一种基于孙子定理距离解模糊的扩频测距方法

摘要

本发明公开了一种基于孙子定理距离解模糊的扩频测距方法，本方法在发送端生成三种伪码序列，并产生扩频中频信号；将上行混频器的模拟信号与扩频中频信号进行混频，产生上行射频信号，并通过天线发出；卫星收到地面天线发出的上行射频信号后，通过处理对信号进行解扩，得到三种伪码序列；将收发端的三种伪码序列进行比较，得到三种伪码测量时的余数；利用孙子定理公式计算码片数；计算微波往返空间的总时延，去除地面零值和星上零值，得到地面天线口到卫星的空间距离。本发明可根据实际距离的远近选择合适的伪码个数及长度，且测距精度与传统的伪码测距精度一致。

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于孙子定理进行距离解模糊的扩频测距方法，可应用于收发一体的基于孙子定理进行距离解模糊的扩频测距装置，适用于具备变频转发的卫星系统，可对卫星进行单站测距或多站测距定轨。

背景技术

在航天航空测控领域中，传统测距一般采用测音测距及伪码测距两种体制，USB体制采用测音测距，利用多种测音轮发的机制来进行距离解模糊，该机制距离捕获时间长，测距精度低，是一种比较传统的测距方法，在扩频体制下伪码测距一般通过轨道预报或增加数据帧来进行距离解模糊，纯伪码测距的最大无模糊距离与伪码长度相关，短码匹配距离短，而长码测距虽然可以提高无模糊距离，但是捕获时间长，不适合需要快速捕获的测距系统。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种基于孙子定理进行距离解模糊的扩频测距方法，这种测距方法适用于具备变频转发的卫星系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于孙子定理距离解模糊的扩频测距方法，包括以下步骤：

(1)参数初始化，确定种伪码周期m

(2)取伪码码钟f

(3)通过伪码频率发生器产生伪码时钟，驱动三个伪码发生器生成三种长度的伪码序列，并将伪码时钟送给载波频率发生器以产生本地中频单载波信号；

(4)对三种伪码发生器产生的伪码进行求和，使用求和所得到的序列对本地中频单载波信号进行相位调制，调制后的信号经过数模转换器转换为扩频中频信号；将上行混频器的模拟信号与扩频中频信号进行混频，产生上行射频信号，并通过天线发出；

(5)卫星收到地面天线发出的上行射频信号后，经过卫星变频器变频转发后送回地面，与地面下行本振进行混频，产生下行中频输入信号；

(6)下行中频输入信号通过中频采样、数字下变频后，通过捕获跟踪模块对信号进行解扩，得到三种伪码序列；

(7)将步骤(6)得到的三种伪码序列与步骤(3)产生的伪码序列进行比较，得到三种伪码测量时的余数C

(8)利用孙子定理公式C

(9)计算微波往返空间的总时延τ

本发明相比背景技术具有如下优点：

1、本发明在无轨道预报或无数据帧的系统中提出了一种增加不同伪码周期的伪码进行测量的方法来进行距离解模糊，本方法在伪码体制的基础上通过两种或三种伪码周期互为质数伪码分别对目标进行测距来提高最大无模糊距离，且可以根据实际情况选用合适的伪码周期来调整最大无模糊距离，该方法不用借助其他辅助手段便可直接得到实际距离值。

2、传统的伪码测距方法所测距离范围与伪码周期长度有关，伪码周期长则所测距离范围远，而伪码周期长提升接收端的捕获难度，如果距离大于伪码周期长度，则利用轨道预报等方式来进行距离解模糊，而本方法基于孙子定理即中国剩余定理的解题思路，利用两个或三个伪码周期互为质数的伪码对卫星进行分别测距，可以分别得到每种伪码码长测量距离时的剩余码片数，利用剩余码片数可以准确得出当前所测距离的伪码总码片数。

3、本发明可根据实际距离的远近选择合适的伪码个数及长度，且测距精度与传统的伪码测距精度一致。相对于传统的测距，无需改变硬件设计，该测距算法与传统测距体制的硬件平台保持兼容，且无需系统提供距离预报或其他辅助措施即可实行远距离测距。

附图说明

图1是本发明实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明。

一种基于孙子定理距离解模糊的扩频测距方法。伪码测距通过测量双向空间内的总码片数C

本方法利用两个或两个以上伪码周期互为质数的伪码对卫星进行测距，需要测量的双向距离值为被除数，互为质数的伪码周期相当于除数，相应的会得到与之相对应的商及余数，由孙子定理可知，能满足所有等式要求的最小值即是需要测量的双向距离值，而该值小于所有除数的乘积，要准确测量实际距离值，必须使无模糊值大于实际测量值，即所有除数的乘积大于最大测量的双向距离值。

收发一体的基于孙子定理进行距离解模糊的扩频测距装置在程序的调度下分别对目标进行双向测距，可分别得到每次测量时的码片余数C

该方法特别适用于高轨同步卫星的距离测量或定轨业务。

该方法可应用于如图1所示的收发一体的基于孙子定理进行距离解模糊的扩频测距装置，该装置包括以下模块：

AD采样器1；载波频率发生器2；短码、载波捕获与跟踪单元3；伪码频率发生器4；伪码1发生器5；伪码2发生器6；伪码3发生器7；孙子定理解模糊模块8；距离解算9；伪码频率发生器10；伪码1发生器11；伪码2发生器12；伪码3发生器13；载波频率发生器14；DA转换器15。

该方法的工作流程如下：

参数初始化，根据实际选取合适的参数，确定种伪码周期m

取伪码码钟为f

本地伪码频率发生器产生伪码时钟，驱动三个伪码发生器生成三种长度的伪码序列，同时送给载波频率发生器产生本地中频单载波信号；

对三种伪码发生器产生的伪码进行求和后得到的序列对本地中频单载波进行相位调制，产生DA转换器产生扩频中频信号，上行混频器的模拟信号与扩频中频信号进行混频，产生射频上行信号通过天线发出；

卫星收到地面天线发出的上行射频信号后，经过卫星变频器变频转发后送回地面与地面下行本振进行混频，产生下行中频输入信号；

下行中频输入信号通过中频采样，数字下变频后经过捕获跟踪模块对信号进行解扩，得到三种伪码序列；

接收端得到的三种伪码与发射端的伪码进行比较，得到三种伪码测量时的余数C

利用孙子定理公式C

得到C

下面以某实际工程为例进行说明。

一种基于孙子定理距离解模糊的扩频测距方法，包括以下步骤：

(一)参数设计

参数初始化，根据系统信号带宽条件选取伪码码钟为f

取卫星可能最远距离约为200000km，距离测距工作原理就是测量发码和收码间的延时，因为延时是信号到达目标并返回的延时，所以码元个数

根据孙子定理互为质数条件设置三种伪码周期m

分别找出被m

(二)测距过程

本地伪码频率发生器10产生伪码时钟，驱动伪码1发生器11、伪码2发生器12、伪码3发生器13生成三种长度的伪码序列，同时送给载波频率发生器14产生本地中频单载波信号；

伪码1发生器11、伪码2发生器12、伪码3发生器13产生的伪码进行求和后得到的序列对载波频率发生器14产生的中频载波进行相位调制，产生扩频中频信号；

上行链路的上行锁相器利用参考本振时钟产生上行混频器的模拟信号，上行混频器的模拟信号与DA转换器15输出的扩频中频信号进行混频，产生射频上行信号通过天线发出。

卫星收到地面天线发出的上行射频信号后，经过卫星变频器变频转发后送回地面与地面下行本振进行混频，产生下行中频输入信号；

中频接收模块AD采样器1对下行中频输入信号进行中频采样，与本地载波频率发生器2产生的两路正交信号进行数字下变频，得到I、Q两路正交扩频信号COS和SIN；

设置初始的载波频率和伪码初相。调节载波频率发生器2的本振和伪码的时延，对信号进行能量检测，直至信号能量超过门限，信号的多谱勒和时延落入初始设置的捕获窗口，扩频信号得到解扩；

捕获到信号后，载波环和伪码环转入跟踪状态，分别对载波和伪码相位进行跟踪；

(三)距离解算

将接收端得到的三种伪码与发射端的伪码进行比较，得到三种伪码测量时的余数C

利用孙子定理公式C

得到C

通过以上步骤可完成目标距离的解算。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。