一种联合导频信息和卫星星历的多普勒频移估计与补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星通讯领域，尤其是低轨卫星通讯领域，具体地，涉及一种联合导频 信息和卫星星历的多普勒频移估计与补偿方法。
【背景技术】
[0002] 在低轨卫星通信领域，当地面终端和卫星进行通信时，由于二者之间存在相对高 速运动，产生很大的相对径向速度，会使星地通信系统上下行信号呈现较大并且时变的频 率偏移等动态特性，尤其对于高动态的终端，这种变化更为剧烈。多普勒效应会严重影响 通信系统的性能，使通信链路上的信号载波频率和扩频伪码的码片速率发生不同程度的偏 移，这会给接收机的数字解调造成一定的困难。从星上接收角度看，首先需要较长的时间用 以捕获和跟踪多普勒频移，这将降低系统的效率和容量；其次星上需要较复杂的算法以及 大量的硬件资源去处理多普勒频移。因此，为了保证通信的质量与可靠性，必须实时估计 出在可通信范围内卫星与终端之间的多普勒频移的大小及变化规律，并及时给出相应的补 偿。
[0003] 地面终端进行多普勒补偿对保证星地通信质量有重要作用。终端首先估计出多普 勒频移的变化范围及变化规律，然后将多普勒频偏附加在上行信号的伪码及载波频率上， 以抵消卫星和终端实际相对运动带来的多普勒频偏，使得星上接收机接收到一个没有频偏 或者频偏很小的信号，从而大大减小星上接收机捕获阶段对频偏的搜索范围，对简化星载 接收机的设计、提高系统的效率和容量有重要意义。
[0004] 多普勒频移的估计一般都是根据卫星和终端之间的相对运动场景进行几何化，然 后求取相对径向速度，得到多普勒频移的变化规律，据此进行相应的多普勒补偿。然而由 于终端的动态变化的不规律性以及客观条件的影响与忽略，使得多普勒的估计与补偿算法 往往存在精度不高的问题，一些精度较高的多普勒频移估计与补偿算法的计算量一般又很 大，这样就会对整个通信系统的性能的提高上有所限制。另外，进行多普勒补偿时很少考虑 到特殊的通信环境。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种联合导频信息和卫星星历的多 普勒频移估计与补偿方法。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种联合导频信息和卫星星历的多普勒频移估计与 补偿方法，用于一低轨卫星与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端k通讯，所述低轨卫 星连续发射导频信号，所述若干地面终端k以码分多址方式接入所述低轨卫星，包括如下 步骤：
[0007] a. -地面终端k接收来自所述低轨卫星的导频信号；
[0008] b.所述地面终端k基于所述导频信号获取最新时刻tk的卫星星历数据、载波的频 率和相位以及伪码的频率和相位；
[0009] c.基于所述最新时刻tk对应的导频信号的卫星星历数据、载波频率、相位以及伪 码的频率、相位计算地面终端k和低轨卫星之间的多普勒频移；
[0010] d.基于所述多普勒频移进行伪码频率及载波频率的调整，在发射上行信号时进行 多普勒补偿。
[0011] 优选地，在所述步骤b中还包括如下步骤：
[0012] -存储所述最新时刻tk的卫星星历数据。
[0013] 优选地，所述卫星星历数据至少包括如下数据中的任一种或任多种：
[0014] -1个参考时刻；
[0015] _相应所述参考时刻的6个开普勒轨道参数；以及
[0016] -相应所述参考时刻的相应的轨道摄动修正参数等。
[0017] 优选地，所述步骤d之前还包括如下步骤：
[0018] -当所述地面终端k能够收到低轨卫星发送的导频信号且不间断时，所述地面终 端k根据导频信号的载波频率和相位以及伪码频率和相位准确计算出当前时刻对应的地 面终端k和低轨卫星之间的多普勒频移Af 1;
[0019] -当所述地面终端k接收不到所述导频信号时，所述地面终端k根据所述卫星星历 数据以及所述地面终端k自身的地理位置准确计算出当前时刻对应的地面终端k和低轨卫 星之间的多普勒频移A f2。
[0020] 优选地，根据被存储的多个时刻卫星星历数据计算所述当前时刻所述低轨卫星的 轨道信息。
[0021] 优选地，所述轨道信息至少包括如下信息中的任一种或任多种：
[0022] _所述低轨卫星的地理位置信息的动态变化信息；以及
[0023] _所述当前时刻所述低轨卫星的速度信息。
[0024] 优选地，在所述步骤b中还包括步骤：
[0025] -存储所述最新时刻tk所述地面终端k的地理位置信息。
[0026] 优选地，所述导频信号的MAC层结构包括：帧头和帧内容，所述帧内容至少包括终 端ID、终端与卫星时差、卫星轨道、帧计数字中的任一项或任多项。
[0027] 优选地，通过如下公式计算所述地面终端k和低轨卫星之间的多普勒频移：
[0028] A f1= f ;-fts，其中，所述f；?为所述导频信号对应的伪码或载波频率，所述f ts为 所述低轨卫星发射的下行信号的伪码或载波标称频率。
[0029] 优选地，在所述步骤d中，所述多普勒补偿是通过DDS直接数字频率合成模块实 现，多普勒频移控制字通过DDS频率合成的结果△ 为多普勒频移的实际频率数值。
[0030] 优选地，所述多普勒频移既可以代表伪码的多普勒频移，也可以代表载波的多普 勒频移。
[0031] 优选地，所述多普勒补偿时，既要对伪码多普勒进行补偿，也要对载波多普勒进行 补偿。
[0032] 优选地，所述伪码和载波的多普勒频移的计算方式与补偿方式完全相同。
[0033] 本领域技术人员理解，本发明通过采用两种高精度的多普勒频移的估计与补偿方 案，优先采用高精度、计算量小的导频法进行多普勒频移的估计与补偿，在有高大的建筑物 遮挡等原因而导致终端突然接收不到导频信号时，采用备选方案，即用高精度的轨道星历 法进行多普勒频移的估计与补偿。本发明克服了低轨卫星通信系统中多普勒补偿方法的精 度受限和计算量大的问题，对通信系统中捕获跟踪的性能有很大提高，同时能保证终端处 于特殊环境中时与卫星的正常通信与通信质量，尤其适合于具有高大建筑物或树木的城市 或森林等特殊环境中的终端和卫星通信链路系统。
【附图说明】
[0034] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0035] 图1示出了本发明的一个【具体实施方式】，在不出现卫星与终端失去连接或者终端 接收不到导频信号的情况下，一种联合导频信息和卫星星历的多普勒频移估计与补偿方法 的实施流程图；
[0036] 图2示出的是一种联合导频信息和卫星星历的多普勒频移估计与补偿方法的实 施流程图；
[0037] 图3为根据本发明的一个优选实施例的，支持准同步系统的系统架构示意图；以 及
[0038] 图4为根据本发明的一个优选实施例的，联合导频信息和卫星星历的多普勒频移 的估计与补偿方法的实现过程图。
【具体实施方式】
[0039] 图1示出了本发明的一个【具体实施方式】，在不出现卫星与终端失去连接或者终端 接收不到导频信号的情况下，一种联合导频信息和卫星星历的多普勒频移估计与补偿方法 的实施流程图，具体地，包括如下步骤：
[0040] 首先，进入步骤SlOl，一地面终端k接收来自所述低轨卫星的导频信号。所述地 面终端k接收所述导频信号的目的是为了确认所述低轨卫星所发出的交互确认信息能有 效的被所述地面终端k接收，进一步地，得到所述低轨卫星的交互信息。具体地，所述地面 终端是指在所述低轨卫星覆盖范围内的用于与所述低轨卫星取得联系并产生交互的交互 处理装置，所述若干地面终端以码分多址接入所述低轨卫星，所述地面终端k是指若干地 面终端中的一个，所述导频信号是指包含有MAC层结构的信号，进一步地，为了方便与所述 低轨卫星进行有效的交互，所述MAC层结构包括：帧头和帧内容，所述帧内容至少包括终端 ID、终端与卫星时差、卫星轨道、