本科畢業(yè)論文：偽碼測距技術(shù)研究

1、偽碼測距技術(shù)研究摘要：隨著擴(kuò)頻通信技術(shù)的飛躍發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域愈發(fā)廣泛，這離不開它本身的優(yōu)點(diǎn)，信號的功率譜密度低、相鄰信道干擾小、保密性強(qiáng)且難以被截獲、可實(shí)現(xiàn)碼分多址等特點(diǎn)。擴(kuò)頻通信中的偽碼特有的測距能力周期長，具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)，采用CDMA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對多個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行測控，而且可以大大提高測距的精度。本文主要學(xué)習(xí)和研究了偽碼測距在衛(wèi)星測控系統(tǒng)中的理論基礎(chǔ)和一些應(yīng)用。介紹了傳統(tǒng)的測距方法：側(cè)音測距，提出偽碼測距的優(yōu)越性，相應(yīng)的介紹了其測距原理，和偽碼的產(chǎn)生以及擴(kuò)頻通信的相關(guān)知識，學(xué)習(xí)了m序列的性質(zhì)。重點(diǎn)研究了偽碼測距的快速捕獲、同步、跟蹤問題和測距精度的一些算法。就誤差分析中涉及到的多徑效

2、應(yīng)中產(chǎn)生的時(shí)延擴(kuò)展等問題進(jìn)行了仿真，得出時(shí)延擴(kuò)展越大，失真越嚴(yán)重，造成的誤差值越大。關(guān)鍵詞：偽碼測距；同步；捕獲 ；跟蹤；多徑效應(yīng)Research of pseudo-code rangingtechnology Abstract: With the rapid development of spread spectrum communications technology, making their applications become more widely used, is inseparable from its own advantages, such as low power s

3、pectral density of the signal, a small adjacent channel interference, promises secrecy and difficult to be intercepted, can achieve code division multiple access and other features. The pseudo-code spread spectrum communication peculiar ranging capability - long period, having a sharp autocorrelatio

4、n function, the CDMA techniques can be implement with several targets to be observed and controlled , and can greatly improve the accuracy of distance measurement. In this design, I have studied and researched the pseudo-code ranging theoretical foundation about the satellite monitoring system and s

5、ome applications. Whatmore , A traditional method was introduced: side-tone ranging, which compared with pseudo-code ranging. Pseudo-code had its superiority. Relevantly, I introduced the ranging principle, some knowledge about the spread spectrum communications, and studied the properties of pseudo

6、-code m. Focused on the rapid acquisition of pseudo-code ranging, synchronization, tracking problems and some algorithms of ranging accuracy. At last, some errors analysis was made, especially in delay spread problem about multipatheffect and did some simulations. concluding that more delay spreadin

7、g, more seriouserror caused by thedistortion.Key words: Pseudo-code ranging; Acquisition; Synchronization; Tracking; Multipath effect目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc375646604 1. 緒論 PAGEREF _Toc375646604 h 1 HYPERLINK l _Toc375646605 1.1 課題建立的背景和意義 PAGEREF _Toc375646605 h 1 HYPERLINK l _Toc375646

8、606 1.2 研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc375646606 h 1 HYPERLINK l _Toc375646607 2 .主要測距方法與相關(guān)性能比較 PAGEREF _Toc375646607 h 3 HYPERLINK l _Toc375646608 2.1 距離估算 PAGEREF _Toc375646608 h 3 HYPERLINK l _Toc375646609 2.2 側(cè)音測距 PAGEREF _Toc375646609 h 5 HYPERLINK l _Toc375646610 2.3 偽碼測距 PAGEREF _Toc375646610 h 6 HYPERLINK

9、 l _Toc375646611 2.3.1 偽碼測距原理 PAGEREF _Toc375646611 h 6 HYPERLINK l _Toc375646612 2.3.2 幀測距 PAGEREF _Toc375646612 h 7 HYPERLINK l _Toc375646613 2.3.3 快捕碼的產(chǎn)生（JPL碼） PAGEREF _Toc375646613 h 8 HYPERLINK l _Toc375646614 2.4 偽碼調(diào)相測距 PAGEREF _Toc375646614 h 10 HYPERLINK l _Toc375646615 2.4.1 調(diào)相測距工作原理 PAGERE

10、F _Toc375646615 h 10 HYPERLINK l _Toc375646616 2.4.2 m序列的主要性質(zhì)介紹 PAGEREF _Toc375646616 h 11 HYPERLINK l _Toc375646617 3 .偽碼測距關(guān)鍵技術(shù) PAGEREF _Toc375646617 h 16 HYPERLINK l _Toc375646618 3.1 擴(kuò)頻通信理論 PAGEREF _Toc375646618 h 16 HYPERLINK l _Toc375646619 3.1.1 擴(kuò)頻基礎(chǔ) PAGEREF _Toc375646619 h 16 HYPERLINK l _Toc

11、375646620 3.1.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型 PAGEREF _Toc375646620 h 17 HYPERLINK l _Toc375646621 3.1.3 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo) PAGEREF _Toc375646621 h 17 HYPERLINK l _Toc375646622 3.2 擴(kuò)頻系統(tǒng)的偽隨機(jī)碼序列 PAGEREF _Toc375646622 h 18 HYPERLINK l _Toc375646623 3.3 擴(kuò)頻測控系統(tǒng)信號設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc375646623 h 19 HYPERLINK l _Toc375646624 3.4 擴(kuò)頻測距方案 PAG

12、EREF _Toc375646624 h 20 HYPERLINK l _Toc375646625 3.4.1 再生式偽碼測距 PAGEREF _Toc375646625 h 20 HYPERLINK l _Toc375646626 3.4.2 透明傳輸偽碼測距 PAGEREF _Toc375646626 h 21 HYPERLINK l _Toc375646627 3.5 擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的數(shù)字化 PAGEREF _Toc375646627 h 21 HYPERLINK l _Toc375646628 3.5.1 短碼捕獲 PAGEREF _Toc375646628 h 22 HYPERLINK

13、l _Toc375646629 3.5.2 測距長碼的同步 PAGEREF _Toc375646629 h 23 HYPERLINK l _Toc375646630 3.6 測距方法的改進(jìn)雙向測距法 PAGEREF _Toc375646630 h 24 HYPERLINK l _Toc375646631 4. 偽碼測距算法研究 PAGEREF _Toc375646631 h 25 HYPERLINK l _Toc375646632 4.1 算法的簡要系統(tǒng)描述 PAGEREF _Toc375646632 h 25 HYPERLINK l _Toc375646633 4.2 鎖相環(huán)基本原理 PAG

14、EREF _Toc375646633 h 25 HYPERLINK l _Toc375646634 4.3 數(shù)字延遲鎖定跟蹤環(huán) PAGEREF _Toc375646634 h 27 HYPERLINK l _Toc375646635 4.4 跟蹤算法 PAGEREF _Toc375646635 h 27 HYPERLINK l _Toc375646636 5. 偽碼同步跟蹤及快速捕獲技術(shù) PAGEREF _Toc375646636 h 30 HYPERLINK l _Toc375646637 5.1 系統(tǒng)的同步問題 PAGEREF _Toc375646637 h 30 HYPERLINK l

15、_Toc375646638 5.1.1 粗同步（捕獲） PAGEREF _Toc375646638 h 30 HYPERLINK l _Toc375646639 5.1.2 細(xì)同步（跟蹤） PAGEREF _Toc375646639 h 33 HYPERLINK l _Toc375646640 5.2 偽碼的捕獲 PAGEREF _Toc375646640 h 36 HYPERLINK l _Toc375646641 5.2.1 滑動相關(guān)捕獲法 PAGEREF _Toc375646641 h 37 HYPERLINK l _Toc375646642 5.2.2 匹配濾波捕獲法 PAGEREF

16、_Toc375646642 h 38 HYPERLINK l _Toc375646643 5.3 偽隨機(jī)碼的跟蹤 PAGEREF _Toc375646643 h 39 HYPERLINK l _Toc375646644 5.3.1 偽隨機(jī)碼的同步跟蹤原理 PAGEREF _Toc375646644 h 39 HYPERLINK l _Toc375646645 5.3.2 常用跟蹤環(huán)路 PAGEREF _Toc375646645 h 40 HYPERLINK l _Toc375646646 5.4 偽碼測距的誤差分析 PAGEREF _Toc375646646 h 40 HYPERLINK l

17、_Toc375646647 5.4.1 應(yīng)答機(jī)的測量誤差 PAGEREF _Toc375646647 h 41 HYPERLINK l _Toc375646648 5.4.2 多徑效應(yīng)及相應(yīng)仿真 PAGEREF _Toc375646648 h 41 HYPERLINK l _Toc375646649 5.4.3 碼跟蹤環(huán)隨機(jī)抖動誤差 PAGEREF _Toc375646649 h 46 HYPERLINK l _Toc375646650 6. 偽碼測距的應(yīng)用 PAGEREF _Toc375646650 h 47 HYPERLINK l _Toc375646651 6.1 時(shí)間同步 PAGERE

18、F _Toc375646651 h 47 HYPERLINK l _Toc375646652 6.2 故障檢測 PAGEREF _Toc375646652 h 47 HYPERLINK l _Toc375646653 結(jié)論 PAGEREF _Toc375646653 h 49 HYPERLINK l _Toc375646654 附錄一 PAGEREF _Toc375646654 h 50 HYPERLINK l _Toc375646655 附錄二 PAGEREF _Toc375646655 h 51 HYPERLINK l _Toc375646656 附錄三 PAGEREF _Toc37564

19、6656 h 53 HYPERLINK l _Toc375646657 附錄四 PAGEREF _Toc375646657 h 55 HYPERLINK l _Toc375646659 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc375646659 h 57 HYPERLINK l _Toc375646660 致謝 PAGEREF _Toc375646660 h 591 緒論1.1 課題建立的背景和意義擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是將基帶信號（即信息）的頻譜擴(kuò)展至很寬的頻帶上，然后再進(jìn)行傳輸?shù)囊环N系統(tǒng)。眾所周知，擴(kuò)頻通信技術(shù)是建立在Claude E.Shannon的信息論基礎(chǔ)上的，屬于噪聲通信，率先應(yīng)用于國防軍事中

20、。隨著CDMA擴(kuò)頻技術(shù)在民用移動通信系統(tǒng)的不斷深入，以及在衛(wèi)星的深空通信、武器制導(dǎo)、GPS定位系統(tǒng)等國防軍事系統(tǒng)。上個(gè)世紀(jì)50年代，伍德華特發(fā)現(xiàn)：在雷達(dá)測距和測速中，采用近似白噪聲的信號，其測量帶來的誤差最小，擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展由此拉開了帷幕。相繼之后，美國的麻省理工學(xué)院成功的研究了NOMSC系統(tǒng)（noise modulation and correlation system）后，就成為擴(kuò)頻通信研究發(fā)展的開端，從此，軍事通信部門對軍事方面的通信、衛(wèi)星偵察、空間探測、導(dǎo)彈的制導(dǎo)等方面廣泛應(yīng)用擴(kuò)頻通信方式的研究就十分活躍了1。隨著通信技術(shù)，超大規(guī)模集成電路以及計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及擴(kuò)頻通

21、信理論的不斷深入和研究，擴(kuò)頻技術(shù)已經(jīng)不斷的從軍事向民用成熟起來，目前應(yīng)用廣泛的3G技術(shù)以及現(xiàn)在的LTE（也就是4G）2，取代了以前的2G，成為當(dāng)代通信的核心內(nèi)容。再向軍事和衛(wèi)星測控方面的導(dǎo)航和定位，擴(kuò)頻測距的引入，為全球提供的民用定位和精確定位服務(wù)，無論是在生活上，還是經(jīng)濟(jì)上，甚至是軍事上都產(chǎn)生了重大影響。傳統(tǒng)的統(tǒng)一載波測控體制只能對單一目標(biāo)進(jìn)行定位，不易實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的同時(shí)定位，而由于擴(kuò)頻系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)頻系統(tǒng)的多址性，可以很容易地實(shí)現(xiàn)對多個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行定位。不僅提高了效率，同時(shí)，在測距和定位的精度上也有了一定的突破。本論文正是基于擴(kuò)頻系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)，對偽碼測距方法和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。分析

22、比較了偽碼測距技術(shù)與傳統(tǒng)測距技術(shù)的優(yōu)劣，以及偽碼測距在實(shí)際生活中的應(yīng)用。1.2 研究現(xiàn)狀蘇聯(lián)的第一顆人造衛(wèi)星的成功入軌，標(biāo)志著人類的空間探索技術(shù)迎來了另一個(gè)春天。各大航天大國也爭先恐后的將衛(wèi)星成功送入太空。第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)美國海軍導(dǎo)航定位系統(tǒng)（NNSS），又被稱為子午儀系統(tǒng)。 相繼，民用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也由歐洲空間局提出。Navsat （衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃） ，美國的GPS系統(tǒng)，全天候無源定位，就是利用了擴(kuò)頻測距原理，定位精度高，速度快。它屬于被動式的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，用戶無需發(fā)射請求信號即可定位。鑒于其優(yōu)點(diǎn)，各大國徑向爭逐，圍繞GPS的干擾和反干擾特性、信號的快速捕獲和快速跟蹤等方面進(jìn)行廣泛的研究。衛(wèi)

23、星測控系統(tǒng)可以分為兩種：第一，衛(wèi)星間的互相測量，地面上只需要少許的定位支持，衛(wèi)星自主校正定位。第二，依靠地面的測量控制設(shè)備對衛(wèi)星進(jìn)行定位，然后將定位數(shù)據(jù)傳輸給衛(wèi)星，使衛(wèi)星知道自己所處的位置。目覽世界航天大國的科技成果，我國在不依靠國外的衛(wèi)星來跟蹤定位的話，仍只能依靠地面的基站來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位，而由于基站數(shù)目和地域的限制，不能進(jìn)行全球性的定位，存在一定的缺點(diǎn)和局限性，主要采用側(cè)音測距，其應(yīng)用技術(shù)還不廣泛，所以，對偽碼測距、衛(wèi)星定位研究的有著重要的意義。值得肯定的是，隨著近年來神九神十的發(fā)射，標(biāo)志著中國已經(jīng)足夠掌握了空間的對接技術(shù)。這也意味著我國對于定位和精度的測量有了卓越的進(jìn)步和發(fā)展。本文對偽碼測

24、距進(jìn)行了一定的理論研究。著重針對偽碼的捕獲和算法進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究。2 主要測距方法與相關(guān)性能比較本章主要介紹了測距相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，主要有衛(wèi)星測控系統(tǒng)中傳統(tǒng)的側(cè)音測距、偽碼測距、偵測距等測距方法，對用于偽碼測距中的復(fù)合碼JPL碼的產(chǎn)生原理等作了相應(yīng)的研究。2.1 距離估算測距原理：測距系統(tǒng)發(fā)射機(jī)發(fā)射一個(gè)測距信號，經(jīng)過傳輸后，接收機(jī)接收測距回波信號，當(dāng)然期間此信號會受到一定噪聲的干擾和時(shí)延等帶來的誤差，那么之間會造成相對時(shí)延，可以利用時(shí)延來計(jì)算出距離： (2-1)其中為光速。（估算距離：在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，從目標(biāo)返回來的回波信號總是會受到噪聲的干擾，所以測出發(fā)射信號與回波信號之間的真實(shí)時(shí)延是很困難的

25、，只能得到時(shí)延的一個(gè)估計(jì)值，如何將估計(jì)值最大可能的接近真實(shí)值，提出一個(gè)新的的概念：最優(yōu)估值。 設(shè)從發(fā)射端發(fā)出的信號為，產(chǎn)生的回波延時(shí)為，與距離的關(guān)系是。假定是一隨機(jī)變量，在(0,)之間服從均勻分布。接收到的信號為 （2-2）最優(yōu)距離估計(jì)準(zhǔn)則以選取最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則為參考，對于給定的,應(yīng)使的后驗(yàn)概率為最大。若發(fā)射信號所受干擾是單邊譜密度為的加性高斯白噪聲信號，那么后驗(yàn)概率的計(jì)算等效于求互相關(guān)函數(shù)3: （2-3）由式（2-3）可得，使最大，就可以選擇最優(yōu)估計(jì)器，理所當(dāng)然，值就可以作為估計(jì)值。 上面介紹的是考慮接收到的信號存在噪聲污染，那么當(dāng)信號不存在噪聲污染時(shí)，相應(yīng)的函數(shù)在處會出現(xiàn)峰值情況，于是通過

26、對峰值的分析便可得到延遲的精確測量。還有一種情況，當(dāng)信號源與目標(biāo)的相對移動和噪聲污染同時(shí)存在時(shí)，可以猜測一下，得到的的峰值將會偏離無噪聲時(shí)的所對應(yīng)的位置，這時(shí)候會在的測量中引入誤差。鑒于這種情況，我們定義，為距離的時(shí)延誤差。距離測量精度便可用隨機(jī)變量的各階矩表示。假定接收的信號為： （2-4）將式（2-3）代入式(2-2)，用信號的自相關(guān)函數(shù)和信號與噪聲的互相關(guān)函數(shù)來表示則有： （2-5）其中 （2-6） （2-7）設(shè)信號能量與噪聲功率譜密度之比為： （2-8）其中為信號的平均能量。 假設(shè)很大，可以證明距離時(shí)延誤差的一階和二階矩近似表示成： （2-9） （2-10）其中是測距信號的有效帶寬3：

27、 （2-11） 而 (2-12) 根據(jù)以上討論，為了提高測距的精度，測距信號應(yīng)滿足以下的性質(zhì):在相同信號能量的條件下，用來測量距離信號的有效帶寬值設(shè)的越大越好。越大，那么測距方差就會越小。在附近，測距信號的自相關(guān)函數(shù)應(yīng)盡可能的具有比較大的尖峰值，可以減小噪聲的污染，用表達(dá)式表示即為：。確定這一性質(zhì)將在提高測距信號的檢測度和測距分辨率方面帶來好處。在有噪聲污染時(shí)，在時(shí)，自相關(guān)函數(shù)的值不等于真實(shí)的延遲處的值。存在一定的誤差，要指明偏離的值，使得趨近位于處的峰值。這一性質(zhì)有利于測距信號的快速捕獲。2.2 側(cè)音測距我國現(xiàn)有的衛(wèi)星測控，仍主要采用側(cè)音測距來實(shí)現(xiàn)。主要是由于側(cè)音測距的技術(shù)成熟簡單，測距精度

28、較高。所謂“側(cè)音”，就是一單頻正弦波，如： （2-13）把頻率為的側(cè)音作為基帶信號調(diào)制到載波上發(fā)射出去，經(jīng)目標(biāo)轉(zhuǎn)發(fā)后經(jīng)接收端進(jìn)行解調(diào)，此接收的側(cè)音信號相對于發(fā)射信號在相位上延遲了，即有相位差。設(shè)發(fā)射點(diǎn)距離目標(biāo)接收點(diǎn)之間的距離為，即： （2-14）式中，是發(fā)射機(jī)與目標(biāo)間的距離，是接收機(jī)與目標(biāo)間的距離。若收發(fā)端共用天線，則有： (2-15) 于是： (2-16)即只要測得相位差，就可得知目標(biāo)距離R。 通常用一組側(cè)音來滿足測距的精度和無距離模糊問題，其中最高頻率側(cè)音滿足測距精度。通過上面簡短的算法分析，側(cè)音測距的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡單，捕獲時(shí)間短，距離的分辨率較高，可以滿足單顆衛(wèi)星的測距要求，但也存在一定的

29、缺陷，無法與直接序列的擴(kuò)頻信號相容。解距離模糊問題的過程復(fù)雜，當(dāng)距離很遠(yuǎn)時(shí)，最低側(cè)音頻率將過低，而產(chǎn)生最高頻率的側(cè)音才能滿足測距的精度。2.3 偽碼測距2.3.1 偽碼測距原理偽碼的概念：偽碼就是用常規(guī)語言或文字符號(即非編程語言寫的)代碼算法。偽碼又稱為偽代碼，也稱虛擬代碼。是高層次描述算法的一種方法。它不是一種現(xiàn)實(shí)存在的編程語言，它可能會綜合使用多種編程語言中的語法、保留字，甚至?xí)玫阶匀徽Z言。常用的偽碼序列有： m序列、M序列、R-S序列、Walsh序列和Gold序列等。偽碼測距的原理：測距的方式有很多種，例如用激光，超聲波，雷達(dá)等等。測距的兩個(gè)重要指標(biāo)是距離模糊度和測距精度，而利用偽碼

30、測距技術(shù)可以很好地達(dá)到測量距離遠(yuǎn)、測量精度高的效果。偽碼測距的基本原理是利用電磁波在空間以某一有限的速度傳播，并且當(dāng)它通過均勻的煤質(zhì)傳播時(shí)，其傳播距離會隨著傳播的相位作線性變化。主要是用到m序列的相關(guān)性。在發(fā)送端將偽隨機(jī)碼（m序列）對載波進(jìn)行相位調(diào)制，然后經(jīng)天線將此序列發(fā)送給目標(biāo)，到達(dá)目標(biāo)時(shí)會由目標(biāo)反射回來的電波經(jīng)接收機(jī)捕獲，從而恢復(fù)出m序列。通過相位的調(diào)整，使恢復(fù)出來的m序列同步跟蹤接收到的信號。這時(shí)，利用比較器來對收發(fā)端的兩個(gè)m序列進(jìn)行比較，會出現(xiàn)一定的相位差（即時(shí)延差），利用時(shí)延差來算出目標(biāo)距離。期間會存在距離的模糊問題，為了使距離不模糊，需要使m序列周期大于被測距離的兩倍。根據(jù)被測最大

31、可能距離，就可得出所需m序列的周期T： （2-17） 其中：，n是生成m序列的移位寄存器的級數(shù)；T表示m序列碼碼元的寬度。偽隨機(jī)碼信號的周期設(shè)置得越長，得到的相關(guān)特性越尖銳，那么相應(yīng)的測距抗干擾能力越強(qiáng)，測距精度就會提高，所以測量的距離也會大大增加。偽碼跟蹤精度和偽碼時(shí)鐘共同決定偽碼測距的精確度，假定偽碼的碼片是跟蹤精度為的20倍，在碼鐘為3MHZ的情況下，測距精度可達(dá)5m。其原理圖如圖2-1所示。圖2-1 偽碼測距的原理框圖2.3.2 幀測距隨著技術(shù)的飛躍發(fā)展，目前又研究出另一種新的測距的方式：擴(kuò)頻信息幀測距。它的主要原理是利用高速傳輸?shù)牡膫未a對信息進(jìn)行擴(kuò)頻，通過提高偽碼的碼片速率來提高測距

32、的精度，通過增加信息幀的長度來解決測距的模糊問題。偽碼的一個(gè)信息位內(nèi)補(bǔ)充一個(gè)偽碼周期，而每一幀信息內(nèi)，利用幀同步作為測距標(biāo)志信息。其原理圖如圖2-2所示。圖2-2 偽碼擴(kuò)頻信息幀測距的原理圖2.3.3 快捕碼的產(chǎn)生（JPL碼）在要求測量遠(yuǎn)距離、高精度、捕獲速度快的情況下，對于m序列、Gold序列等常規(guī)序列，由于捕獲時(shí)間長，所以要求偽碼的捕獲不是很理想。而快捕碼（JPL碼），一種周很長，同步捕獲很快，測量的精度高，碼速率高小的組合碼，其構(gòu)造特性非常適合于遠(yuǎn)距離測距，并且它的周期可以任意設(shè)置得很長。下面介紹JPL碼的構(gòu)造原理，及其性能優(yōu)點(diǎn)。JPL碼產(chǎn)生法與GOLD碼相似，均由m序列復(fù)合而成。原理圖

33、如圖2-3所示。圖2-3 JPL碼產(chǎn)生原理框圖應(yīng)用的構(gòu)造原理：用n個(gè)短碼模二加組成復(fù)合碼，要求這n個(gè)短碼的周期要互補(bǔ)。這里假定n等于3，假定有三個(gè)長度分別為、且三個(gè)互質(zhì)，經(jīng)過模二加后，則產(chǎn)生的JPL碼周期長達(dá)。與Gold碼相比，JPL碼的子碼長度要求互補(bǔ)。而Gold碼則為同族的兩個(gè)長度相同的m序列模二和。下面以周期，的短碼m序列和構(gòu)成的JPL碼為例，闡述具體捕獲過程。設(shè)： 經(jīng)模二加構(gòu)成復(fù)合碼，其周期長度。 = =000111101000000101001111111001 =110101010001011001100001101110 =1111101101001010110110001100

34、10 =010000100011100它的捕獲次數(shù)最多只要次試探，因?yàn)槟６偷膹?fù)合碼自相關(guān)函數(shù)為： （2-18）其中，為復(fù)合碼的周期。碼序列和的自相關(guān)函數(shù)分別為和：由于初始捕獲時(shí)收發(fā)碼相位不一致，得到的復(fù)合碼相關(guān)值最小，即：將本地復(fù)合碼的子碼的相位固定不變，變換子碼的相位，最多經(jīng)7次試探，相關(guān)值就可得到的最大值，此時(shí)復(fù)合碼的自相關(guān)函數(shù)為： = =然后將子碼的相位固定不變，改變子碼的相位，同樣的最多進(jìn)行15次試探，相關(guān)值就可得到的最大值，那么得到的復(fù)合碼的自相關(guān)函數(shù)為： =1*1 =1此式表明本地復(fù)合碼已經(jīng)同步于接收信號。JPL碼接收捕獲過程如下：以包含兩個(gè)分碼為例。先用一個(gè)分碼與組合碼互相關(guān)，

35、一旦一個(gè)分碼與嵌在組合碼中的它的對應(yīng)的分碼實(shí)現(xiàn)同步時(shí)，就會使互相關(guān)值超過一定的門限，然后開始第二個(gè)分碼的捕獲。需要強(qiáng)調(diào)的是，JPL碼的快捕實(shí)現(xiàn)是在信噪比較高時(shí)實(shí)現(xiàn)的。JPL碼的捕獲時(shí)間很短，JPL碼的用途之一就是用于擴(kuò)頻碼的快捕。2.4 偽碼調(diào)相測距2.4.1 調(diào)相測距工作原理圖2-4 偽隨機(jī)碼的調(diào)相測距系統(tǒng)原理圖此系統(tǒng)的工作原理為：由圖2-4可知，本地m序列發(fā)生器的作用是：一，產(chǎn)生一定長度的偽隨機(jī)序列，然后將此序列對載波進(jìn)行（0，）調(diào)相，再通過發(fā)射機(jī)發(fā)射出去。二，將本地m序列發(fā)生器產(chǎn)生本地序列與接收到的序列進(jìn)行比較，解調(diào)后的回波信號經(jīng)過同步處理，調(diào)整本地碼的相位，會產(chǎn)生一定的時(shí)延，則通過時(shí)延

36、值就可計(jì)算出與目標(biāo)之間的距離。主要在于調(diào)相器的調(diào)相。 設(shè)本地m序列信號為(m的取值為0或1)： （2-19） 發(fā)射信號為： （2-20）接收信號為： （2-21）其中，為接收機(jī)處理后的信號幅度；為多普勒信號角頻率；為反射信號延遲時(shí)間。經(jīng)過一定的傳輸后得到的解調(diào)信號為： (2-22)其中，是解調(diào)后的信號幅度，為本地m序列的同構(gòu)信號，其值為1或-1。偽碼的調(diào)相測距具有時(shí)間反應(yīng)快，能夠通過迅速的識別來捕獲目標(biāo)并連續(xù)跟蹤，對于遠(yuǎn)距離目標(biāo)，能夠高分辨率，高精度的測量，具有較強(qiáng)的抗干擾性能等優(yōu)點(diǎn)，因此，在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中具有一定的可靠性。主要的特點(diǎn)有：1）采用二進(jìn)制的調(diào)相技術(shù)，使接收信號具有最小錯(cuò)誤概率、最

37、小比特差錯(cuò)率；2） 調(diào)相擴(kuò)頻技術(shù)可以提高測距的精度，實(shí)現(xiàn)高分辨率、另外還可以實(shí)現(xiàn)對移動目標(biāo)的測量； 3）具有良好的抗窄帶干擾能力； 4）如果發(fā)射的信號時(shí)連續(xù)波的信號，么可以較好地利用發(fā)射機(jī)的功率，通過天線的傳輸，到達(dá)接收端； 2.4.2 m序列的主要性質(zhì)介紹m序列是最長線性移位寄存器的簡稱。產(chǎn)生序列的寄存器稱為多級串行移位寄存器，如果n是移位寄存器的級數(shù)，n級移位寄存器有2n狀態(tài)，狀態(tài)0完全除外剩余2n-1的狀態(tài)，因此編碼序列的最大長度可以產(chǎn)生的碼序列有2n-1位。m序列生成的線性反饋移位寄存器被稱為最長的線性移位寄存器。均衡性在m 序列的一個(gè)周期內(nèi)，“1”和“0”的數(shù)目基本保持一致。準(zhǔn)確的說

38、，“1”的個(gè)數(shù)為2n-1，“0”的個(gè)數(shù)為2n-1-1；游程分布所謂的游程就是，在一個(gè)序列中，連續(xù)出現(xiàn)的相同碼稱為一個(gè)游程，將連續(xù)出現(xiàn)的碼的個(gè)數(shù)稱為游程的長度4。在m序列中，游程數(shù)為2n-1個(gè)，其中長度為1的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/2；長度為2的游程數(shù)占總游程數(shù)的1/4；長度為3的游程數(shù)占占總游程數(shù)的1/8；以此類推，長度為k的游程數(shù)的占總游程數(shù)的2-k，其中1kn-2. 而且在長度為k的游程中（1kn-2）,其中最長的一個(gè)游程是n個(gè)連1碼，次長的游程是n-1個(gè)連0碼。同樣長度的0游程和1游程的個(gè)數(shù)相等，短游程的個(gè)數(shù)比長游程的個(gè)數(shù)多，而游程總數(shù)是2n-1。移位相加性一個(gè)m序列與該序列的任意位相移后

39、的序列模2加后仍為具有某種相移的該m序列5；例如an與其經(jīng)遲延移位產(chǎn)生的另一個(gè)不同序列an+m模2加，得到的仍然是an的某次遲延移位序列an+k,即an+an+m=an+k；周期性由n級移位寄存器產(chǎn)生的m序列，其周期T為2n-1；例如若由3級移位寄存器產(chǎn)生的m序列，其周期為7；偽隨機(jī)性如果對一正態(tài)分布白噪聲取樣，若取樣值正記為“+”，取樣值負(fù)記為“”，則將每次取樣所得極性排列成序列，可以寫成 + + - + - - + - - - + - + - - + + + - - 這是一個(gè)隨機(jī)系列，它具有如下基本性質(zhì)：1）n級移位寄存器輸出的各種狀態(tài)（全0除外）都在m序列的一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)，而且只出現(xiàn)一次

40、，m序列中“1”和“0”的出現(xiàn)的概率大致相同。序列中“+”和“”的出現(xiàn)概率相等。2）在長度為k的游程中，“+”游程和“”游程約各占一半。3）由于白噪聲的功率譜在很寬的頻帶內(nèi)是均勻且為常數(shù)，其自相關(guān)函數(shù)為一沖擊函數(shù)。另外還具有以下性質(zhì)：（6） m序列的自相關(guān)函數(shù)是周期性的，具有雙極電平6。設(shè)在長為n的編碼中，只取碼元為+l、-1，將碼組和自身相移后，得到的碼組與其之間的自相關(guān)系數(shù)定義為： （2-23）由m序列的性質(zhì)，移位相加后還是m序列，因此0的個(gè)數(shù)比1的個(gè)數(shù)少1個(gè)3。所以自相關(guān)函數(shù)定義為： ，j=0 （2-24）其中，= 1,2,p-1, p=2n-1m序列的自相關(guān)函數(shù)如圖2-5所示，函數(shù)值只

41、有兩個(gè)(1和)。在擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中，它是很容易判斷確定本地產(chǎn)生的相同信號和收到的信號之間生成的信號波形和相位之間是否是完全保持一致。出現(xiàn)的自相關(guān)峰在t0處，自相關(guān)函數(shù)在（表示脈沖寬圖2-5 m序列的自相關(guān)函數(shù)度）范圍內(nèi)呈現(xiàn)三角形狀。對于其他的延遲所得到的自相關(guān)函數(shù)值為，就是偽碼碼長的倒數(shù)取負(fù)值7。（7）m序列的相關(guān)性及功率譜信號的自相關(guān)函數(shù)和功率譜之間形成一傅里葉變換對，即 （2-25）由于m序列的自相關(guān)函數(shù)是周期性的，則對應(yīng)的頻譜是離散的。自相關(guān)函數(shù)的波形是三角波，對應(yīng)的離散譜的包絡(luò)為Sa2(x)。由此可得m序列的功率譜G()為 （2-26）圖2-6給出G()的頻譜圖，Tc為偽碼chip的持續(xù)

42、時(shí)間。 圖2-6 m序列的頻譜圖由此可以得出：1) 自相關(guān)函數(shù)為周期性的，其功率譜為離散譜，譜線之間的間隔為;2) 功率譜的包絡(luò)為Sa2()，每個(gè)分量的功率與周期N成反比；3) 帶寬是通過碼元的寬度確定，的取值越小，碼元就具有越高的符號速率，那么帶寬就越寬；4) 直流分量與成反比，N越大，直流分量的值越小，那么載漏越??；5) 第一個(gè)零點(diǎn)出現(xiàn)在；6) 將m序列的長度N增加，減小碼元的寬度，會使頻譜的譜線加密，譜密度降低，更接近于理想噪聲特性。（8）偽噪聲特性：由于m序列的均衡性、游程分布、自相關(guān)特性和功率譜與隨機(jī)序列的基本性質(zhì)很相似，所以m序列分布無規(guī)律，通常認(rèn)為序列屬于偽隨機(jī)序列，它具有良好的

43、自相關(guān)性，是一種具有類似于隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性的序列，具有與白噪聲相似的偽隨機(jī)特性，具有接近正態(tài)分布的的功率譜密度函數(shù)。這樣做的目的是將信號淹沒在噪聲里面，使敵方提取不到藏在噪聲里的有用信號，這樣使得在保密方面具有一定的好處。3 偽碼測距關(guān)鍵技術(shù)3.1 擴(kuò)頻通信理論3.1.1 擴(kuò)頻基礎(chǔ)由于擴(kuò)頻通信的抗干擾性能，它廣泛應(yīng)用于CDMA移動通信中，軍事通信、民用通信與宇宙通信。擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)是信道容量定理，其關(guān)系式為： (3-1)其中，C為信道容量，W為帶寬，為信噪比。在C一定的條件下，增加帶寬W可降低信噪比。引出擴(kuò)頻因子： （3-2）為碼速，單位為：，其中為碼元的寬度。1，越大擴(kuò)頻信號的抗干

44、擾性能就越強(qiáng)。由于帶寬和信噪比可以相互轉(zhuǎn)換，宇宙通信信號的強(qiáng)度很弱，用降低數(shù)碼速率來提高擴(kuò)頻因子來提高可靠性。來換句話說，相同誤碼率的情況下，擴(kuò)頻系統(tǒng)中的信噪比越低得到的越大。人們總是設(shè)法使信號占盡量窄的頻譜，以充分利用十分寶貴的頻譜資源。擴(kuò)頻通信的頻帶很寬，在很寬的頻帶范圍內(nèi)施放干擾信號，來使干擾的功率分散。而擴(kuò)頻通信的明顯的基本特點(diǎn)，是傳輸信號所占用的頻帶寬度(W)遠(yuǎn)大于原始信息本身實(shí)際所需的最小(有效)帶寬(DF)，其比值稱為處理增益: （3-3） 為了充分利用有限的頻率資源，增加通路的數(shù)目，采用頻帶比較寬的信道(比如像同軸電纜、微波和現(xiàn)在用的光纖等)，以及一些壓縮頻帶等不同調(diào)制方式，使

45、傳輸?shù)男盘栐趥鬏數(shù)拿浇橹斜M量占用比較窄的帶寬。現(xiàn)如今使用的電話、廣播系統(tǒng)，他們當(dāng)中無論是采用調(diào)幅、調(diào)頻還是脈沖編碼調(diào)制制式，值一般都在十多倍范圍內(nèi)，像這樣的都統(tǒng)稱為“窄帶通信”。而所謂的擴(kuò)頻通信中的值，可高達(dá)數(shù)百乃至上千，這種就被稱為稱為“寬帶通信” 8。 3.1.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型如圖3-1所示。圖3-1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型具體過程：與一般通信系統(tǒng)相比，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。在發(fā)送端輸入的信息先經(jīng)調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制形成數(shù)字信號，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列（即偽隨機(jī)序列，常見的有m序列）去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜，展寬后的信號再經(jīng)調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收

46、端收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。再經(jīng)信息解調(diào)、恢復(fù)成原始信息輸出。射頻調(diào)制常采用頻移鍵控或移相鍵控。射頻鍵控經(jīng)常用到的是PSK。擴(kuò)頻碼對高頻信號相位進(jìn)行控制，此時(shí)，擴(kuò)頻通信業(yè)稱為直接序列擴(kuò)頻（DS）。另外一種，射頻調(diào)制若采用FSK調(diào)制，此時(shí)擴(kuò)頻通信稱為跳頻（FH）。由此可見，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)般都要進(jìn)行三次調(diào)制和解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)，最后得到所傳送的信息。 3.1.3 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的兩個(gè)重要性能指標(biāo)是處理增益和抗干擾容限。擴(kuò)頻增益(Spreadin

47、g Gain)是處理增益G的另一個(gè)名稱，它表示由于擴(kuò)展了發(fā)送信號的帶寬而獲得的抗干擾能力的增強(qiáng)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：是帶寬擴(kuò)展因子，或等價(jià)于數(shù)據(jù)比特內(nèi)的碼片數(shù)，它表示為一個(gè)數(shù)據(jù)碼元內(nèi)，擴(kuò)頻碼的個(gè)數(shù)。從物理的解調(diào)過程中可理解為能力的增強(qiáng)是因?yàn)閿U(kuò)頻碼解調(diào)時(shí)應(yīng)用了相關(guān)（相乘），噪聲不是相關(guān)的，所以相關(guān)后是功率相加，而信號是相關(guān)的，其相關(guān)器的輸出時(shí)幅度的增加，是其輸出的信噪比的增加值正好等于擴(kuò)頻因子。在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，接收機(jī)對接收到的信息作擴(kuò)頻解調(diào)后，只提取其中相關(guān)處理后的帶寬為DF的信息，將寬頻帶W中的噪聲干擾排除掉、以及消除其地用戶帶來的影響。由此可以知道，處理增益G可以就擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比的改善程度

48、作出反映。干擾容限（jamming margin）是滿足指定的差錯(cuò)概率的要求下，人為的干擾功率比允許的最大值（即的最大值 ，為窄帶干擾的總功率，為信號的平均功率）。例如, 假設(shè)一個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益為35dB要求誤碼率小于l05的信息數(shù)據(jù)解調(diào)的最小的輸出信噪比()out 10 dB，系統(tǒng)損耗Ls3dB，則干擾容限35 (10 +3) 22dB 。這意味著，該系統(tǒng)能在干擾輸入功率電平比擴(kuò)頻信號功率電平高22dB的范圍內(nèi)正常工作，也就是該系統(tǒng)能夠在接收輸入信噪比大于或等于22dB的環(huán)境下正常工作9。此干擾容限是在未編碼的DS系統(tǒng)下獲得的，還可以利用編碼的來增加此容限，達(dá)到目的。3.2 擴(kuò)頻系統(tǒng)的偽

49、隨機(jī)碼序列擴(kuò)頻系統(tǒng)中的偽隨機(jī)序列有很多種，如：m序列，Gold序列，L序列，霍爾序列，常用的有：m序列，Gold序列。這里主要介紹m序列和Gold序列。首先，研究m序列的自相關(guān)函數(shù)。從第2章圖2-5中可以看出m序列具有尖銳的自相關(guān)特性，出現(xiàn)大的尖峰。偽碼測距應(yīng)用的就是此原理。此特性利于測距信號檢測時(shí)延值，將噪聲干擾與原始信號區(qū)別開，從而得到較高的距離分辨率。 但m序列的數(shù)量相對較少，很難滿足作為系統(tǒng)地址碼的要求。Gold序列不僅繼承了m序列的很多優(yōu)點(diǎn)，可用的碼條數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m序列，其周期長，偽隨機(jī)性好，能實(shí)現(xiàn)碼分多址，不易被敵方發(fā)覺等特性。Gold序列碼的產(chǎn)生是基于m序列優(yōu)選對。在m序列中，其互

50、相關(guān)函數(shù)最大值的絕對值最接近或達(dá)到互相關(guān)值下限（最小值）的一對m序列。Gold碼是m序列的組合碼，是由兩個(gè)長度相同、速率相同，但碼字不同的m序列優(yōu)選對模二加后得到的，具有良好的自、互相關(guān)性，且地址碼數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m序列。Gold序列具有良好的自相關(guān)性和互相關(guān)性，其自、互相關(guān)函數(shù)值分別為： 其中 （3-4）自相關(guān)函數(shù)R(t)在t=0時(shí)具有尖銳的自相關(guān)峰，與m序列相同，當(dāng)時(shí)，自相關(guān)函數(shù)具有三值自相關(guān)特性。任意兩個(gè)序列之間都滿足： （3-5）由上面的互相關(guān)函數(shù)可知，Gold碼的互相關(guān)特性很小，可作為地址碼且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過m序列作為地址碼的數(shù)量，在多址技術(shù)的應(yīng)用中中，Gold序列得到了廣泛的應(yīng)用。3.3 擴(kuò)頻測

51、控系統(tǒng)信號設(shè)計(jì)衛(wèi)星地面控制系統(tǒng)對S波段的前向鏈路前用戶，使用非平衡QPSK（UQPSK）直接序列擴(kuò)頻調(diào)制，變頻頻率鏈路信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式： （3-6）其中短碼，遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)，對長距離碼，是噪聲。分支指令通道正交支路的相位測距信道。當(dāng)上行只有遠(yuǎn)程控制，采用BPSK調(diào)制。當(dāng)遠(yuǎn)程控制而實(shí)行上行傳輸測距，可以使用或UQPSK 或QPSK調(diào)制。在這一點(diǎn)上遠(yuǎn)程控制信道調(diào)制傳播信息，Q信道調(diào)制范圍的權(quán)利，1:1 Q支路功率比（QPSK）或10:1（OQPSK）。I通道和Q相對于功率分配的信道的功率之比為10:1分配相對于1:1的情況，相同的傳輸功率，遠(yuǎn)程信道可以獲得2.6dB的增益。為監(jiān)測和緊急情況下的控制更

52、具有優(yōu)越性。同時(shí)，我們可以采用長碼碼速率和短碼速率相同的設(shè)計(jì)，將周期設(shè)為整倍數(shù)，我們可以很快的短碼同步，以引導(dǎo)長碼快速捕獲。例如：擴(kuò)頻碼是1023碼長的 Gold碼，是18 級的m序列截短碼，循環(huán)時(shí)間為短碼的256倍，也就是所謂的長碼。對滑動相關(guān)法捕獲長碼的正常使用是非常耗時(shí)的，利用長、短碼之間的關(guān)系，短碼捕獲后，高達(dá)256倍，只要是在測試過程中，就可以可以實(shí)現(xiàn)長碼同步。實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制器功能的方法主要有正交調(diào)制法和相位選擇法兩種。正交調(diào)制法原理框圖如圖3-2所示。圖3-2 QPSK的正交調(diào)制原理主要的工作原理為：將偽碼（二進(jìn)制序列）輸入到串、并變換器里，在將信息同時(shí)送入到上、下兩個(gè)支路，每個(gè)

53、支路送一個(gè)比特的信息。所以上下兩支路的速率為調(diào)制器輸入速率的一半。電平變換器的作用是將產(chǎn)生雙極性的全占空信號和信號。當(dāng)輸入“1”時(shí)，為正脈沖，輸入為“0”時(shí)，為負(fù)脈沖。那么在在衛(wèi)星控制系統(tǒng)中，此時(shí)的I通道主要用來調(diào)制擴(kuò)頻遙控信息，Q通道主要是調(diào)制測距碼，兩支路之間的功率比為1:1（QPSK）或10:1（OQPSK）。如果出現(xiàn)應(yīng)急的測控情況，那么I、Q通道分配10:1的功率比與1:1情況相比，在發(fā)射功率相同的條件下，遙控通道可獲得的增益為2.6dB。只有上行遙控時(shí)，就可采用BPSK的調(diào)制方式。3.4 擴(kuò)頻測距方案前面介紹的測控系統(tǒng)的偽碼測距方案主要應(yīng)用到QPSK的擴(kuò)頻信號調(diào)制。衛(wèi)星定位（GPS）

54、的擴(kuò)頻測距也離不開偽碼。歸結(jié)起來其兩種測距方案主要有：再生式偽碼測距和透明傳輸偽碼測距。下面就這兩種偽碼測距方案原理及性能優(yōu)劣做出比較分析。3.4.1 再生式偽碼測距再生偽碼測距指測控應(yīng)答機(jī)對上行偽碼測距信號進(jìn)行恢復(fù)，并重新調(diào)制到下行載波的測距方法。通過再生的方式來消除上行鏈路信號的噪聲污染,從而提高信噪比。再生偽碼測距通過與載波測距相結(jié)合，提高測距精度。其原理為：地面測控設(shè)備用偽隨機(jī)序列產(chǎn)生測距，載波調(diào)制后再經(jīng)過一定的條件發(fā)射到接收衛(wèi)星。衛(wèi)星的相關(guān)接收設(shè)備接收后并跟蹤鎖定測距信號，此時(shí)就會產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)序列的副本。產(chǎn)生的副本作為下行信號調(diào)制載波并發(fā)回至地面，地面的設(shè)備通過DLL延遲鎖定環(huán)鎖定

55、回波信號并與原始偽隨機(jī)序列作相移比較，就可通過相關(guān)算式計(jì)算得到距離。不同的測距碼，對碼跟蹤環(huán)的跟蹤性能都有所不同的提升，以及偽碼序列的捕獲性能都會有所不同。3.4.2 透明傳輸偽碼測距透明傳輸偽碼測距另外一個(gè)名稱叫直接轉(zhuǎn)發(fā)式偽碼測距，透明傳輸中用到的透明轉(zhuǎn)發(fā)器具有非線性特性，生成的擴(kuò)頻測距信號經(jīng)調(diào)制好后，發(fā)送給地面的測距設(shè)備發(fā)射器發(fā)射出去，經(jīng)過衛(wèi)星的頻率變化器變換后，再返回到地面的測控站，地面將受到測距的偽隨機(jī)碼序列，將這些序列進(jìn)行獲取并恢復(fù)出來與原序列進(jìn)行相位比較，得到一個(gè)時(shí)間延時(shí)，再運(yùn)用一定的算法，計(jì)算出衛(wèi)星到測控站的距離。整個(gè)過程看似復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來較容易，其特點(diǎn)是處理設(shè)備簡單，只需要頻率

56、轉(zhuǎn)發(fā)器，沒有偽碼捕獲和跟蹤模塊。鑒于透明傳輸偽碼測距方案簡單易行，與再生偽碼測距相比，前者適用于近地高信噪比條件下的測距，而后者則適合于深空低信噪比條件下的高精度測距。在不同的測距環(huán)境下，應(yīng)用不同的測距方案。3.5 擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的數(shù)字化擴(kuò)頻測控應(yīng)答機(jī)在航天器測控任務(wù)中扮演著非常重要的作用，負(fù)責(zé)接收地面發(fā)送的遙控信號、發(fā)射遙測信號以及配合地面測控設(shè)備完成軌道測量等。擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的主要作用是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星對測控信號的接收和解調(diào)，它的性能實(shí)現(xiàn)成功與否直接關(guān)系到整個(gè)測控系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，可以說是擴(kuò)頻測控系統(tǒng)的核心設(shè)備?，F(xiàn)在的高進(jìn)度偽碼測距系統(tǒng)就是在數(shù)字化的測控應(yīng)答機(jī)的基礎(chǔ)上研制出來的，建立的都是厘米級別的高精度測

57、控系統(tǒng)，由兩套頻點(diǎn)互反的主從S波段測控應(yīng)答機(jī)構(gòu)成，從端支持偽碼的再生和轉(zhuǎn)發(fā)兩種模式，主端完成多普勒頻率補(bǔ)償、出想對準(zhǔn)及雙向距離的結(jié)算。下面給出擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的數(shù)字化接收方案及算法。擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)在航天飛船的測控任務(wù)中扮演重要角色，負(fù)責(zé)接收由地面發(fā)射遙控信號，傳送遙測信號和地面控制的跟蹤測量。擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的主要作用是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星監(jiān)控設(shè)備接收和解調(diào)信號，它的性能對整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，成功的性能直接相關(guān)，可以說傳播的核心設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)在的高速發(fā)展，偽碼測距系統(tǒng)是基于數(shù)字測控應(yīng)答機(jī)上開發(fā)出來的建立是厘米級精度的測量和控制系統(tǒng)，包括從S波段監(jiān)測機(jī)構(gòu)相互反應(yīng)的兩個(gè)主要頻率的百分比，從偽碼端支持再生和轉(zhuǎn)發(fā)模式，主要的終

58、端多普勒頻率補(bǔ)償后，出向及雙向距離的對準(zhǔn)和結(jié)算。下面是傳播數(shù)字應(yīng)答機(jī)接收算法。用戶接收前向鏈路的擴(kuò)頻信號為： （3-7）為載波頻率；是信號的總功率；為指令碼或低速數(shù)據(jù)，本文500bits的速率，為同一相通道（命令通道）的PN碼，是1023個(gè)短碼的正交信道（測距信道），是PN序列截短的m序列，移位寄存器是的18級的，長度是短碼的256倍。為編碼噪聲。編碼時(shí)鐘頻率3MHz的指令，或中頻頻率為70MHz，數(shù)據(jù)的前向鏈路信號傳輸短碼。發(fā)送測距碼的是正交分量。兩個(gè)信道的相干PN碼，10:1的功率比。 HYPERLINK /translate l # 數(shù)字中頻接收機(jī)的原理：10:1正交雙向功率比，Q路功率

59、小，弱的相關(guān)性。這么短的代碼可以在捕獲路徑作為Q噪聲處理。3.5.1 短碼捕獲一般的非相干接收機(jī)對擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)是在高動態(tài)、低信噪比的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，擴(kuò)頻系統(tǒng)一般對信號先進(jìn)行解擴(kuò)，解擴(kuò)后可以得到擴(kuò)頻增益，同時(shí)提高信噪比，再將解擴(kuò)后的信號進(jìn)行解調(diào)。實(shí)現(xiàn)這樣的擴(kuò)頻技術(shù)的系統(tǒng)的核心問題在于偽碼的快速捕獲。所謂碼相位的捕獲，就是保證在解調(diào)器能對數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的解調(diào)后，得到的偽碼與本地偽碼相比較后的相位差小于半個(gè)碼片寬度。偽碼捕獲原理圖如圖3-3所示。圖3-3 偽碼捕獲原理圖由圖3-3可得：中頻信號經(jīng)過A/D，將信號送入正交下變頻器，將得到的兩個(gè)相互正交的信號分別通過低通濾波器后，采樣后，與本地PN碼作相關(guān)

60、計(jì)算、包絡(luò)檢波、門限判決。如果大于門限閾值則認(rèn)為是偽碼完成初始同步，否則本地PN碼相位滑移直到捕獲完成。門限選取的研究：分析圖見附錄一3。在此采用蒙特卡洛方法仿真，橫坐標(biāo)是不同的偽碼捕獲門限，縱軸分別是，分別為檢測概率和虛警概率。所謂的虛警概率是指：由于 HYPERLINK /view/77735.htm t _blank 噪聲客觀存在，當(dāng)噪聲信號的幅度超過檢測門限時(shí)，雷達(dá)（或其他檢測系統(tǒng)）就會被誤認(rèn)為發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，這種錯(cuò)誤稱為 HYPERLINK /view/1498130.htm t _blank 虛警，它的發(fā)生概率稱為虛警概率。圖中可以看出：門限值是固定的，隨著信噪比的增加，檢測概率分別呈虛