)中其接收机捕获跟踪出来的导频信号最新时 刻tk对应的载波频率、相位和伪码的频率、相位准确计算出多普勒频移Af1;
[0094] 其中，A&的计算方法如下：
[0095] 假设下行时卫星发射伪码或载波频率为fts，通过多普勒信道后地面终端k在tk时 刻接收到的信号伪码或载波频率为C，则多普勒频移Af1=fZ1-As;
[0096] (6)地面终端k和低轨卫星可见范围内，当地面终端k可以连续收到导频信号时， 则根据步骤（5)中利用导频信号载波和伪码的频率及相位计算出的最新时刻tk的地面终 端k和低轨卫星之间的多普勒频移Af1，指导该终端进行伪码频率及载波频率的调整，在发 射上行信号时进行伪码多普勒频移、载波多普勒频移的补偿；
[0097] 优选地，所述多普勒补偿方法如下：
[0098] 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A 多普勒频移的实际频率数值。地面终端k发射上行信号 时对下行信号多普勒频移估计量为Afd_=AfdwlOT，由于该终端接收机在持续地实时跟 踪导频信号，且且跟踪环的更新周期等于符号速率，因此对上行信号的多普勒频移估计量 Afup可近似等于最新时刻tk对应的对下行信号的多普勒频移估计量，S卩Afup=Afd_= A fdoppler;
[0099] 地面终端k在其发射模块对上行信号进行伪码频率和载波频率的调整，则该终端 发射上行信号的伪码或载波频率为ftm=f,m-Afd_-Afup=fV-2*Af_pl"，则卫星接收到 的信号伪码或载波频率C=ftm+Afup=f7-2*Af_ple，Af_pler=f-Afd_ler~fts。考 虑到多普勒补偿的误差，卫星接收到的信号伪码或载波频率和卫星下行发射的伪码或载波 频率几乎相等。
[0100] (7)当由于高大的建筑物遮挡等原因造成了地面终端k和低轨卫星可见时该终端 突然收不到导频信号时，该终端便可以调用存储模块中存储的最新时刻tk的卫星星历，根 据这些星历参数与其自身的地理位置准确计算出该时刻对应的地面终端k和低轨卫星之 间的多普勒频移Af2，并据此及时对终端上行链路信号进行多普勒补偿，保证终端和卫星 之间的正常通信；
[0101] 八4的计算方法如下：
[0102] 根据卫星星历参数可以准确预报出卫星的轨道，计算出各个时间点上卫星在地心 地固坐标系中的坐标，进而可以得出相应时刻的卫星的经度、炜度、轨道高度以及卫星的速 度信息。
[0103] 当地面终端k和卫星的经炜度信息或者在地心地固坐标系中的坐标与速度信息 已知后，根据几何关系便可计算出地面终端k与低轨卫星之间的多普勒频移Af2。
[0104] 优选地，所述多普勒补偿方法在上述步骤(6)中讲到，在此不予赘述。
[0105] 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。
[0106] 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。
[0107] 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。
[0108] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。
【主权项】
1. 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，其特征在于，包括如下步骤： a. -地面终端k接收来自所述低轨卫星的导频信号； 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； 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； 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。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中还包括如下步骤： -存储所述最新时刻tk的卫星星历数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，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： -1个参考时刻； -相应所述参考时刻的6个开普勒轨道参数；以及 -相应所述参考时刻的相应的轨道摄动修正参数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤d之前还包括如下 步骤： -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 和所述低轨卫星之间的多普勒频移Af1;以及 -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所述地面终端k和所述低 轨卫星之间的多普勒频移Af2。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述轨道信息至少包括如下信息中的任 一种或任多种： _所述低轨卫星的地理位置信息的动态变化信息；以及 _所述当前时刻所述低轨卫星的速度信息。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中还包括步 骤： -存储所述最新时刻tk所述地面终端k的地理位置信息。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算所述地面 终端k和所述低轨卫星之间的多普勒频移： A/ =//* ，其中，所述/，为所述导频信号对应的伪码或载波频率，所述为所述低 轨卫星发射的下行信号的伪码或载波标称频率。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，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。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述多普勒频移是如下中 的任一种： -代表伪码的多普勒频移；或者 -代表载波的多普勒频移。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，在进行所述多普勒补偿 时，既对伪码多普勒进行补偿，也对载波多普勒进行补偿。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述伪码和载波的多普勒 频移的计算方式与补偿方式相同。
【专利摘要】本发明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，包括步骤：a.一地面终端k接收来自低轨卫星的导频信号；b.地面终端k基于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；c.基于最新时刻tk对应的导频信号的卫星星历信息、载波频率、相位以及伪码的频率、相位计算地面终端k与低轨卫星之间的多普勒频移；d.基于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。本发明优先采用高精度、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，用高精度的轨道星历法进行多普勒频移的估计与补偿。
【IPC分类】H04L27-00
【公开号】CN104702547
【申请号】CN201410675374
【发明人】侯缋玲, 梁旭文, 丁晟, 陈毅君, 吴康
【申请人】上海欧科微航天科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年11月21日