[发明专利]多载波信号时延在线校准系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线电计量领域时延参数的计量校准装置，更具体地说，本发明涉及一种主要应用于北斗卫星导航系统及新一代扩频测控领域，用于实现对BPSK或QPSK调制多载波信号时延的现场在线校准系统。

背景技术

北斗卫星导航系统和新一代扩频测控系统通过校准信号传输时延差实现定位和测控。信号的传输时延主要分为地面设备传输时延和空间传输时延。地面和空间两部分传输时延的校准目前采用离线校准的方法，在系统投入使用前利用矢量网络分析仪等通用仪器对信号时延进行校准，这种方法获得的总时延值不是系统在工作状态下和工作环境条件下的实际值，会导致较大的测距、定位误差。北斗系统的逐步完善以及新一代测控系统的逐步优化带来测距、定位精度的提升，这就需要高精度的时延校准，这种非实时时延校准不能满足高精度时延校准需求。此外，空间传输时时延校准精度必须需考虑电离层误差效应，前代测控系统和北斗一代使用的线性分层法未能扣除该效应的影响，新一代扩频测控系统以及北斗二代采用新的信号格式通过算法修正电离层效应引入的误差，即不再使用单载波信号，而是同时发射两路(双频修正法)或三路(三频修正法)的不同载波频率的上行信号。然而这种多载波模式又给系统时延的校准又带来了新的难题：1、需要同时单独校准每个载波信号的传输时延，按照传统的，使用具有时延测量功能的通用仪器进行直接校准的方法已无法实现多载波模式下对各个单载波的时延进行校准，因为通用的具备时延测量功能的仪器不具备对多载波波形进行对其中的单载波进行自动识别分离的功能；2、采集同步信号距离多载波信号输出时延采集测量端很远，该信号作为时延测量参考信号必须无失真传输到采集测量端，现有的一般采用电缆传输同步信号的技术会是同步信号的上升时间恶化，对精度产生40％多的影响；3、该多载波信号涉及QPSK调制，现在全包络检测技术只适用于相位翻转全为180°的BPSK调制，而QPSK相位翻转分为180°和90°两种，90°翻转点的包络虽然也有向下尖峰但不是整个包络的最低点，最低点为180°处，如果同步参考是在90°翻转，不能用全包络检测寻找最低点来寻找翻转点。

发明内容

本发明的目的是提出建立一个多载波时延信号在线校准系统，以解决目前基于多载波格式的扩频测控系统和北斗二代系统多载波时延的实时在线校准，并可解决其它领域中相关多载波扩频信号的现场校准问题。该发明的任务既是日常的计量检定和量值传递工作的需要，也是系统工程对时延指标测试的共性测量问题的重要保障

本发明的上述目的可以通过下述技术方案予以实现：一种多载波时延信号在线校准系统，包括置于天线中心体内的信号采集装置、同步信号传输装置、设置在计算机中的多载波信号分离系统和时延测量系统，其特征在于，同步信号传输装置利用基带秒脉冲信号作为多载波信号采集的脉冲同步信号，将脉冲同步信号功分为同步信号和同步校准信号，并将同步校准信号分成两条先后切换的传输路径，以实现同步信号传输时延的自动校准；同步信号和同步校准信号被传输到信号采集装置接收端，信号采集装置利用光电转换元件将被测多载波系统的上行多载波信号、脉冲同步信号转换成光信号，用光纤传输至上述接收端再转换成回电信号，回电信号通过以太网传输送到多载波信号分离系统进行信号分离，将所述回电信号分离成单载波，时延测量系统对被分离出的单载波时延进行在线测量，采用希尔伯特变换对被分离出的单载波调制信号进行解包络，利用预估的时间窗确定一段只包含同步信号边沿相位翻转点的有效包络，把寻找到的包络幅度最低点作为载波相位翻转点，设置测量时间窗来锁定对应于同步信号的载波信号翻转点，将获取保存时间窗上下限值作为后续在线测量时间窗设置的默认值，完成各单载波信号传输时延的自动校准。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

1)能够为北斗卫星导航系统和航天测控系统的信号传输提供在线实时校准，提升测距、定位的精度。本发明利用基带秒脉冲信号作为多载波信号采集的同步信号，接口设计兼容应用领域，并将同步信号传输接收模块嵌入设计于采集装置，体积小易于携带，在系统正常工作状态下完成系统时延的实时在线校准，相比于目前的离线校准方法大幅提升时延校准精度。