一种BOC信号电离层色散效应的高精度模拟方法

摘要

本发明提供一种高阶BOC信号电离层色散效应的高精度模拟方法，首先不考虑电离层色散效应，得到BOC信号模型，将BOC信号用双边带模型表示。修改考虑电离层延迟后上下边带的基带复信号表达式，将基带复信号调制到相位正交的射频载波上，并取复信号的虚部，得到射频信号。近似认为电离层在上下边带和中心频点处对基带信号引入的延迟量近似相等，推导得到简化的射频信号模型。根据此模型生成模拟电离层色散效应的BOC信号。本发明根据BOC信号的双边带模型，实现了一种对基带信号和载波进行相位延迟，实现电离层色散效应的高精度模拟方法，可用于导航信号模拟源中模拟真实环境中的电离层特性，比传统的模拟方法能更准确地反映电离层对相关峰的影响。

主权项

一种BOC信号电离层色散效应的高精度模拟方法，其特征在于：步骤1：不考虑电离层色散效应，将载波频率为f0的BOC信号表示为如下模型：s(t)＝c(t‑τ₀)cos(2πf₀t+θ₀)   (1)其中，θ₀表示载波初相，τ₀表示传输延迟步骤2：将BOC信号用双边带模型表示为：$\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{2}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0)\sin (2\pi f_{U}t+{\theta }_0-{\theta }_{\mathrm{sc}})\\ -\frac{2}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0)\sin (2\pi f_{L}t+{\theta }_0+{\theta }_{\mathrm{sc}})\end{array}---\left(2\right)$其中，f_U＝f₀+f_sc、f_L＝f₀‑f_sc分别表示上下边带信号的中心频率，θ_sc＝2πf_scτ₀表示副载波传输延迟在上下边带信号中引入的载波相位；步骤3：忽略电离层折射率的高阶项，考虑电离层折射率的一阶项时，BOC信号的双边带模型修正为：$\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{2}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0-{\tau }_{\mathrm{IU}})\sin (2\pi f_{U}t+{\theta }_0-{\theta }_{\mathrm{sc}}+{\theta }_{\mathrm{IU}})\\ -\frac{2}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0-{\tau }_{\mathrm{IL}})\sin (2\pi f_{L}t+{\theta }_0+{\theta }_{\mathrm{sc}}+{\theta }_{\mathrm{IL}})\end{array}---\left(3\right)$其中，τ_IU、τ_IL分别表示电离层在上下边带信号中引入的码相位延迟量，θ_IU、θ_IL分别表示电离层在上下边带信号中引入的载波相位超前量；步骤4：修改考虑电离层延迟后上下边带的基带复信号表达式为：$\begin{array}{c}{s}_b\left(t\right)=\frac{2}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0-{\tau }_{\mathrm{IU}})\exp \left\{j(2\pi f_{\mathrm{sc}}t-{\theta }_{\mathrm{sc}}+{\theta }_{\mathrm{IU}})\right\}\\ -\frac{2}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0-{\tau }_{\mathrm{IL}})\exp \left\{j(-2\pi f_{\mathrm{sc}}t+{\theta }_{\mathrm{sc}}+{\theta }_{\mathrm{IL}})\right\}\end{array}---\left(4\right)$步骤5：将基带复信号调制到相位正交的射频载波上，并取复信号的虚部，则得到的射频信号为：s(t)＝Re{s_b(t)}sin(2πf₀t+θ₀)                (5)+IM{s_b(t)}cos(2πf₀t+θ₀)步骤6：近似认为电离层在上下边带和中心频点处对基带信号引入的延迟量近似相等，即τ_IU≈τ_IL≈τ_I，能够得到$\begin{array}{c}s\left(t\right)\approx \frac{2}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0-{\tau }_I)\sin (2\pi f_{U}t+{\theta }_0-{\theta }_{\mathrm{sc}}+{\theta }_{\mathrm{IU}})\\ -\frac{2}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0-{\tau }_I)\sin (2\pi f_{L}t+{\theta }_0+{\theta }_{\mathrm{sc}}+{\theta }_{\mathrm{IL}})\\ =\frac{4}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0-{\tau }_I)\sin (2\pi f_{\mathrm{sc}}t-{\theta }_{\mathrm{sc}}+\frac{{\theta }_{\mathrm{IU}}-{\theta }_{\mathrm{IL}:}}{2})\\ \times \cos (2\pi f_{0}t+{\theta }_0+\frac{{\theta }_{\mathrm{IU}}+{\theta }_{\mathrm{IL}}}{2})\\ -\frac{4}{\pi }\mathrm{pn}(t-{\tau }_0-{\tau }_I)\sin \left[2\pi f_{\mathrm{sc}}(t-{\tau }_0-{\tau }_I^{\prime })\right]\\ \times \cos (2\pi f_{0}t+{\theta }_0+{\theta }_I^{\prime })\end{array}---\left(6\right)$其中码相位延迟τ_I、副载波相位延迟τ'_I、载波相位超前θ'_I，其表达式分别为：${\tau }_I^{\prime }=\frac{40.3\mathrm{TEC}}{{\mathrm{cf}}_U{f}_L},{\theta }_I^{\prime }=\frac{80.6\mathrm{\pi TEC}}{c}\frac{f_0}{f_U{f}_L}---\left(7\right)$步骤7：根据信号生成模型，调整BOC信号生成的码相位延迟τ_I，副载波相位延迟τ'_I、载波相位超前θ'_I，得到准确模拟电离层色散效应的BOC信号。