低信噪比条件下的罗兰C信号定时解调方法

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。

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

本发明的目的由以下技术方案来实现：

本发明包括如下步骤：

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；

(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；

(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。

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。

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。

本发明的有益效果：

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：

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。

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。

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

图1是本发明的总体处理流程图；

图2是本发明的第五步处理流程图；

图3是波形重构示意图；

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；

图5是图4中副台2脉冲跟踪示意图；

图6是图5的局部放大图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

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。

本发明的具体实现步骤包括：

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；

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＝[+ - + + - -])；

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；

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；

第五步：信号波形相关解调的具体步骤如下：

(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；

(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；

(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。

实施例：

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。

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。

表1调制图样与数据对应关系

  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

注：调制图样中，“0”--脉冲不调；“-”--脉冲向前调1us；“+”--脉冲向后 调1us。

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。

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。

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。

表2传统方法和本发明方法时码解调结果的比较

  相位相关解调正确率   本发明解调正确率   66.7％   83.3％

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。

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。

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。