星天線一個,偽衛(wèi)星天線一個,接收機(jī)模塊一個,功率衰減器一臺,小型偽衛(wèi)星一個,如圖9所示.

實(shí)驗(yàn)環(huán)境是所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備放在辦公室的一臺臨近窗戶的桌子上,周圍無明顯障礙物,導(dǎo)航衛(wèi)星天線和偽衛(wèi)星天線放置在窗外的窗臺上,以方便接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號.首先用筆記本電腦向偽衛(wèi)星燒錄偽衛(wèi)星G4號星的連續(xù)信號,由于連續(xù)信號功率過大,超出所能承受的功率范圍,所以在發(fā)射連續(xù)信號前利用功率衰減器將連續(xù)信號衰減到發(fā)射器可承受的功率,然后命令偽衛(wèi)星發(fā)射此連續(xù)信號.大約10 s后,接收機(jī)接收信號,將接收信號功率顯示在軟件接收機(jī)界面上.接著再用筆記本電腦向偽衛(wèi)星燒錄脈沖信號,接收步驟同上.

圖9 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

當(dāng)無偽衛(wèi)星信號,只接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號時,雖然各顆星接收到的信號功率不強(qiáng),但是比較穩(wěn)定,如圖10所示.

當(dāng)偽衛(wèi)星發(fā)射連續(xù)信號時,從接收機(jī)接收信號功率的界面得知,G4號偽衛(wèi)星信號強(qiáng)度高于其他衛(wèi)星信號,對衛(wèi)星信號產(chǎn)生了干擾,甚至將一部分衛(wèi)星信號淹沒了,還產(chǎn)生了其他噪聲,導(dǎo)致衛(wèi)星信號不僅功率減小,且很不穩(wěn)定,連續(xù)信號與導(dǎo)航信號兼容性很差,如圖11所示.

圖10 無偽衛(wèi)星信號干擾時接收到的衛(wèi)星信號

圖11 偽衛(wèi)星連續(xù)信號與衛(wèi)星信號的兼容情況

當(dāng)偽衛(wèi)星發(fā)射占空比為10%的脈沖信號時,從接收機(jī)接收信號功率情況的界面可以看出,發(fā)射的G4脈沖信號較強(qiáng),其他信號也較強(qiáng),且穩(wěn)定.可見,脈沖信號對導(dǎo)航衛(wèi)星信號的干擾很小,兼容性良好,兩者可以兼容共存.如圖12所示.

圖12 偽衛(wèi)星脈沖信號與衛(wèi)星信號的兼容情況

6 結(jié) 論

本文通過對偽衛(wèi)星應(yīng)用中存在的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題的分析,提出偽衛(wèi)星發(fā)射脈沖信號來解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題的方法,并提出偽衛(wèi)星信號和衛(wèi)星信號兼容性算法,進(jìn)一步證明脈沖信號可以與衛(wèi)星信號良好地兼容.通過對偽衛(wèi)星信號和衛(wèi)星信號的捕獲仿真和硬件實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的可行性,對后續(xù)偽衛(wèi)星的應(yīng)用及推廣具有借鑒意義.

[ 1 ] JONES H, MARTIN S, DUMVILLE M. Use of pseudolites to augment galileo SIS in the urban environment[J]. Sustainable Mobility and Intermodality Promoting Competitive and Sustainable Growth, 2003,2(6):40-41.

[ 2 ] 張雷,王建宇,戴寧. TDMA在偽衛(wèi)星遠(yuǎn)近效應(yīng)中的分析與研究[J]. 微計算機(jī)信息, 2008, 24(10):230-232. (ZHANG L,WANG J Y,DAI N. Analysis and research on the near-far effect of the pseudolites based on TDMA technology[J]. Microcomputer Information, 2008,24(10):230-232.)

[ 3 ] 何夏. 基于臨近空間組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的偽衛(wèi)星導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 成都:電子科技大學(xué), 2011. (HE X. Reseach on the key technology of pseudolite navigation based on near space network node[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2011.)

[ 4 ] 劉栩之. GPS L1單頻單體偽衛(wèi)星的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D]. 上海:上海交通大學(xué), 2008. (LIU X Z. Design and implementation of GPS L1 pseudolite signal generator[D]. Shanghai: Shanghai Jiaotong University, 2008.)

[ 5 ] 徐少波,張克芳,王伶, 等. 基于多約束波束形成的偽衛(wèi)星遠(yuǎn)近效應(yīng)抑制方法[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2013,13(5):1191-1195. (XU S B, ZHANG K F, WANG L, et al.A method for near-far resistance of pseudolite based on multiple constraints beamforming[J]. Science Technology and Engineering, 2013,13(5):1191-1195.)

[ 6 ] COBB H S. GPS pseudolites: theory, design, and application[D]. Palo Alto: Stanford University, 1997.

[ 7 ] 武玉琨,廉保旺. 偽衛(wèi)星脈沖調(diào)制在抗遠(yuǎn)近效應(yīng)中的應(yīng)用[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報, 2006,26(1):473-478. (WU Y K, LIAN B W. Application of pseudolite pulsing to the near-far effect[J]. Guided Missile Academic Journal, 2006,26(1):473-478.)

[ 8 ] 葉紅軍. 偽衛(wèi)星遠(yuǎn)近效應(yīng)分析與研究[J]. 無線電工程, 2010,40(6):32-33. (YE H J. Analysis and research on the near-far effect of pseudolites[J]. Radio Engineering, 2010,40(6):32-33.)

[ 9 ] 侯勇,趙凱印. 偽衛(wèi)星的遠(yuǎn)近效應(yīng)研究[J]. 電腦知識與技術(shù), 2014(1):216-218. (HOU Y, ZHAO K Y. Research on the near-far effect of pseudolites[J]. Computer Knowledge and Technology, 2014(1):216-218.)

[10] 羅益,魏海濤. 基于偽衛(wèi)星的GNSS星地時間同步評估仿真研究[J]. 計算機(jī)仿真, 2015,32(2):38-42. (LUO Y, WEI H T. Study on GNSS satellite-ground time synchronization evaluation based on pseudolite and simulation[J]. Computer Simulation, 2015,32(2):38-42.)

【責(zé)任編輯: 李 艷】

Pseudolites Pulsed Signals to Near-Far Problem and Compatibility

ZhaoChunhui1,YaoLongxin1,GanXingli2

(1. College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China; 2. The 54thResearch Institute, China Electronic Technology Group Corporation, Shijiazhuang 050081, China)

Pseudolites pulsed signal is presented to remove the near-far problem and the compatibility between pseudolites signals and GPS signals. In this method, the pulsed duty cycles should be determined by signal-to-interference ratio firstly. Then the compatibility between pseudolites pulsed signals and GPS signals is analyzed. The receiver captures pulsed signals and continuous signals to prove that pulsed signals can solve the near-far problem effectively get better compatibility. And then the receiver captures pulsed signals and continuous signals from small-sized pseudolites, the result proves that pseudolites pulsed signals can solve the near-far problem effectively and have better compatibility.

pseudolites; pulsed signals; near-far problem; pulse duty cycles; compatibility

2016-05-13

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61405041); 哈爾濱市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人基金資助項(xiàng)目(RC2013XK009003).

趙春暉(1965-),男,遼寧錦西人,哈爾濱工程大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

2095-5456(2016)06-0474-08

TP 391.9

A