2024年5月19日发(作者：祖成)
第
45
卷第
2
期
2020
年
4
月
DOI
：
10.
13442/j.
gnss.
1008-9268.
2020.
02.
003
全球定位系统
GNSS
World
of
China
Vol.
45
,No.
2
April
,2020
eLoran
系统新型信号波形设计及其性能评估
李婉清
1
，
刘中伟
2,
李实锋
3
,叶清琳
°
(1.
中山大学电子与通信工程学院
，
广东广州
510006
；
2.
国防科技大学信息通信学院
，
陕西西安
710106
；
3.
中国科学院国家授时中心
，
陕西西安
710600
；
4.
中国交通信息科技集团有限公司
，
北京100011)
摘要
：
增强型罗兰导航系统
(eLoran)
作为全球卫星导航系统
(GNSS)
的备份系统
，
是国
家定位导航授时
(PNT)
安全的重要基础设施.针对目前标准
eLoran
信号存在易受交叉干扰
、
天波干扰
，
通信数据传输速率低等的问题
，
本文基于标准罗兰信号体制提出了两种波形改进方
法(衰减函数法与对称波形法)并对新型波形进行性能评估.实验结果表明
，
两种方法能够有效
缩短波形持续时间
，
加速后沿波形下降
，
减小发射机功耗.对称波形法能够大幅减小波形持续
时间
，
但缩短波形持续时间也将改变原信号波形的频谱特性
，
利用衰减函数法可以最大程度保
证信号的频谱性能.综合分析可知
，
新型波形能够有效利用时域资源
，
空余的时间可用于增加
传输信号
，
进而提高数据调制技术的性能.
关键词
：
增强罗兰导航系统
；
信号体制
；
波形设计
；
性能评估
；
频谱分析
中图分类号
：
P22
&
4
文献标志码
：
A
文章编号
：
1008-9268(2020)02-0013-08
术升级
，
实现导航
、
授时一体化
，
且经过改造的长河
0
引言
定位导航授时
(
PNT)
系统为世界各地的军
二号系统也具备了
eLoran
信号发射的基本条件.
在完善我国北斗卫星导航系统
(BDS)
的同时还需
事
、
商业和民用用户提供全空域目标定位
、
导航与
授时服务,是国家经济和安全依赖的基础设施工・
陆基远程导航系统与全球卫星导航系统
(GNSS)
要大力发展其备份系统(如
BPL
长波授时系统
、
长
河二号导航系统)
，
形成完备
、
多源的国家综合
PNT
体系
，
保障国家安全与国民
PNT
服务实现提
在工作体制
、
工作频率以及信号强度等方面具有互
补性
，
是
GNSS
的有效备份⑵.罗兰
(
Loran)
系统
、
升叫
随着我国
eLoran
授时台增补完善
，
我国
eLo-
ran
导航系统已基本实现信号全国土覆盖.随着传
长河二号等是典型的提供区域覆盖的陆基远程无
线电导航系统.
由于
GNSS
具有单一性与脆弱性
，
包括荷兰
、
播距离缩短
，
信号干扰(如天波延迟)将相应减小
，
信号在时域方面产生较大冗余•加速波形后沿下降
将有益于减小信号间的交叉干扰
，缩短波形持续时
美国
、
英国以及韩国等都认识到
GNSS
备份系统
建立的重要性
，
并开展了增强型罗兰
(eLoran)
系统
的研究
"・
间可用于增加信号
、
加载更多数据.
标准
Loran
C
信号的前
65
pts
有严格定义
，
而
后一部分未有定义⑺•利用波形后沿部分的改进
，
我国自主的陆基远程无线电导航系统研究与
建设始于
20
世纪
60
年代
，与国际陆基无线电导航
系统概念的研究同步进行.
2008
年
，
中国科学院国
完善
eLoran
系统信号体制
，
可提高接收性能
，
比如
美国
UrsaNav
机构研究发现
eLoran
系统短脉冲
家授时中心完成了
BPL
长波授时系统现代化技术
波形并不会削弱导航性能•本文在标准
Loran
C
信
号的基础上
，
参考短脉冲试验波形进一步研究新型
升级改造
，
使其具备
eLoran
信号发射的基本条
件皈.与此同时
，
长河二号导航系统完成现代化技
收稿日期
：
2020-03-02
脉冲信号波形
，
并对其频谱特性⑻进行评估•相关
资助项目
：
国家自然科学基金
(61973328)
；
国家重点研发计划重点专项
(2018YFB0505200)
通信作者
：
李婉清
：
Iiwq63@mail2.
sysu.
edu.
cn
14
全球定位系统
第
45
卷
的实验结果可为
eLoran
系统新型的调制方式提供
理论参考.
1
eLoran
原有信号体制
eLoran
导航系统发射信号的工作频段是
90
〜
110
kHz.
eLoran
单脉冲信号为标准
Loran
波形
（
Chayka
波形
）
，
载波中心频率为
100
kHz,
是一种
相位调制脉冲•标准
Loran
C
信号的数学模型严格
定义为
s
=
0,
£
<
C
t
,
厂
W
£
W
t
+
65,
、
未定义
，
£
〉
T
+
65.
（
1
）
式中
：
A
为与峰值电流有关的常数拜为时间
，
单位
为包周差
，
单位
ps
；
s
为载波频率
，
取值为
0.
2
Ttrad/pts
；
/?
c（
zzi
）
为相位编码
，
取值
0
或兀・
在理想情况下
，
取
q
=0,/
c
（
观
）
=
0,A
=1,
标
准
Loran
波形如图
1
所示.
图
1
标准
Loran
脉冲信号波形图
标准
Loran
C
信号前沿快速上升而后沿下降
缓慢
，
这使得信号能量能够集中在工作频段内•信
号频谱特性如图
2
〜
3
所示,信号的
3
dB
带宽约为
0.
7
kHz,
信号频谱衰减
20
dB
的带宽约为
90
〜
110
kHz.
标准
Loran
C
信号时域波形持续时间约
260
ys,
信号能量也集中在该时段中.尽管标准
Loran
C
信号对波形的前沿阶段有严格要求
，
对于
后沿脉冲幅度却未有严格定义•实现脉冲后沿加速
下降
，
可以减小脉冲信号间交叉干扰与天波干扰
，
可增加脉冲数量
、
调制更多信息•所以
，
改变后沿脉
冲持续时间与幅度变化可作为新型波形设计的两
大基本思路.
20
10
0
-80
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
频率
/MHz
图
2
标准
Loran
C
脉冲信号功率谱密度图
图
3
标准
Loran
C
脉冲信号时频分析三维图
2
eLoran
信号新型波形设计
目前
eLoran
信号波形中仅前
65
M
s
波形有严
格定义
，
而就目前常用的调制方式来说
，
数据传输
的有效性较低•为进一步实现数据传输量的增加与
传输功耗的降低
，
本文对
65
ys
后波形进行优化处
理
，
主要设计思路是
：
1
）
保持前沿不变
，
幅度不变
；
2）
加速后沿下降
；
3
）
缩短脉冲波形持续时间.
本文采用采样频率
2
000
kHz
进行性能仿真
分析
，
仿真信号时域长度均为
800
pts.
第
2
期
李婉清
，
等:
eLoran
系统新型信号波形设计及其性能评估
15
2.1
衰减函数法
新型脉冲的前
65
M
s
波形与标准
Loran
信号
波形相同
，
对
65
ys
后波形进行重新定义
，
利用衰
减函数加速原波形后沿下降
，
定义为
s
=
式中
zdamp_
function
(r
)
为衰减函数.考虑三种
常用的衰减函数
，
即指数衰减函数
、
高斯衰减函数
、
线性衰减函数.
2.
1.
1
指数衰减
首先,考虑指数衰减
，
可将指数衰减函数定义
为
：
exp_
damp
(r
)
=exp(
里
—
),
(3)
num_
damp
)
式中
:
num
—
damp
为控制后沿下降速度的常数.取
A
=1
=
0
,pc
(观)=°
,
下同.图
4
为
num_
damp
=
130
所形成的新型脉冲波形与标准
Loran
脉冲波
形的对比示意图.
图
4
标准脉冲波形与指数衰减加速后沿下降
新型
Loran
C
波形示意图
2.
1.
2
高斯衰减
其次考虑高斯衰减
，
可将高斯衰减函数定义为
guass_
damp
(^
)
=a
X
exp(
/
一
—
(
£
—
况
--
)
2
),
(4)
式中皿为高斯函数曲线的峰值,这里取以达
到平滑衰减的效果;况为位置参数
，
这里取
65
；
穴图
5
中记为
sigma
｝
为尺度参数
，
为高斯函数的均方
根
(RMS)
宽值•图
5
为取
/=60
的新型脉冲波形与
标准
Loran
C
脉冲波形的对比示意图.
图
5
标准脉冲波形与高斯衰减加速后沿下降
新型
Loran
C
波形示意图
2.
1.
3
线性衰减
由于线性衰减函数系数衰减到零后为负数将
造成波形反向
，
所以在线性函数横轴过零点处将进
行截断
，
重新定义线性衰减函数的新型波形如下
：
(5)
linear-
.
damp^t)
=
------
b
a
1
~~b
,
b
=
-------
a
a
一
65
・
(6)
式中辺
』
分别为线性函数的横
、
纵轴截距•为实现
后沿波形平滑下降
』受
。
约束•图
6
〜
8
示出
。
=
200
时,线性衰减函数的后沿波形加速下降效果与
标准
Loran
C
信号波形对比.
以上三种衰减函数效果如下
：
在选择图
8
所标记的仿真参数下
，
高斯衰减与
线性衰减速度要比指数衰减更快
，
高斯衰减与指数
衰减的区别在于高斯衰减前一部分的衰减速度较
慢,而后一部分衰减迅速
，
这样能够保证功率谱实
现较平滑的衰变•指数衰减后沿形成较长拖尾
，易
对后一脉冲信号造成干扰.
16
全球定位系统
第
45
卷
0
50
100
150
200
250
300
时间
/ps
图
6
标准脉冲波形与线性衰减加速后沿下降
新型
Loran
C
波形示意图
1
600
标准
指
Loran
C
信号
线性衰减,
^^^i,num-damp=
a=200
1
30
-400
-600
L
050
100
150
200250
300
时间
/ps
图
8
三种衰减波形与标准
Loran
C
信号波形比较示意图
2.2
对称波形法
对称波形基本设计思想是利用标准
Loran
波
形的前
65
ys
作为后沿波形并形成对称
，
该新型波
形设计方法能够将波形持续时间缩短到
100
ys
左
右.
2.
2.
1
中心对称
在标准
Loran
信号的前
65
pts
波形基础上
，
加
上与前
65
ys
相同的波形
，
定义为
S
=
0,
£
<
C
t
,
v
+
65,
A
（130
—
+
）
g
（
—
2
（
13
阳
+
）
）
x
sin[o＞
（
）
£
+仇
（
观
）
],
厂
+
65
W
£
V
130
+
t
・
（
7）
式中:
A
为与峰值电流有关的常数拜为时间
，
单位
为包周差
，
单位处
2
。
为载波频率
，
取值
0.2
兀
rad/
ypc
（
m
）
为相位编码
，
取值
0
或兀・
取
A=l,p=0,/c
（
观
）
=0
・图
9
为形成的新型
脉冲波形与标准
Loran
C
脉冲波形的对比示意图.
600
-600
1
---------------
1
---------------
1
----------------
1
---------------
1
----------------
1
---------------
0
50
100
150
200
250
300
时间
/ps
图
9
中心对称波形与标准
Loran
C
信号波形比较示意图
2.
2.
2
过渡对称
前
65
ys
与标准
Loran
波形相同
，
中间为了相
位衔接
，
加不同长度
（
5
M
s
的奇数倍
）
的正弦波
，
之
后再加
65
M
s
与前
65
M
s
对称的波形•定义为
s
=
0,
£
<
C
t
,
A(r
—
r)
2
exp(
—
—
)sin[°o£
+
丸(观
)],
厂
W
£
V
t
+
65,
A(62
・
5
—
r)
2
exp(^
—
^"曽
----
)
sin[o>
0
1
+
p
c
(观
)]
,
厂
+
65
W
£
V
t
+
65
+
°
A(130
+
^-r+
r
)
2
exp(-
2
(
130
+
^-
r+r
)
65
X
sin]®
。
(130
-~t
p
一
£
+
t
)
+
仇
S)]
,
厂
+
65
+
/炉
t
V
t
+
130
-~t
p
・
（
8
）
式中
：
A
为与峰值电流有关的常数拜为时间
，
单位
处
；
「
为包周差
，
单位
yS
；
3o
为载波频率
，
取值
0.
2
7T
rad/ysMcS
）
为相位编码
，
取值
0
或兀
；
0
为中间
第
2
期
李婉清
，
等:
eLoran
系统新型信号波形设计及其性能评估
17
加的正弦波
，
取值
5
M
s
的奇数倍.
取
A=l,r=0,pc
（
观
）
=0
・
图
10
为
5=35
pts
所形成的新型脉冲波形与标准
Loran
C
脉冲波形
的对比示意图.
600
400
200
-200
-400
0
50
100
150
200
250
300
时间仙
图
10
过渡对称波形与标准
Loran
C
信号波形
比较示意图
中心对称的脉冲波形单个持续时间约为
130
ys
；
对称脉冲波形单个持续时间约为
（
130
+2°
）
ys
，
S
取值
5
M
s
的奇数倍;加速后沿下降脉冲波形
单个持续时间约为
190
fisQnum-
damp
=80
）
.
可
知
，
中心对称的脉冲波形单个持续时间最短•但是
为了保证信号波形的频谱特性
，
后沿脉冲不能下降
得过快.
3
eLoran
信号新型波形性能评估
3.
1
信号功率谱密度性能比较
理论与实践表明时间与频率之间存在约束
，
缩
短波形持续时间
，
其频谱必将产生畸变与频谱泄
露•新型波形设计中参数的优化基本思路就在于在
时间与频率之间找到折中.
三种衰减函数的功率谱图如图
11
所示.
(
I
H
•
HP
二
鰹
擁
筮
槪
启
图
11
衰减函数与标准
Loran
C
信号波形功率
谱密度比较示意图
可以看到
，
缩短时间后新信号频谱主瓣都相应
被压低•指数衰减与线性衰减方法都使得原信号频
谱在约
75
kHz
与
125
殳
Hz
处出现较宽旁瓣
，
影响
主瓣高度•但高斯衰减函数对应的频谱泄露现象不
如其他衰减方式明显
，
较好权衡了时间与频率两个
维度之间的约束.
过渡对称波形
（
5=35
）
频谱相比中心对称波
形的频谱
，
如图
12
所示
，
主瓣高度并未受到较大程
度的压缩
，
但主瓣更窄
，
影响信号能量集中率•下文
通过该指标对以上频谱性能做进一步分析.
7
0
Z
•
H
暗
-10
、
)
悭
懈
筮
-20
槪
昌
-30
-40
似
I
、
低
sran
5
頁
f
---
■过渡对称波形
中心对称波形
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
0.12
0.13
频率
/MHz
图
12
对称波形与标准
Loran
C
信号波形功率
谱密度比较示意图
3.2
信号能量集中率
eLoran
信号工作频率集中在频段
90
〜
110
kHz,
超过
99%
信号能量集中在该工作频段⑼.本
文利用帕塞瓦尔
（
Parseval
）
定理计算信号的能量
，
即频谱幅度的平方和
（
积分
）
：
Coo
Coo
E=
J
—
OO
5
2
（
r
）
dr
=
J
—
OO
S
（
/
）
|
2
d/
.
（
9
）
为形成对称分析
（
如图
2
中频谱所示
）
，
本文选
取信号在频段
0
〜
200
kHz
的频谱幅值平方和作
为信号能量集中率的分母
，对新型设计波形仿真信
号的频谱幅值进行比较•本文为方便起见
，
将
90
〜
110
殳
Hz
频谱幅值的平方和与
0
〜
200
kHz
频谱幅
值平方和分别定义为与
E-
并且把两者比值
作为能量集中率的参考指标
，
具体定义为
厂字.
（
10
）
1
E
a
表
1
中详细示出新型设计波形信号功率的
“
E
a
两个指标的计算结果.
18
全球定
表
1
新型脉冲波形信号能量指标
脉冲波形类型
y
e
a
标准波形
0.
999
984
51
33.
606
675
18
中心对称
0.
999
965
62
11.
500
890
20
指数衰减
Qnum_damp
=
130)
0.
999
946
49
15.
832
386
10
线性衰减
4
=
200
）
0.
999
940
18
13.7269
142
4
高斯衰减
（
CT
=
60
）
0.
999
979
91
16.
603
854
77
过渡对称
（
―
=35
）
0.
999
793
34
37.
624
311
75
通过观察功率谱密度图形和计算
7
可知
，
中心
对称的脉冲波形
、衰减函数脉冲波形信号功率要明
显小于标准
Loran
信号功率
,4
种波形
（
°
取值
35
fis^num-damp
取值
130
9
a
取值
200,
cr
取值
60
）
集中在
90
〜
110
kHz
能量均超过
99.
9%.
4
eLoran
信号新型波形参数优化
4.1
衰减函数波形参数优化
指数衰减函数加速后沿下降的新型脉冲波形
设计方案中
，
减小
num.
damp
可以加速后沿下
降,缩短脉冲波形单个沿续时间
，
取不同的
num-
damp
进行仿真,得到结果如表
2
所示.
表
2
指数衰减波形参数优化
脉冲波形类型
V
e
a
标准波形
0.999
984
51
33.606
675
18
num_damp
=
200
0.999
964
94
19.791
868
75
num_damp
=
120
0.999
940
9815.088
670
27
num_damp
=
100
0.999
924
3213.420
402
11
num
_damp
=
80
0.999
891
89
11.473
340
59
num
damp
=
60
0.999
813
45
9.
208
492
715
脉冲波形信号辐射
num-damp
减小时
，
加速
后沿下降效果增强
，
功率下降效果增强
，
但是
,
信号
功率谱密度分散
，
考虑到需要降低工作频带外的信
号功率
，
避免对其他无线电信号产生干扰
，
建议取
值
num
—
damp>20
.
改变信号截止时间
，
线性衰减函数参数优化统
计如表
3
所示.
表
3
线性衰减波形参数优化
脉冲波形类型
V
e
a
标准波形
0.999
984
51
33.606
675
19
a
=
150
0.999
913
58
9.098
717
62
q
=
175
0.999
917
03
11.546
390
60
q
=
200
0.999
940
18
13.726
914
24
q
=
225
0.999
954
64
15.613
691
60
<2
—
250
0.999
960
15
17.226
485
58
q
=
275
0.999
964
10
18.
604
705
23
位系统
第
45
卷
以步长为
25
增加线性衰减函数的衰减参数发
现
，
在
a
=
225
之后频谱约束指标优化效果并不明
显
，
故认为线性衰减函数的优化参数可以在
200
〜
225
取值
，
同时满足时域与频域之间的约束.
高斯衰减函数参数优化
，
以改变尺度参数
C7
为
主
，
优化结果统计如表
4
所示.
表
4
高斯衰减波形参数优化
脉冲波形类型
y
e
a
标准波形
0.
999
984
51
33.
606
675
18
(
7
=
35
0.
999
951
40
9.
926
988
74
(
7
=
400.
999
970
46
11.368
073
18
(
7
=
50
0.
999
978
93
14.
116
491
32
(
7
=
60
0.
999
979
9116.
603
854
77
(
7
=
85
0.
999
980
53
20.
680
269
79
(7
=
110
0.
999
981
67
24.
848
017
94
表
4
中高斯函数的尺度参数增加，
两个频谱约
束指标并不成线性关系增加
，
当
”
=
85
之后
，
效果
并不明显•可以取高斯函数的尺度参数为
60
左右
实现后沿快速下降
，
同时满足减小输出功率要求.
对比三种衰减函数发现,线性衰减函数能够使
得后沿波形下降最快
，
高斯衰减函数能够很好满足
频谱指标的约束•而指数衰减函数在后半部分的后
沿下降过程中变化缓慢
，
造成后沿波形出现较长的
拖尾
，
但频谱约束指标方面表现得比线性衰减函数
要好•在后沿波形下降与工作频段信号功率比值两
个方面的共同约束下
，高斯衰减函数比其他两个衰
减函数的实现效果要好•而如果着重考虑波形后沿
下降时间
，
可以牺牲较小部分工作频段信号功率选
择线性衰减函数实现大幅的后沿持续时间缩短.
4.2
对称波形参数优化
对称脉冲波形设计方案中
，
减小
t
p
可以缩短
脉冲波形单个沿续时间
，
减小信号功率
，
取不同的
参数
t
p
进行仿真,得到结果如表
5
所示.
表
5
对称波形参数优化
脉冲波形类型
V
e
a
标准波形
0.
999
984
51
33.
606
675
18
中心对称
0.
999
965
62
11.
500
890
20
£
p
=
5
fis
0.
999
957
98
14.072
926
49
—
=15
pts
0.
999
914
63
20.
291
904
15
tp
=
25
fis
0.
999
850
83
28.085
752
69
tp
=
35
fis
0.
999
793
34
37.
624
311
75
t
p
=45
卩
s
0.999
789
88
49.077
371
28
t
p
减小时
，
脉冲波形单个持续时间缩短
，
脉冲
波形信号功率下降效果增强
，
信号功率谱密度集
第
2
期
李婉清
，
等:
eLoran
系统新型信号波形设计及其性能评估
19
中•考虑到需要降低对系统工作频带外的干扰
，
建
议取值
^<35
ys,
并且
t
p
越小越能保证新信号的
频谱性能.
5
结论
本文针对
eLoran
信号进行新型波形设计并利
用频谱性能指标对波形设计参数进行优化
，
给出了
衰减函数法
、
对称波形法新型信号波形的优化结
果•新型信号波形大大缩短原有波形的持续时间
，
加速后沿脉冲波形功率下降•仿真结果证明
，
新型
信号波形有效减小发射机功耗
、
提高时间域的利用
率
、
减轻交叉干扰与天波干扰且易于实现
，
为新型
调制方式设计提供理论基础•新型信号波形前沿与
标准信号一致
，
且生成方式简单
，
不需要对定时与
频率控制设备进行较大改变•但新型信号波形的可
行性仍需要进一步的硬件平台实验证明.
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Waveform
design
based
on
power
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density
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psd
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parameters
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C
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project[C]//Pro
ceedings
of
the
International
Symposium
on
Integra
tion
of
LORAN-C/Eurofix
and
EGNOS/Galileo.
2000
：
186-197.
http
://
www.
ursanav.
com/wp-con-
tent/uploads/Enhanced-LDC-Project-2000.
pdf.
作者简介
李婉清
（
1996—
）
,
女
，
硕士研究生
，
研究方向
为卫星导航.
刘中伟
（
1991
—
）
,
男
，
讲师
，
硕士
，
研究方向
为卫星导航定位技术.
李实锋
（
1983
—
）
,
男
，
博士
，
副研究员
，
研究
方向为无线电导航与授时技术.
叶清琳
（
1981
—
）
,
女
，
硕士
，
工程师
，
研究方
向为无线通信与导航.
20
全球定位系统
第
45
卷
Design
and
performance
evaluation
of
new
signal
waveform
in
eLoran
system
LI
Wanqing
1
9LIU
Zhongwei
2
,LI
Shifeng
3
,
YE
Qinglin4
(1.
School
of
Electronics
and
Communication
Engineering
Sun
Yat-sen
University
,
Guangzhou
510006,
China
;
2.
School
of
Information
and
Communication
,
National
University
of
Defense
Technology
,
Xi/an
710106,
China
;
3.
National
Time
Service
Center
,
Chinese
Academy
of
Sciences
,
Xian
710600,
China
;
4.
China
Communications
Information
Technology
Group
Co.
,
Ltd
,
Beijing
100011,
China)
Abstract
:
As
a
backup
system
of
satellite
navigation
system
9
the
enhanced
Loran
navi
gation
system
is
a
vital
development
strategy
for
national
PNT
(Positioning,
Navigation,
Timing).
At
present,
the
signal
of
eLoran
are
vulnerable
to
cross
interference
and
sky-wave
interference?
and
the
rate
of
transmitting
data
is
low.
Therefore
we
proposed
two
waveform
improvement
methods
(
attenuation-function-method
and
symmetric-waveform-method)
and
evaluated
the
performance
of
them
based
on
standard
Loran
signal
system.
Experimental
re
sults
show
that
the
two
methods
can
effectively
shorten
the
duration
of
the
waveform
,
accel
erate
the
decline
of
the
waveform
9
and
reduce
the
signal
transmitting
power.
The
symmetri
cal-waveform-method
can
greatly
reduce
the
duration
of
waveform
9
but
this
method
will
sig
nificantly
change
the
spectrum
characteristics
of
the
original
signal
waveform.
By
contrast,
the
attenuation-function-method
can
ensure
the
spectrum
performance
of
the
signal
to
the
greatest
extent.
Through
comprehensive
analysis
9
we
think
that
the
new
waveform
can
ef
fectively
utilize
time
domain
resources
9
which
can
spare
time
for
extra
signal
transmitting
and
consequently
raise
the
efficiency
of
data
modulation.
Keywords
:
advanced
Loran
navigation
system
；
new
signal
system
；
waveform
design
；
performance
assessment
；
spectrum
analysis
哈里斯公司通过
NTS-3
初始设计评审
【
据每日
GPS
网
2020
年
4
月
3
日报道
】
哈里斯公司承担的导航技术卫星
-3CNTS-3)项目通过初始设计
评审
，
将进入开发阶段
。
NTS-3
是一个试验验证项目
，旨在探索提升军用
PNT
体系架构弹性的方法手段
，
开
发向
GPSIIIF星座平稳过渡所需的关键技术
。
试验内容包括在轨可重新编程数字信号发生器,在遇到电子威
胁时快速部署新的信号等
。
2018
年
12
月
，
新墨西哥州科特兰空军基地的空军研究实验室航天飞行器局
，
向
哈里斯公司授予价值
8040
万美元的
NTS-3
合同
。
哈里斯公司将使用诺斯罗普
・
格鲁曼公司价值
3000
万美
元的
ESPAStar
平台建造
NTS-3
。
军科创新院席欢编译
2024年5月19日发(作者：祖成)
第
45
卷第
2
期
2020
年
4
月
DOI
：
10.
13442/j.
gnss.
1008-9268.
2020.
02.
003
全球定位系统
GNSS
World
of
China
Vol.
45
,No.
2
April
,2020
eLoran
系统新型信号波形设计及其性能评估
李婉清
1
，
刘中伟
2,
李实锋
3
,叶清琳
°
(1.
中山大学电子与通信工程学院
，
广东广州
510006
；
2.
国防科技大学信息通信学院
，
陕西西安
710106
；
3.
中国科学院国家授时中心
，
陕西西安
710600
；
4.
中国交通信息科技集团有限公司
，
北京100011)
摘要
：
增强型罗兰导航系统
(eLoran)
作为全球卫星导航系统
(GNSS)
的备份系统
，
是国
家定位导航授时
(PNT)
安全的重要基础设施.针对目前标准
eLoran
信号存在易受交叉干扰
、
天波干扰
，
通信数据传输速率低等的问题
，
本文基于标准罗兰信号体制提出了两种波形改进方
法(衰减函数法与对称波形法)并对新型波形进行性能评估.实验结果表明
，
两种方法能够有效
缩短波形持续时间
，
加速后沿波形下降
，
减小发射机功耗.对称波形法能够大幅减小波形持续
时间
，
但缩短波形持续时间也将改变原信号波形的频谱特性
，
利用衰减函数法可以最大程度保
证信号的频谱性能.综合分析可知
，
新型波形能够有效利用时域资源
，
空余的时间可用于增加
传输信号
，
进而提高数据调制技术的性能.
关键词
：
增强罗兰导航系统
；
信号体制
；
波形设计
；
性能评估
；
频谱分析
中图分类号
：
P22
&
4
文献标志码
：
A
文章编号
：
1008-9268(2020)02-0013-08
术升级
，
实现导航
、
授时一体化
，
且经过改造的长河
0
引言
定位导航授时
(
PNT)
系统为世界各地的军
二号系统也具备了
eLoran
信号发射的基本条件.
在完善我国北斗卫星导航系统
(BDS)
的同时还需
事
、
商业和民用用户提供全空域目标定位
、
导航与
授时服务,是国家经济和安全依赖的基础设施工・
陆基远程导航系统与全球卫星导航系统
(GNSS)
要大力发展其备份系统(如
BPL
长波授时系统
、
长
河二号导航系统)
，
形成完备
、
多源的国家综合
PNT
体系
，
保障国家安全与国民
PNT
服务实现提
在工作体制
、
工作频率以及信号强度等方面具有互
补性
，
是
GNSS
的有效备份⑵.罗兰
(
Loran)
系统
、
升叫
随着我国
eLoran
授时台增补完善
，
我国
eLo-
ran
导航系统已基本实现信号全国土覆盖.随着传
长河二号等是典型的提供区域覆盖的陆基远程无
线电导航系统.
由于
GNSS
具有单一性与脆弱性
，
包括荷兰
、
播距离缩短
，
信号干扰(如天波延迟)将相应减小
，
信号在时域方面产生较大冗余•加速波形后沿下降
将有益于减小信号间的交叉干扰
，缩短波形持续时
美国
、
英国以及韩国等都认识到
GNSS
备份系统
建立的重要性
，
并开展了增强型罗兰
(eLoran)
系统
的研究
"・
间可用于增加信号
、
加载更多数据.
标准
Loran
C
信号的前
65
pts
有严格定义
，
而
后一部分未有定义⑺•利用波形后沿部分的改进
，
我国自主的陆基远程无线电导航系统研究与
建设始于
20
世纪
60
年代
，与国际陆基无线电导航
系统概念的研究同步进行.
2008
年
，
中国科学院国
完善
eLoran
系统信号体制
，
可提高接收性能
，
比如
美国
UrsaNav
机构研究发现
eLoran
系统短脉冲
家授时中心完成了
BPL
长波授时系统现代化技术
波形并不会削弱导航性能•本文在标准
Loran
C
信
号的基础上
，
参考短脉冲试验波形进一步研究新型
升级改造
，
使其具备
eLoran
信号发射的基本条
件皈.与此同时
，
长河二号导航系统完成现代化技
收稿日期
：
2020-03-02
脉冲信号波形
，
并对其频谱特性⑻进行评估•相关
资助项目
：
国家自然科学基金
(61973328)
；
国家重点研发计划重点专项
(2018YFB0505200)
通信作者
：
李婉清
：
Iiwq63@mail2.
sysu.
edu.
cn
14
全球定位系统
第
45
卷
的实验结果可为
eLoran
系统新型的调制方式提供
理论参考.
1
eLoran
原有信号体制
eLoran
导航系统发射信号的工作频段是
90
〜
110
kHz.
eLoran
单脉冲信号为标准
Loran
波形
（
Chayka
波形
）
，
载波中心频率为
100
kHz,
是一种
相位调制脉冲•标准
Loran
C
信号的数学模型严格
定义为
s
=
0,
£
<
C
t
,
厂
W
£
W
t
+
65,
、
未定义
，
£
〉
T
+
65.
（
1
）
式中
：
A
为与峰值电流有关的常数拜为时间
，
单位
为包周差
，
单位
ps
；
s
为载波频率
，
取值为
0.
2
Ttrad/pts
；
/?
c（
zzi
）
为相位编码
，
取值
0
或兀・
在理想情况下
，
取
q
=0,/
c
（
观
）
=
0,A
=1,
标
准
Loran
波形如图
1
所示.
图
1
标准
Loran
脉冲信号波形图
标准
Loran
C
信号前沿快速上升而后沿下降
缓慢
，
这使得信号能量能够集中在工作频段内•信
号频谱特性如图
2
〜
3
所示,信号的
3
dB
带宽约为
0.
7
kHz,
信号频谱衰减
20
dB
的带宽约为
90
〜
110
kHz.
标准
Loran
C
信号时域波形持续时间约
260
ys,
信号能量也集中在该时段中.尽管标准
Loran
C
信号对波形的前沿阶段有严格要求
，
对于
后沿脉冲幅度却未有严格定义•实现脉冲后沿加速
下降
，
可以减小脉冲信号间交叉干扰与天波干扰
，
可增加脉冲数量
、
调制更多信息•所以
，
改变后沿脉
冲持续时间与幅度变化可作为新型波形设计的两
大基本思路.
20
10
0
-80
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
频率
/MHz
图
2
标准
Loran
C
脉冲信号功率谱密度图
图
3
标准
Loran
C
脉冲信号时频分析三维图
2
eLoran
信号新型波形设计
目前
eLoran
信号波形中仅前
65
M
s
波形有严
格定义
，
而就目前常用的调制方式来说
，
数据传输
的有效性较低•为进一步实现数据传输量的增加与
传输功耗的降低
，
本文对
65
ys
后波形进行优化处
理
，
主要设计思路是
：
1
）
保持前沿不变
，
幅度不变
；
2）
加速后沿下降
；
3
）
缩短脉冲波形持续时间.
本文采用采样频率
2
000
kHz
进行性能仿真
分析
，
仿真信号时域长度均为
800
pts.
第
2
期
李婉清
，
等:
eLoran
系统新型信号波形设计及其性能评估
15
2.1
衰减函数法
新型脉冲的前
65
M
s
波形与标准
Loran
信号
波形相同
，
对
65
ys
后波形进行重新定义
，
利用衰
减函数加速原波形后沿下降
，
定义为
s
=
式中
zdamp_
function
(r
)
为衰减函数.考虑三种
常用的衰减函数
，
即指数衰减函数
、
高斯衰减函数
、
线性衰减函数.
2.
1.
1
指数衰减
首先,考虑指数衰减
，
可将指数衰减函数定义
为
：
exp_
damp
(r
)
=exp(
里
—
),
(3)
num_
damp
)
式中
:
num
—
damp
为控制后沿下降速度的常数.取
A
=1
=
0
,pc
(观)=°
,
下同.图
4
为
num_
damp
=
130
所形成的新型脉冲波形与标准
Loran
脉冲波
形的对比示意图.
图
4
标准脉冲波形与指数衰减加速后沿下降
新型
Loran
C
波形示意图
2.
1.
2
高斯衰减
其次考虑高斯衰减
，
可将高斯衰减函数定义为
guass_
damp
(^
)
=a
X
exp(
/
一
—
(
£
—
况
--
)
2
),
(4)
式中皿为高斯函数曲线的峰值,这里取以达
到平滑衰减的效果;况为位置参数
，
这里取
65
；
穴图
5
中记为
sigma
｝
为尺度参数
，
为高斯函数的均方
根
(RMS)
宽值•图
5
为取
/=60
的新型脉冲波形与
标准
Loran
C
脉冲波形的对比示意图.
图
5
标准脉冲波形与高斯衰减加速后沿下降
新型
Loran
C
波形示意图
2.
1.
3
线性衰减
由于线性衰减函数系数衰减到零后为负数将
造成波形反向
，
所以在线性函数横轴过零点处将进
行截断
，
重新定义线性衰减函数的新型波形如下
：
(5)
linear-
.
damp^t)
=
------
b
a
1
~~b
,
b
=
-------
a
a
一
65
・
(6)
式中辺
』
分别为线性函数的横
、
纵轴截距•为实现
后沿波形平滑下降
』受
。
约束•图
6
〜
8
示出
。
=
200
时,线性衰减函数的后沿波形加速下降效果与
标准
Loran
C
信号波形对比.
以上三种衰减函数效果如下
：
在选择图
8
所标记的仿真参数下
，
高斯衰减与
线性衰减速度要比指数衰减更快
，
高斯衰减与指数
衰减的区别在于高斯衰减前一部分的衰减速度较
慢,而后一部分衰减迅速
，
这样能够保证功率谱实
现较平滑的衰变•指数衰减后沿形成较长拖尾
，易
对后一脉冲信号造成干扰.
16
全球定位系统
第
45
卷
0
50
100
150
200
250
300
时间
/ps
图
6
标准脉冲波形与线性衰减加速后沿下降
新型
Loran
C
波形示意图
1
600
标准
指
Loran
C
信号
线性衰减,
^^^i,num-damp=
a=200
1
30
-400
-600
L
050
100
150
200250
300
时间
/ps
图
8
三种衰减波形与标准
Loran
C
信号波形比较示意图
2.2
对称波形法
对称波形基本设计思想是利用标准
Loran
波
形的前
65
ys
作为后沿波形并形成对称
，
该新型波
形设计方法能够将波形持续时间缩短到
100
ys
左
右.
2.
2.
1
中心对称
在标准
Loran
信号的前
65
pts
波形基础上
，
加
上与前
65
ys
相同的波形
，
定义为
S
=
0,
£
<
C
t
,
v
+
65,
A
（130
—
+
）
g
（
—
2
（
13
阳
+
）
）
x
sin[o＞
（
）
£
+仇
（
观
）
],
厂
+
65
W
£
V
130
+
t
・
（
7）
式中:
A
为与峰值电流有关的常数拜为时间
，
单位
为包周差
，
单位处
2
。
为载波频率
，
取值
0.2
兀
rad/
ypc
（
m
）
为相位编码
，
取值
0
或兀・
取
A=l,p=0,/c
（
观
）
=0
・图
9
为形成的新型
脉冲波形与标准
Loran
C
脉冲波形的对比示意图.
600
-600
1
---------------
1
---------------
1
----------------
1
---------------
1
----------------
1
---------------
0
50
100
150
200
250
300
时间
/ps
图
9
中心对称波形与标准
Loran
C
信号波形比较示意图
2.
2.
2
过渡对称
前
65
ys
与标准
Loran
波形相同
，
中间为了相
位衔接
，
加不同长度
（
5
M
s
的奇数倍
）
的正弦波
，
之
后再加
65
M
s
与前
65
M
s
对称的波形•定义为
s
=
0,
£
<
C
t
,
A(r
—
r)
2
exp(
—
—
)sin[°o£
+
丸(观
)],
厂
W
£
V
t
+
65,
A(62
・
5
—
r)
2
exp(^
—
^"曽
----
)
sin[o>
0
1
+
p
c
(观
)]
,
厂
+
65
W
£
V
t
+
65
+
°
A(130
+
^-r+
r
)
2
exp(-
2
(
130
+
^-
r+r
)
65
X
sin]®
。
(130
-~t
p
一
£
+
t
)
+
仇
S)]
,
厂
+
65
+
/炉
t
V
t
+
130
-~t
p
・
（
8
）
式中
：
A
为与峰值电流有关的常数拜为时间
，
单位
处
；
「
为包周差
，
单位
yS
；
3o
为载波频率
，
取值
0.
2
7T
rad/ysMcS
）
为相位编码
，
取值
0
或兀
；
0
为中间
第
2
期
李婉清
，
等:
eLoran
系统新型信号波形设计及其性能评估
17
加的正弦波
，
取值
5
M
s
的奇数倍.
取
A=l,r=0,pc
（
观
）
=0
・
图
10
为
5=35
pts
所形成的新型脉冲波形与标准
Loran
C
脉冲波形
的对比示意图.
600
400
200
-200
-400
0
50
100
150
200
250
300
时间仙
图
10
过渡对称波形与标准
Loran
C
信号波形
比较示意图
中心对称的脉冲波形单个持续时间约为
130
ys
；
对称脉冲波形单个持续时间约为
（
130
+2°
）
ys
，
S
取值
5
M
s
的奇数倍;加速后沿下降脉冲波形
单个持续时间约为
190
fisQnum-
damp
=80
）
.
可
知
，
中心对称的脉冲波形单个持续时间最短•但是
为了保证信号波形的频谱特性
，
后沿脉冲不能下降
得过快.
3
eLoran
信号新型波形性能评估
3.
1
信号功率谱密度性能比较
理论与实践表明时间与频率之间存在约束
，
缩
短波形持续时间
，
其频谱必将产生畸变与频谱泄
露•新型波形设计中参数的优化基本思路就在于在
时间与频率之间找到折中.
三种衰减函数的功率谱图如图
11
所示.
(
I
H
•
HP
二
鰹
擁
筮
槪
启
图
11
衰减函数与标准
Loran
C
信号波形功率
谱密度比较示意图
可以看到
，
缩短时间后新信号频谱主瓣都相应
被压低•指数衰减与线性衰减方法都使得原信号频
谱在约
75
kHz
与
125
殳
Hz
处出现较宽旁瓣
，
影响
主瓣高度•但高斯衰减函数对应的频谱泄露现象不
如其他衰减方式明显
，
较好权衡了时间与频率两个
维度之间的约束.
过渡对称波形
（
5=35
）
频谱相比中心对称波
形的频谱
，
如图
12
所示
，
主瓣高度并未受到较大程
度的压缩
，
但主瓣更窄
，
影响信号能量集中率•下文
通过该指标对以上频谱性能做进一步分析.
7
0
Z
•
H
暗
-10
、
)
悭
懈
筮
-20
槪
昌
-30
-40
似
I
、
低
sran
5
頁
f
---
■过渡对称波形
中心对称波形
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
0.12
0.13
频率
/MHz
图
12
对称波形与标准
Loran
C
信号波形功率
谱密度比较示意图
3.2
信号能量集中率
eLoran
信号工作频率集中在频段
90
〜
110
kHz,
超过
99%
信号能量集中在该工作频段⑼.本
文利用帕塞瓦尔
（
Parseval
）
定理计算信号的能量
，
即频谱幅度的平方和
（
积分
）
：
Coo
Coo
E=
J
—
OO
5
2
（
r
）
dr
=
J
—
OO
S
（
/
）
|
2
d/
.
（
9
）
为形成对称分析
（
如图
2
中频谱所示
）
，
本文选
取信号在频段
0
〜
200
kHz
的频谱幅值平方和作
为信号能量集中率的分母
，对新型设计波形仿真信
号的频谱幅值进行比较•本文为方便起见
，
将
90
〜
110
殳
Hz
频谱幅值的平方和与
0
〜
200
kHz
频谱幅
值平方和分别定义为与
E-
并且把两者比值
作为能量集中率的参考指标
，
具体定义为
厂字.
（
10
）
1
E
a
表
1
中详细示出新型设计波形信号功率的
“
E
a
两个指标的计算结果.
18
全球定
表
1
新型脉冲波形信号能量指标
脉冲波形类型
y
e
a
标准波形
0.
999
984
51
33.
606
675
18
中心对称
0.
999
965
62
11.
500
890
20
指数衰减
Qnum_damp
=
130)
0.
999
946
49
15.
832
386
10
线性衰减
4
=
200
）
0.
999
940
18
13.7269
142
4
高斯衰减
（
CT
=
60
）
0.
999
979
91
16.
603
854
77
过渡对称
（
―
=35
）
0.
999
793
34
37.
624
311
75
通过观察功率谱密度图形和计算
7
可知
，
中心
对称的脉冲波形
、衰减函数脉冲波形信号功率要明
显小于标准
Loran
信号功率
,4
种波形
（
°
取值
35
fis^num-damp
取值
130
9
a
取值
200,
cr
取值
60
）
集中在
90
〜
110
kHz
能量均超过
99.
9%.
4
eLoran
信号新型波形参数优化
4.1
衰减函数波形参数优化
指数衰减函数加速后沿下降的新型脉冲波形
设计方案中
，
减小
num.
damp
可以加速后沿下
降,缩短脉冲波形单个沿续时间
，
取不同的
num-
damp
进行仿真,得到结果如表
2
所示.
表
2
指数衰减波形参数优化
脉冲波形类型
V
e
a
标准波形
0.999
984
51
33.606
675
18
num_damp
=
200
0.999
964
94
19.791
868
75
num_damp
=
120
0.999
940
9815.088
670
27
num_damp
=
100
0.999
924
3213.420
402
11
num
_damp
=
80
0.999
891
89
11.473
340
59
num
damp
=
60
0.999
813
45
9.
208
492
715
脉冲波形信号辐射
num-damp
减小时
，
加速
后沿下降效果增强
，
功率下降效果增强
，
但是
,
信号
功率谱密度分散
，
考虑到需要降低工作频带外的信
号功率
，
避免对其他无线电信号产生干扰
，
建议取
值
num
—
damp>20
.
改变信号截止时间
，
线性衰减函数参数优化统
计如表
3
所示.
表
3
线性衰减波形参数优化
脉冲波形类型
V
e
a
标准波形
0.999
984
51
33.606
675
19
a
=
150
0.999
913
58
9.098
717
62
q
=
175
0.999
917
03
11.546
390
60
q
=
200
0.999
940
18
13.726
914
24
q
=
225
0.999
954
64
15.613
691
60
<2
—
250
0.999
960
15
17.226
485
58
q
=
275
0.999
964
10
18.
604
705
23
位系统
第
45
卷
以步长为
25
增加线性衰减函数的衰减参数发
现
，
在
a
=
225
之后频谱约束指标优化效果并不明
显
，
故认为线性衰减函数的优化参数可以在
200
〜
225
取值
，
同时满足时域与频域之间的约束.
高斯衰减函数参数优化
，
以改变尺度参数
C7
为
主
，
优化结果统计如表
4
所示.
表
4
高斯衰减波形参数优化
脉冲波形类型
y
e
a
标准波形
0.
999
984
51
33.
606
675
18
(
7
=
35
0.
999
951
40
9.
926
988
74
(
7
=
400.
999
970
46
11.368
073
18
(
7
=
50
0.
999
978
93
14.
116
491
32
(
7
=
60
0.
999
979
9116.
603
854
77
(
7
=
85
0.
999
980
53
20.
680
269
79
(7
=
110
0.
999
981
67
24.
848
017
94
表
4
中高斯函数的尺度参数增加，
两个频谱约
束指标并不成线性关系增加
，
当
”
=
85
之后
，
效果
并不明显•可以取高斯函数的尺度参数为
60
左右
实现后沿快速下降
，
同时满足减小输出功率要求.
对比三种衰减函数发现,线性衰减函数能够使
得后沿波形下降最快
，
高斯衰减函数能够很好满足
频谱指标的约束•而指数衰减函数在后半部分的后
沿下降过程中变化缓慢
，
造成后沿波形出现较长的
拖尾
，
但频谱约束指标方面表现得比线性衰减函数
要好•在后沿波形下降与工作频段信号功率比值两
个方面的共同约束下
，高斯衰减函数比其他两个衰
减函数的实现效果要好•而如果着重考虑波形后沿
下降时间
，
可以牺牲较小部分工作频段信号功率选
择线性衰减函数实现大幅的后沿持续时间缩短.
4.2
对称波形参数优化
对称脉冲波形设计方案中
，
减小
t
p
可以缩短
脉冲波形单个沿续时间
，
减小信号功率
，
取不同的
参数
t
p
进行仿真,得到结果如表
5
所示.
表
5
对称波形参数优化
脉冲波形类型
V
e
a
标准波形
0.
999
984
51
33.
606
675
18
中心对称
0.
999
965
62
11.
500
890
20
£
p
=
5
fis
0.
999
957
98
14.072
926
49
—
=15
pts
0.
999
914
63
20.
291
904
15
tp
=
25
fis
0.
999
850
83
28.085
752
69
tp
=
35
fis
0.
999
793
34
37.
624
311
75
t
p
=45
卩
s
0.999
789
88
49.077
371
28
t
p
减小时
，
脉冲波形单个持续时间缩短
，
脉冲
波形信号功率下降效果增强
，
信号功率谱密度集
第
2
期
李婉清
，
等:
eLoran
系统新型信号波形设计及其性能评估
19
中•考虑到需要降低对系统工作频带外的干扰
，
建
议取值
^<35
ys,
并且
t
p
越小越能保证新信号的
频谱性能.
5
结论
本文针对
eLoran
信号进行新型波形设计并利
用频谱性能指标对波形设计参数进行优化
，
给出了
衰减函数法
、
对称波形法新型信号波形的优化结
果•新型信号波形大大缩短原有波形的持续时间
，
加速后沿脉冲波形功率下降•仿真结果证明
，
新型
信号波形有效减小发射机功耗
、
提高时间域的利用
率
、
减轻交叉干扰与天波干扰且易于实现
，
为新型
调制方式设计提供理论基础•新型信号波形前沿与
标准信号一致
，
且生成方式简单
，
不需要对定时与
频率控制设备进行较大改变•但新型信号波形的可
行性仍需要进一步的硬件平台实验证明.
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on
power
spectral
density
（
psd
）
parameters
:
U.
S.
patent
application
16/020
,400[P].
2019-1-24.
[9]
PETERSON
B
B,
SCHUE
C
A,
BOYER
J
M,
et
al.
Enhanced
LORAN-C
data
channel
project[C]//Pro
ceedings
of
the
International
Symposium
on
Integra
tion
of
LORAN-C/Eurofix
and
EGNOS/Galileo.
2000
：
186-197.
http
://
www.
ursanav.
com/wp-con-
tent/uploads/Enhanced-LDC-Project-2000.
pdf.
作者简介
李婉清
（
1996—
）
,
女
，
硕士研究生
，
研究方向
为卫星导航.
刘中伟
（
1991
—
）
,
男
，
讲师
，
硕士
，
研究方向
为卫星导航定位技术.
李实锋
（
1983
—
）
,
男
，
博士
，
副研究员
，
研究
方向为无线电导航与授时技术.
叶清琳
（
1981
—
）
,
女
，
硕士
，
工程师
，
研究方
向为无线通信与导航.
20
全球定位系统
第
45
卷
Design
and
performance
evaluation
of
new
signal
waveform
in
eLoran
system
LI
Wanqing
1
9LIU
Zhongwei
2
,LI
Shifeng
3
,
YE
Qinglin4
(1.
School
of
Electronics
and
Communication
Engineering
Sun
Yat-sen
University
,
Guangzhou
510006,
China
;
2.
School
of
Information
and
Communication
,
National
University
of
Defense
Technology
,
Xi/an
710106,
China
;
3.
National
Time
Service
Center
,
Chinese
Academy
of
Sciences
,
Xian
710600,
China
;
4.
China
Communications
Information
Technology
Group
Co.
,
Ltd
,
Beijing
100011,
China)
Abstract
:
As
a
backup
system
of
satellite
navigation
system
9
the
enhanced
Loran
navi
gation
system
is
a
vital
development
strategy
for
national
PNT
(Positioning,
Navigation,
Timing).
At
present,
the
signal
of
eLoran
are
vulnerable
to
cross
interference
and
sky-wave
interference?
and
the
rate
of
transmitting
data
is
low.
Therefore
we
proposed
two
waveform
improvement
methods
(
attenuation-function-method
and
symmetric-waveform-method)
and
evaluated
the
performance
of
them
based
on
standard
Loran
signal
system.
Experimental
re
sults
show
that
the
two
methods
can
effectively
shorten
the
duration
of
the
waveform
,
accel
erate
the
decline
of
the
waveform
9
and
reduce
the
signal
transmitting
power.
The
symmetri
cal-waveform-method
can
greatly
reduce
the
duration
of
waveform
9
but
this
method
will
sig
nificantly
change
the
spectrum
characteristics
of
the
original
signal
waveform.
By
contrast,
the
attenuation-function-method
can
ensure
the
spectrum
performance
of
the
signal
to
the
greatest
extent.
Through
comprehensive
analysis
9
we
think
that
the
new
waveform
can
ef
fectively
utilize
time
domain
resources
9
which
can
spare
time
for
extra
signal
transmitting
and
consequently
raise
the
efficiency
of
data
modulation.
Keywords
:
advanced
Loran
navigation
system
；
new
signal
system
；
waveform
design
；
performance
assessment
；
spectrum
analysis
哈里斯公司通过
NTS-3
初始设计评审
【
据每日
GPS
网
2020
年
4
月
3
日报道
】
哈里斯公司承担的导航技术卫星
-3CNTS-3)项目通过初始设计
评审
，
将进入开发阶段
。
NTS-3
是一个试验验证项目
，旨在探索提升军用
PNT
体系架构弹性的方法手段
，
开
发向
GPSIIIF星座平稳过渡所需的关键技术
。
试验内容包括在轨可重新编程数字信号发生器,在遇到电子威
胁时快速部署新的信号等
。
2018
年
12
月
，
新墨西哥州科特兰空军基地的空军研究实验室航天飞行器局
，
向
哈里斯公司授予价值
8040
万美元的
NTS-3
合同
。
哈里斯公司将使用诺斯罗普
・
格鲁曼公司价值
3000
万美
元的
ESPAStar
平台建造
NTS-3
。
军科创新院席欢编译