一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法与流程

1.本发明属于深空伪码测距技术领域，涉及一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法。


背景技术：

2.随着我国火星探测器天问一号成功着陆于火星乌托邦平原，人类探索深空的步伐必将更深更远。航天测控中的测距以双向相干转发测距为主，如序列音测距、音码混合测距和侧音测距等。对于更远距离的深空探测，一些常用测距方式的测距精度已经无法满足要求，例如侧音测距，为了保证侧音足够的解模糊能力，需要发射侧音的数量和调制度都增加，再生伪码有效的解决了解模糊能力和测距精度问题。在深空测距中，由于飞行器距地球甚远，深空地面站发射的上行信号到达飞行器时，信号的信噪比极低，测距信号通常淹没在噪声里。飞行器应答机对测距信号进行相干转发时需要较宽的转发带宽，而转发带宽内的噪声功率将会与测距信号一起转发到测距下行链路，从而导致地面站接收的测距信号恶化严重，甚至可能引起测距失败；采用再生测距时，飞行器应答机对上行的测距信号进行同步跟踪，并对测距下行信号进行再生。在上行测距信号功率和下行测距调制度相同的条件下，相干再生测距与相干转发测距相比将可以获得更大的下行测距信噪比，因此能达到更高的测距精度；或者在达到相同的测距精度时再生测距可以采用更小的下行测距调制度，因此可以分配更多的信号功率给遥测信号。传统的侧音测距，都需要较为复杂的距捕流程。采用再生测距方式，伪码测距距捕流程简单，距捕实现较为简明，大大简化地面站的测距流程。因此再生伪码测距将会成为深空测距的主流方式。对于再生伪码测距，伪码相位跟踪环路与测距性能直接相关。随着人类对太空探测距离变得的更深更远，恶劣的太空环境导致信噪比进一步恶化，ccsds中建议的伪码环路将变的不再可靠，因此伪码相位跟踪环路的性能将需要进一步提高。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，大幅提高了再生伪码环路跟踪性能，从而有效提高在深空低信噪比下的测距精度、大幅减小测距抖动、同时增强测距可靠性。
4.本发明解决技术的方案是：
5.一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，包括如下步骤：
6.步骤一、接收外部传来的伪码测距信号；设置参考序列的2种状态，分别为state1状态和state2状态；此时跟踪环路处于未锁定状态，将参考序列选择state1状态；
7.步骤二、根据同相时钟对伪码测距信号中的各码片依次进行相关积分，获得各码片的同相积分值a
i
；根据中相时钟对伪码测距信号中的各码片依次进行相关积分，获得各码片的中相积分值b
i
；i为伪码测距信号中各码片的序号；
8.步骤三、将各码片的同相积分值a
i
与state1状态的参考序列进行相关计算，得到
同相和值sum
同相
；将各码片的中相积分值b
i
与state1状态的参考序列进行相关计算，得到中相和值sum
中相
；
9.步骤四、对同相和值sum
同相
和中相和值sum
中相
进行环路鉴相，得到环路鉴相结果d；
10.步骤五、将环路鉴相结果d输入环路滤波器，输出频率控制字；
11.步骤六、根据频率控制字对state1状态的参考序列的相位进行调制；步骤七、重复步骤三至步骤六，直至跟踪环路达到预设的锁定门限，此时跟踪环路进入预锁定状态；
12.步骤八、进入预锁定状态后，分别搜索权重平衡陶思沃斯码中的c2
‑
c6码序列的码相位；统一c2
‑
c6码序列的码相位；并将c1
‑
c6码序列合成得到未完全同步伪码序列；
13.步骤九、得到未完全同步伪码序列后，将参考序列切换至state2状态；
14.步骤十、重复步骤三至步骤六，直至未完全同步伪码序列在环路牵引下逐步调整为完全同步伪码序列；同时跟踪环路达到锁定门限，输出再生伪码序列，完成混合数据转换跟踪，实现了完成权重平衡陶思沃斯码的高精度高灵敏度信号再生。
15.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，所述步骤一中，在state1状态下，参考序列采用权重平衡陶思沃斯码中的c1码序列；c1码序列为 1，
‑
1， 1，
‑
1，
……
， 1，
‑
1。
16.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，在state2状态下，参考序列采用未完全同步伪码序列。
17.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，所述伪码序列为权重平衡陶思沃斯码中c1码序列至c6码序列的合成序列。
18.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，所述步骤三中，由于此时state1状态的参考序列为c1码序列，则同相和值sum
同相
的计算方法为：
19.sum
同相
＝a1·
( 1) a2·
(
‑
1) a3·
( 1) a4·
(
‑
1)
……
a
n
‑1·
( 1) a
n
·
(
‑
1)
20.式中，n为伪码测距信号的码片总数。
21.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，所述步骤三中，中相和值sum
中相
的计算方法为：
22.sum
中相
＝b1·
( 1) b2·
(
‑
1) b3·
( 1) b4·
(
‑
1)
……
b
n
‑1·
( 1) b
n
·
(
‑
1)。
23.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，所述步骤四中，环路鉴相结果d的计算方法为：
24.d＝arctan(sum
中相
/sum
同相
)。
25.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，所述步骤八中，统一c2
‑
c6码序列的码相位的具体方法为：在跟踪码钟下，分别对c2
‑
c6码序列的码相位进行积分，选取最大的积分值作为c2
‑
c6码序列的统一码相位。
26.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，所述步骤八中，合成未完全同步伪码序列时，将c1
‑
c6码序列按照t4b/t2b的合成公式进行合成。
27.在上述的一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，所述混合数据转换跟踪方法，实现了t2b再生伪码在输入功率
‑
140dbm下，既实现了快速捕获跟踪，并且鉴相误差减小了3.5db，测距抖动减小了3db。
28.本发明与现有技术相比的有益效果是：
29.(1)本发明在码钟跟踪时跟踪状态处于未锁定状态时，使用c1码序列同时与同相
和中相支路相关积分输入环路鉴相；在码钟跟踪时跟踪状态处于预锁定状态时，使用未完全同步伪码序列同时与同相和中相支路相关积分输入环路鉴相；实现了混合数据转换跟踪，根据该方法可完成权重平衡陶思沃斯码的高精度高灵敏度信号再生；
30.(2)本发明提出了在初始状态时使用c1码序列与同相和中相支路相关积分，从而加快环路收敛速度，提高预锁定状态稳定性；
31.(3)本发明提出在与锁定状态使用伪码序列代替c1码序列与同相和中相支路相关积分并将同相支路相关积分引入跟踪环路辅助鉴相，从而减小环路鉴相误差，增加环路稳定性，减小环路抖动。
附图说明
32.图1为本发明混合数据转换跟踪流程图。
具体实施方式
33.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
34.本发明提出了一种针对权重平衡陶思沃斯码的混合数据转换跟踪方法，该方法可大幅提高再生伪码环路跟踪性能，从而有效提高在深空低信噪比下的测距精度、大幅减小测距抖动、同时增强测距可靠性。本发明可适用于信噪比恶劣空间环境、复杂电磁兼容环境、静电放电环境、随机干扰环境，同时也适用于复杂的太空环境。
35.混合数据转换跟踪方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
36.步骤一、接收外部传来的伪码测距信号；设置参考序列的2种状态，分别为state1状态和state2状态；此时跟踪环路处于未锁定状态，将参考序列选择state1状态；在state1状态下，参考序列采用权重平衡陶思沃斯码中的c1码序列；c1码序列为 1，
‑
1， 1，
‑
1，
……
， 1，
‑
1。在state2状态下，参考序列采用未完全同步伪码序列。伪码序列为权重平衡陶思沃斯码中c1码序列至c6码序列的合成序列。
37.步骤二、根据同相时钟对伪码测距信号中的各码片依次进行相关积分，获得各码片的同相积分值a
i
；根据中相时钟对伪码测距信号中的各码片依次进行相关积分，获得各码片的中相积分值b
i
；i为伪码测距信号中各码片的序号。
38.步骤三、将各码片的同相积分值a
i
与state1状态的参考序列进行相关计算，得到同相和值sum
同相
；将各码片的中相积分值b
i
与state1状态的参考序列进行相关计算，得到中相和值sum
中相
；由于此时state1状态的参考序列为c1码序列，则同相和值sum
同相
的计算方法为：
39.sum
同相
＝a1·
( 1) a2·
(
‑
1) a3·
( 1) a4·
(
‑
1)
……
a
n
‑1·
( 1) a
n
·
(
‑
1)
40.式中，n为伪码测距信号的码片总数。
41.中相和值sum
中相
的计算方法为：
42.sum
中相
＝b1·
( 1) b2·
(
‑
1) b3·
( 1) b4·
(
‑
1)
……
b
n
‑1·
( 1) b
n
·
(
‑
1)。
43.步骤四、对同相和值sum
同相
和中相和值sum
中相
进行环路鉴相，得到环路鉴相结果d；环路鉴相结果d的计算方法为：
44.d＝arctan(sum
中相
/sum
同相
)。
45.步骤五、将环路鉴相结果d输入环路滤波器，输出频率控制字。
46.步骤六、根据频率控制字对state1状态的参考序列的相位进行调制；即根据频率控制字调制c1码序列的相位。
47.步骤七、重复步骤三至步骤六，直至跟踪环路达到预设的锁定门限，此时跟踪环路进入预锁定状态。
48.步骤八、进入预锁定状态后，分别搜索权重平衡陶思沃斯码中的c2
‑
c6码序列的码相位；统一c2
‑
c6码序列的码相位；统一c2
‑
c6码序列的码相位的具体方法为：在跟踪码钟下，分别对c2
‑
c6码序列的码相位进行积分，选取最大的积分值作为c2
‑
c6码序列的统一码相位。并将c1
‑
c6码序列合成得到未完全同步伪码序列；合成未完全同步伪码序列时，将c1
‑
c6码序列按照t4b/t2b的合成公式进行合成。
49.步骤九、得到未完全同步伪码序列后，将参考序列切换至state2状态。
50.步骤十、重复步骤三至步骤六，直至未完全同步伪码序列在环路牵引下逐步调整为完全同步伪码序列；同时跟踪环路达到锁定门限，输出再生伪码序列，完成混合数据转换跟踪，实现了完成权重平衡陶思沃斯码的高精度高灵敏度信号再生。
51.实施例：
52.在采用混合数据转换跟踪方法的某参数化基带处理芯片的研制过程中，应用该方法之后，实现了t2b再生伪码在输入功率
‑
140dbm下，既实现了快速捕获跟踪，并且鉴相误差减小了3.5db，测距抖动减小了3db。
53.本发明在码钟跟踪时跟踪状态处于未锁定状态时，使用c1码序列同时与同相和中相支路相关积分输入环路鉴相；在码钟跟踪时跟踪状态处于预锁定状态时，使用未完全同步伪码序列同时与同相和中相支路相关积分输入环路鉴相；提出了在初始状态时使用c1码序列与同相和中相支路相关积分，从而加快环路收敛速度，提高预锁定状态稳定性；提出在与锁定状态使用伪码序列代替c1码序列与同相和中相支路相关积分并将同相支路相关积分引入跟踪环路辅助鉴相，从而减小环路鉴相误差，增加环路稳定性，减小环路抖动。
54.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。