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1、(10)申请公布号 CN 104237901 A (43)申请公布日 2014.12.24 C N 1 0 4 2 3 7 9 0 1 A (21)申请号 201410514108.2 (22)申请日 2014.09.29 G01S 19/03(2010.01) H04B 7/216(2006.01) H04J 9/00(2006.01) (71)申请人上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路800号 (72)发明人路冠平 郜锦雷 应忍冬 刘佩林 郁文贤 (74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人胡晶 (54) 发明名称 卫星导航通信一体化方法及系统 (。
2、57) 摘要 本发明公开了卫星导航通信一体化方法及系 统。一种卫星导航通信一体化方法，包括以下步 骤：S1：将导航信号与通信信号进行多载波调制， 获得调制信号后发送；S2：接收所述调制信号并 进行解调，获取所述通信信号和导航信号。一种卫 星导航通信一体化系统，包括：信号处理与发送 模块：用于将导航信号与通信信号进行多载波调 制，获得调制信号后发送；信号接收与处理模块： 用于接收所述调制信号并进行解调，获取所述通 信信号。本发明的技术方案能够提高系统的传输 效率和频谱利用率,并能增强系统的抗干扰性。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权。
3、局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104237901 A CN 104237901 A 1/1页 2 1.一种卫星导航通信一体化方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：信号处理与发送模块将导航信号与通信信号进行多载波调制，获得调制信号后发 送； S2：信号接收与处理模块接收所述调制信号并进行解调，获取所述通信信号和导航信 号。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 步骤S1中所述多载波调制步骤具体为： S101：对导航信号和通信信号进行扩频，信道编码，并按预设频谱分配方式进行频谱资 源分配，获得初步处理信号； S102：对所述初步调。
4、制信号进行滤波整形，获得滤波处理信号； S103：对所述滤波处理信号进行IFFT变换，即将所述滤波处理信号调制在子载波上获 得IFFT处理信号； S104：对所述IFFT处理信号进行并串变换，获得所述调制信号； 步骤S2在进行解调之后还包括匹配滤波步骤。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述调制信号调制在若干个子载波上，从而在一多载波信道中传输。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调制信号在多载波信道中传输，所述 多载波信道包含导航子信道和通信子信道； 所述导航子信道包括偶数个导航信道，每个所述导航信道中对应一个子载波；所述通 信子信道包含若干个通信信道，每个所述通信信。
5、道中对应一个子载波； 所述导航信号通过所述子载波在导航子信道中进行传输； 所述通信信号通过所述子载波在通信子信道中进行传输。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于， 所述预设频谱分配方式包括所述导航子信道和通信子信道对应不同所述子载波。 6.一种卫星导航通信一体化系统，其特征在于，包括： 信号处理与发送模块：用于将导航信号与通信信号进行多载波调制，获得调制信号后 发送；信号接收与处理模块：用于接收所述调制信号并进行解调，获取所述通信信号和导 航信号。 7.根据权利要求6所述的一种卫星导航通信一体化系统，其特征在于，所述调制信号 在多载波信道中传输，所述多载波信道包含导航子信道和通信子信道；。
6、 所述导航子信道包括偶数个导航信道，每个所述导航信道中对应一个子载波；所述通 信子信道包含若干个通信信道，每个所述通信信道中对应一个子载波； 所述导航信号通过所述子载波在导航子信道中进行传输； 所述通信信号通过所述子载波在通信子信道中进行传输。 权 利 要 求 书CN 104237901 A 1/6页 3 卫星导航通信一体化方法及系统 技术领域 0001 本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星导航通信一体化方法及系统。 背景技术 0002 卫星导航定位技术如今的应用十分广泛，现有的全球卫星导航系统包括美国的 GPS(Global Positioning System)、中国的北斗、俄罗斯。
7、GLONASS(GLObal Navigation Satellite System),欧洲的Galileo系统。而现有的全球卫星导航系统如GPS只具有发送 导航电文的能力，不具备数据通信的功能。现有导航系统中的卫星通信功能也一直局限于 短数据通信，仅仅只能满足简单信息的传递。而且现有技术中的通信系统与导航系统分离， 通信资源配置的固定使得通信性能一直无法提升，也无法解决通信信道不足和导航信道冗 余等问题，成为了卫星通信能力提升的瓶颈。同时，现有的导航通信分开的设计思路，导致 导航信号不容易隐蔽,极易被攻击。 0003 如何将卫星的导航与通信功能结合起来实现资源的优化配置，并以较低的成本和 硬。
8、件复杂度实现卫星与地面之间的高质量的通信和导航。成为现阶段亟需解决的问题。 发明内容 0004 本发明针对现有技术的不足，提出了一种能够提高系统的传输效率和频谱利用率 的卫星导航通信一体化方法及系统。 0005 一种卫星导航通信一体化方法，其特征在于，包括以下步骤： 0006 S1：信号处理与发送模块将导航信号与通信信号进行多载波调制，获得调制信号 后发送； 0007 S2：信号接收与处理模块接收所述调制信号并进行解调，获取所述通信信号和导 航信号。 0008 作为优化方案，步骤S1中所述多载波调制步骤具体为： 0009 S101：对导航信号和通信信号进行扩频，信道编码，并按预设频谱分配方式进。
9、行频 谱资源分配，获得初步处理信号； 0010 S102：对所述初步调制信号进行滤波整形，获得滤波处理信号； 0011 S103：对所述滤波处理信号进行IFFT变换，即将所述滤波处理信号调制在子载波 上获得IFFT处理信号； 0012 S104：对所述IFFT处理信号进行并串变换，获得所述调制信号； 0013 步骤S2在进行解调之后还包括匹配滤波步骤。 0014 作为优化方案，所述调制信号调制在若干个子载波上，从而在一多载波信道中传 输。 0015 作为优化方案，所述调制信号在多载波信道中传输，所述多载波信道包含导航子 信道和通信子信道； 0016 所述导航子信道包括偶数个导航信道，每个所述导。
10、航信道中对应一个子载波；所 说 明 书CN 104237901 A 2/6页 4 述通信子信道包含若干个通信信道，每个所述通信信道中对应一个子载波； 0017 所述导航信号通过所述子载波在导航子信道中进行传输； 0018 所述通信信号通过所述子载波在通信子信道中进行传输。 0019 作为优化方案，所述预设频谱分配方式包括所述导航子信道和通信子信道对应不 同所述子载波。 0020 一种卫星导航通信一体化系统，其特征在于，包括： 0021 信号处理与发送模块：用于将导航信号与通信信号进行多载波调制，获得调制信 号后发送； 0022 信号接收与处理模块：用于接收所述调制信号并进行解调，获取所述通信信。
11、号和 导航信号。 0023 作为优化方案，所述调制信号在多载波信道中传输，所述多载波信道包含导航子 信道和通信子信道； 0024 所述导航子信道包括偶数个导航信道，每个所述导航信道中对应一个子载波；所 述通信子信道包含若干个通信信道，每个所述通信信道中对应一个子载波； 0025 所述导航信号通过所述子载波在导航子信道中进行传输； 0026 所述通信信号通过所述子载波在通信子信道中进行传输。 0027 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 0028 本发明提供一种导航、通信性能较为均衡的导航通信一体化系统，使其能够应用 于导航系统备份、应急通信、导航信号辅助通信接收等场景。本发明技术方案提出。
12、的信号传 输方案通过特别设计的并行多载波调制技术，将导航信道和通信信道统一在一起，在不改 变时频域结构的前提下使导航子信道和通信子信道能够在一个系统内共存，从而提高了频 谱利用率，降低了每路载波的信号速率，使得每路的成本和硬件复杂度都得到了降低。导航 子信道与通信子信道的频谱灵活分配以满足系统的多种需求，提高了系统的抗干扰性能。 该系统中的卫星平时用作数据通信，一旦其他导航卫星受到攻击不能正常使用时，这时卫 星作为导航卫星的备用星，通过发射导航信号发挥导航作用。而且由于卫星信号中既包含 通信信号又包含导航信号，因而可以较好地隐蔽导航信号，使其不容易受到干扰。本发明可 扩展应用范围，且可应用于单。
13、载波或多载波传输系统。 附图说明 0029 图1为导航信号与通信信号的FMT调制框图； 0030 图2为导航信号与通信信号的FMT解调框图； 0031 图3为导航数据处理框图； 0032 图4为导航子信道与通信子信道的一种频谱分配方式； 0033 图5为导航信号相关处理实现框图； 具体实施方式 0034 下面结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于 本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些 说 明 书CN 104237901 A 3/6页 5 都属。
14、于本发明的保护范围。 0035 一种卫星导航通信一体化方法，其特征在于，包括以下步骤： 0036 S1：信号处理与发送模块将导航信号与通信信号进行多载波调制，获得调制信号 后发送； 0037 S2：信号接收与处理模块接收所述调制信号并进行解调，获取所述通信信号和导 航信号。 0038 作为优化方案，步骤S1中所述多载波调制步骤具体为： 0039 S101：对导航信号和通信信号进行扩频，信道编码，并按预设频谱分配方式进行频 谱资源分配，获得初步处理信号； 0040 S102：对所述初步调制信号进行滤波整形，获得滤波处理信号； 0041 S103：对所述滤波处理信号进行IFFT变换，即将所述滤波处。
15、理信号调制在子载波 上获得IFFT处理信号； 0042 S104：对所述IFFT处理信号进行并串变换，获得所述调制信号； 0043 步骤S2在进行解调之后还包括匹配滤波步骤。 0044 作为优化方案，所述调制信号调制在若干个子载波上，从而在一多载波信道中传 输。 0045 作为优化方案，所述调制信号在多载波信道中传输，所述多载波信道包含导航子 信道和通信子信道； 0046 所述导航子信道包括偶数个导航信道，每个所述导航信道中对应一个子载波；所 述通信子信道包含若干个通信信道，每个所述通信信道中对应一个子载波； 0047 所述导航信号通过所述子载波在导航子信道中进行传输； 0048 所述通信信号。
16、通过所述子载波在通信子信道中进行传输。 0049 作为优化方案，所述预设频谱分配方式包括所述导航子信道和通信子信道对应不 同所述子载波。 0050 一种卫星导航通信一体化系统，其特征在于，包括： 0051 信号处理与发送模块：用于将导航信号与通信信号进行多载波调制，获得调制信 号后发送； 0052 信号接收与处理模块：用于接收所述调制信号并进行解调，获取所述通信信号和 导航信号。 0053 作为优化方案，所述调制信号在多载波信道中传输，所述多载波信道包含导航子 信道和通信子信道； 0054 所述导航子信道包括偶数个导航信道，每个所述导航信道中对应一个子载波；所 述通信子信道包含若干个通信信道，。
17、每个所述通信信道中对应一个子载波； 0055 所述导航信号通过所述子载波在导航子信道中进行传输； 0056 所述通信信号通过所述子载波在通信子信道中进行传输。 0057 本实施例所述信道表示信号传输所占用的频率带宽，其中导航子信道与传输导航 信号的子载波所在频率段对应，通信子信道与传输通信信号的子载波所在频率段对应，如 图4所示。 0058 多载波调制技术就是通过在M个子信道上并行传输数据，使每个子信道内的符号 说 明 书CN 104237901 A 4/6页 6 持续时间扩展为单载波传输时的M倍，从而有效地降低由时延扩展所导致的符号间干扰 (ISI，Inter-symbol Interfer。
18、ence)，大大降低了误码率，同时也降低了数据处理的速度要 求和硬件复杂度。 0059 滤波多音调制(FMT，Filtered Multitone Modulation)系统的子信道频谱互不重 叠，各子信道具有很高的频谱约束性，对系统频率偏差不敏感。FMT系统互不重叠的子信道 频谱使得接收信号中信道间干扰(ICI，Inter channel Interference)可忽略不计，使系统 获得良好的抗ICI性能，并且便于频谱的管理。在实现结构上，FMT可以用离散傅立叶反变 换(IDFT，Inversed Discrete Fourier Transform)和傅立叶变换(DFT，Discrete。
19、 Fourier Transform)高效实现。 0060 本实施例的信号处理与发送模块对导航信号和通信信号统一采用FMT调制，FMT 调制过程如图1所示。 0061 如图1所示，进行FMT调制之前还包括匹配滤波步骤，本实施例的匹配滤波模块为 平方根升余弦(SRRC)滤波器。 0062 本发明中滤波器设计非常关键。一般来讲，传统上滤波器需要满足“完美重构“ 的限制，以保证传输中的ISI不会影响性能。本实施例采用截短的滤波器，在通过滤波器组 技术将多个子载波通过频域结构相同的滤波器发送出去的同时，可以有效避免滤波器长度 受到频域处理复杂度的限制，保证了信号传输中的ISI不会影响性能。进一步地，本。
20、实施例 采用的是截短的根升余弦奈奎斯特滤波器。选取T 0 为符号周期，则f 0 1/2T 0 为奈奎斯特 频率，H(f)为频率响应。由SRRC的性质,如果收端需要恢复频域信号,则一路子载波的 频谱需要包含滚降成型。取滚降系数为,则有频域冲击响应为： 0063 0064 由SRRC滤波器性质得到f 1 (1+)f 0 为频域主瓣宽度,则为了能量化其主瓣宽 度，需要选取合适的采样率。 0065 在一个系统中，通常采样频率f s 首先被确定。然后，由于f 1 (1+)f 0 ，则有f s / f 0 (1+)f s /f 1 。通过适当的选取整数M 0 f s /f 0 ，M 1 f s /f 1 。
21、，就可以得到整个系统的参 数。其中，M 0 为一个符号内的采样点个数，M 1 为一个与滤波器频域相关的标记。 0066 在本实施例中，导航信号采用SRRC+QPSK信号。因此，导航子信号可表示为： 0067 0068 其中， 0069 导航信号a(m)是调制信号，m为导航信号的符号宽度，c为CDMA扩频码，如图1中 所示的扩频码为c 1 (t)，T c 为CDMA扩频码码元宽度，其中扩频比为2046,即每个符号内有 2046个码元，g表示SRRC滤波器。导航子信号表达式中的k有两个取值，即表示x(i)如图 4所示占用频带两端的两个子载波。图1中a R (t)为导航信号。 说 明 书CN 104。
22、237901 A 5/6页 7 0070 本实施例将通信子信道与导航子信道进行FMT调制，图1中a c (t)为通信信号。 0071 在时域上，通信信号a c (t)按照如图4所示的规则进行排布和传输。 0072 在频域上，通信信号的FMT子载波还可以按规则分成若干个子频段，每个通信子 频段可独立承载相同或不同的通信数据通道，通信子频段是能够使用的最小频域资源。 0073 卫星导航通信一体化系统应用于数据通信时，通信信道FMT数据帧的子载波被分 配给每个通信客户端。每个通信客户端按照预先分配的子载波进行信号帧生成，则每个子 载波上传输的通信信号可以写成： 0074 0075 其中，g SRRC。
23、 (i-M 0 m)为上文描述的SRRC滤波器，k为频域占用的子载波编号，i为时 域采样点标号。 0076 以上就是卫星导航通信一体化系统的信号处理与发送模块的导航信号和通信信 号的处理、调制过程。 0077 在通信客户端接收到如图4所示格式的调制信号后，首先对调制信号进行如图2 所示的FMT解调步骤。先进行串并变换，然后进行傅里叶变换(FFT)，最后进行匹配滤波，获 得原始导航信号和通信信号。得到导航信号后，进一步对导航信号中导航数据进行捕获、跟 踪、同步的操作步骤，进而解析导航电文。 0078 如图3所示的匹配滤波主要是设计与FMT调制时所用的SRRC滤波器相匹配的滤 波器。 0079 其。
24、中捕获步骤主要包括码相关步骤和多普勒检测步骤，如图3。 0080 跟踪过程主要包括载波跟踪和C/A码跟踪。下面为本实施例所用的载波跟踪步 骤。 0081 在导航信号相关时，输入两个对称的载波(I路和Q路)如图5，同相支路(I路) 的本地复现信号可以表示为 0082 0083 0084 0085 其中，A n 为幅度值，为延时，f n 为载波频率，为估计的中频频率。为估计 的载波的相位。 0086 正交支路(Q路)的本地复现信号可以表示为 0087 0088 然后将X(t)分别与和进行相关可得 0089 说 明 书CN 104237901 A 6/6页 8 0090 0091 式中第三项为码相关。
25、峰，最后根据得到的相关结果可以获得锁相环和锁频环的输 出，从而得到需要估计的精度。 0092 在完成跟踪过程、进一步实现同步后，我们就能解析导航电文，获取卫星到地面端 的伪距信息。在得到多个(四个及以上)卫星到地面端的伪距信息后，我们就可以求解出 地面端的位置坐标，完成定位。 0093 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰 也应视为本发明的保护范围。 说 明 书CN 104237901 A 1/2页 9 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 104237901 A 2/2页 10 图4 图5 说 明 书 附 图CN 104237901 A 10 。