一种卫星信号接收装置和多普勒频偏处理方法与流程

本发明实施例涉及卫星通信技术，尤其涉及一种卫星信号接收装置和多普勒频偏处理方法。

背景技术：

目前，卫星通信技术不断发展，而对多普勒频偏的估计及补偿是实现卫星通信系统非常重要的一个环节。

在地面移动通信系统中，主要使用终端基带信号处理单元进行多普勒频偏的估计和补偿，但由于卫星通信多普勒频偏过大，正常情况下基带信号处理单元无法正确估算出多普勒频偏。

在卫星通信系统中，多采用毫米波频段，收发的频率较高，一般采用二级变频的方案将高频信号转换至基带信号，二级变频中，第一级射频收发单元将毫米波频段变频至较低的中频频率，其频率是可以灵活调整的，可以适配不同的收发频率，第二级的中频收发单元一般采用固定中频，其目的是将较低的中频信号变频至模拟基带信号，因此，现有技术中在卫星通信系统中进行多普勒频偏处理的一种方式可以是在基带信号处理单元进行多普勒频偏的计算，并且由于第一级射频收发单元中的频率是可以灵活调整的，所以通过调整射频收发单元的频率进行多普勒频偏的补偿，这种方式的多普勒频偏是通过基带信号处理单元计算的，其计算精度和速率都会受到基带信号处理单元处理能力的限制；另一种方式可以是通过多普勒频偏计算单元进行多普勒频偏的估计，此时多普勒频偏的补偿和载波频率调整需要同时进行，将二者的调整量进行合成，增加了系统的复杂度，特别是在要求多普勒频偏补偿的精度较高的情况下，系统设计复杂度更高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种卫星信号接收装置和多普勒频偏处理方法，通过卫星和设备运行信息确定多普勒频偏，并在目标变频处理单元补偿多普勒频偏，简化了系统设计的同时，降低了对数字处理器的要求。

第一方面，本发明实施例提供了一种卫星信号接收装置，所述装置包括：多普勒频偏确定模块，以及基础接收模块；所述基础接收模块，包括至少两级的变频处理单元，所述多普勒频偏确定模块与所述基础接收模块中设定级别的目标变频处理单元相连，其中，所述目标变频处理单元是可调谐中频接收单元；

所述多普勒频偏确定模块，用于根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏，并将所述多普勒频偏发送至所述目标变频处理单元；

所述基础接收模块，用于将接收的卫星信号通过多级下变频处理，并进行与所述多普勒频偏匹配的多普勒频偏补偿，得到数据基带信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种多普勒频偏处理方法，所述方法包括：

通过多普勒频偏确定模块，根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏，并将所述多普勒频偏发送至所述基础接收模块中包括的目标变频处理单元，所述基础接收模块中包括至少两级的变频处理单元，其中，所述目标变频处理单元是可调谐中频接收单元；

通过基础接收模块，将接收的卫星信号通过多级下变频处理，并进行与所述多普勒频偏匹配的多普勒频偏补偿，得到数据基带信号。

本发明实施例的技术方案，卫星信号接收装置包括，多普勒频偏确定模块，以及基础接收模块；基础接收模块，包括至少两级的变频处理单元多普勒频偏确定模块与基础接收模块中设定级别的目标变频处理单元相连；多普勒频偏确定模块，用于根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏，并将多普勒频偏发送至目标变频处理单元；基础接收模块，用于将接收的卫星信号通过多级下变频处理，并进行与多普勒频偏匹配的多普勒频偏补偿，得到数据基带信号，一方面，实现了根据卫星和设备运行信息确定多普勒频偏，计算简单，降低了对数字处理器的要求，另一方面，在目标变频处理单元补偿多普勒频偏，简化了系统设计。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种卫星信号接收装置的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的一种多普勒频偏处理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一中的一种卫星信号接收装置的结构示意图，本实施例的技术方案适用于卫星通信领域的地面终端、基站或信关站接收到的卫星信号出现多普勒频偏的情况，该卫星信号接收装置包括多普勒频偏确定模块1，以及基础接收模块2，基础接收模块2，包括至少两级的变频处理单元，多普勒频偏确定模块1与基础接收模块2中设定级别的目标变频处理单元相连，其中，所述目标变频处理单元是可调谐中频接收单元22。

多普勒频偏确定模块1，用于根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏，并将多普勒频偏发送至目标变频处理单元。

其中，多普勒频偏确定模块1可以先分别进行卫星运行信息，例如，卫星运行轨迹、运行速率，和设备运行信息，例如，设备运动方向和运动速率等信息的采集，在采集到卫星和设备的运行信息后，根据上述信息，通过多普勒频偏的计算公式计算多普勒频偏，最终将多普勒频偏发送到基础接收模块2包含的目标变频处理单元进行多普勒频偏补偿，其中，基础接收模块2包含至少两级变频处理单元，目标变频处理单元可以是基础接收模块2中包含的可以进行频率调节的变频处理单元，例如，射频接收单元，或者可调谐中频接收单元。

可选的，多普勒频偏确定模块1包括：星历信息获取单元11、设备位置及状态获取单元12以及多普勒频偏计算单元13；所述多普勒频偏计算单元13与所述目标变频处理单元相连；

所述星历信息获取单元11，用于获取所述卫星运行信息，并发送至所述多普勒频偏计算单元13；

所述设备位置及状态获取单元12，用于获取所述设备运行信息，并发送至所述多普勒频偏计算单元13；

所述多普勒频偏计算单元13，用于根据所述卫星运行信息和所述设备运行信息，确定多普勒频偏，并将所述多普勒频偏发送至所述目标变频处理单元。

本可选的实施例中，提供了多普勒频偏确定模块1的具体结构，主要包括星历信息获取单元11、设备位置及状态获取单元12以及多普勒频偏计算单元13，多普勒频偏计算单元13与目标变频处理单元相连，由多普勒频偏计算单元13将需要补偿的多普勒频偏发送到目标频偏处理单元进行多普勒频偏的补偿。

其中，星历信息获取单元11，主要用于获取卫星星历。卫星星历，又称为两行轨道数据(two-lineorbitalelement，tle)，是用于描述太空飞行体位置和速度的表达式，可以根据卫星星历得到卫星的运行信息，例如，卫星的运行轨迹以及卫星的运行速率等信息，最终星历信息获取单元11将获取到的卫星运行信息发送至多普勒频偏计算单元13，用于计算多普勒频偏；设备位置及状态获取单元12，主要用于获取设备的运行信息，例如，获取设备的位置信息、设备的运动方向以及运动速率等信息，最终设备位置及状态获取单元12将获取到的设备运行信息发送至多普勒频偏计算单元13，用于计算多普勒频偏；多普勒频偏计算单元13，主要用于根据上述卫星运行信息和设备运行信息，计算多普勒频偏，这种直接根据卫星和设备的运行信息计算多普勒频偏的方式，相对于通过对接收到的卫星信号进行处理获得多普勒频偏的方式，计算更加简便，不但能快速获取多普勒频偏，还能大大的降低对数字处理器的要求，最终多普勒频偏计算单元13将计算得到的多普勒频偏发送到目标变频处理单元，以指示目标变频处理单元进行多普勒频偏的补偿。

可选的，卫星运行信息包括卫星的运行轨迹和运行速率；

设备运行信息包括设备的位置、运动方向以及运动速率。

本可选的实施例，提供了卫星运行信息和设备运行信息包含的具体信息，其中，卫星运行信息具体包括卫星的运行轨迹和运行速率，设备运行信息具体包括设备的位置、运动方向和运动速率。

可选的，多普勒频偏计算单元13，具体用于：

根据所述设备运行信息和所述卫星运行信息，确定设备和卫星的运动方向夹角和相对运动速度；

根据所述设备和卫星的运动方向夹角和相对运动速度，确定多普勒频偏。

可选的，所述多普勒计算及调整单元13具体用于：

根据公式：计算所述多普勒频偏fd；

其中，f是卫星中心频率，c是光速，v是设备和卫星的相对运动速度，θ是设备和卫星的运动方向夹角。

上述两个可选的实施例，提供了多普勒频偏计算单元13计算多普勒频偏的具体方式，首先，根据星历信息获取单元11和设备位置及状态获取单元12发送的卫星运行信息和设备运行信息，确定设备和卫星的运动方向夹角和相对运动速度，具体的，可以根据卫星的运行轨迹和设备的运动方向获取设备和卫星的运动方向夹角，并根据卫星的运动轨迹和运行速率，以及设备的运动方向和运动速率共同确定设备和卫星的相对运动速度，然后根据计算出的设备和卫星的运动方向夹角和相对运动速度计算多普勒频偏。

具体的，多普勒频偏计算公式如下：

其中，fd表示多普勒频偏，f是卫星中心频率，c是光速，v是设备和卫星的相对运动速度，θ是设备和卫星的运动方向夹角。

基础接收模块2，用于将接收的卫星信号通过多级下变频处理，并进行与多普勒频偏匹配的多普勒频偏补偿，得到数据基带信号。

需要说明的是，对于卫星通信系统，尤其是宽带卫星通信系统，多采用毫米波频段，收发的频率较高，一般需要采用多级变频的方案将高频信号转换至基带信号。

其中，基础接收模块2主要用于将接收的卫星信号通过多级下变频处理，并进行与多普勒频偏匹配的多普勒频偏补偿，得到数据基带信号，具体的，可以通过基础接收模块2包含的目标变频处理单元进行多普勒频偏的补偿。

可选的，所述基础接收模块2具体包括：射频接收单元21、可调谐中频接收单元22、模数转换单元23以及基带信号处理单元24，所述可调谐中频接收单元22与所述多普勒频偏计算单元13相连。

本可选的实施例中，提供了基础接收模块2的具体组成单元，包括射频接收单元21、可调谐中频接收单元22、模数转换单元23以及基带信号处理单元24，其中，可调谐中频接收单元22与多普勒频偏计算单元13相连。

此时，可调谐中频接收单元22即为上述目标变频处理单元，通过接收到的多普勒频偏计算单元13发送的多普勒频偏，进行多普勒频偏的补偿。

所述射频接收单元21用于，接收卫星通信系统发送的卫星信号，将所述卫星信号变频至中频信号，并将所述中频信号发送至所述可调谐中频接收单元22；

所述可调谐中频接收单元22用于，根据所述多普勒频偏，对所述中频信号进行多普勒频偏补偿以及变频处理，得到模拟基带信号，并将所述模拟基带信号发送至模数转换单元23；

所述模数转换单元23用于，将所述模拟基带信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送至基带信号处理单元24；

所述基带信号处理单元24用于，将所述数字信号进行处理，得到所述数字信号包含的信息。

本可选的实施例中，提供了基础接收模块2中包含的各单元的功能，其中，射频接收单元21用于，通过天线接收卫星通信系统发送的卫星信号(多为毫米波频段)，将卫星信号由高频变频至中频信号，并将中频信号发送至可调谐中频接收单元22进行下一级变频，此外，射频接收单元还会根据基带信号处理单元获取的网络信息进行载波频率的调整；可调谐中频接收单元22，是可以实现频率调节的中频接收单元，其可以将射频接收单元21发送的中频信号进行变频，得到模拟基带信号，同时，由于可调谐中频接收单元22可以进行频率的调节，可以根据与其相连的多普勒频偏计算单元13发送的多普勒频偏，对中频信号进行多普勒频偏补偿，得到经过多普勒频偏补偿的模拟基带信号，并将所述模拟基带信号发送至模数转换单元23；模数转换单元23用于，将模拟基带信号转换为数字信号，并将数字信号发送至基带信号处理单元24；基带信号处理单元24用于，将数字信号进行处理，得到数字信号包含的信息。

本发明实施例的技术方案，卫星信号接收装置包括，多普勒频偏确定模块，以及基础接收模块；基础接收模块，包括至少两级的变频处理单元多普勒频偏确定模块与基础接收模块中设定级别的目标变频处理单元相连；多普勒频偏确定模块，用于根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏，并将多普勒频偏发送至目标变频处理单元；基础接收模块，用于将接收的卫星信号通过多级下变频处理，并进行与多普勒频偏匹配的多普勒频偏补偿，得到数据基带信号，一方面，实现了根据卫星和设备运行信息确定多普勒频偏，计算简单，降低了对数字处理器的要求，另一方面，在目标变频处理单元补偿多普勒频偏，简化了系统设计。

实施例二

图2为本发明实施例二中的一种多普勒频偏处理方法的流程图，本实施例的技术方案适用于卫星通信领域的地面终端、基站或信关站接收到的卫星信号出现多普勒频偏的情况，该方法可以由卫星信号接收装置执行。下面结合图2对本发明实施例二提供的一种多普勒频偏处理方法进行说明，包括以下步骤：

步骤210、通过多普勒频偏确定模块，根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏，并将多普勒频偏发送至基础接收模块中包括的目标变频处理单元，基础接收模块中包括至少两级的变频处理单元，其中，所述目标变频处理单元是可调谐中频接收单元。

本实施例中，通过多普勒频偏确定模块进行多普勒频偏的计算，示例性的，分别由多普勒频偏确定模块包含的星历信息获取单元和设备位置及状态获取单元获取卫星运行信息和设备运行信息，并将上述获取到的信息全部发送至多普勒频偏确定模块包含多普勒频偏计算单元，由多普勒频偏计算单元计算多普勒频偏，最终多普勒频偏计算单元将计算出的多普勒频偏发送到基础接收模块中包括的目标变频处理单元。

其中，基础接收模块中包括至少两级的变频处理单元，用于将从卫星接收到的卫星信号经过至少两级变频处理，得到基带信号，而目标变频处理单元是指最终要根据多普勒频偏计算单元发送的多普勒频偏，进行多普勒频偏补偿的变频处理单元。

可选的，通过多普勒频偏确定模块，根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏，包括：

通过所述多普勒频偏确定模块包含的星历信息获取单元，获取所述卫星运行信息，并发送至所述多普勒频偏计算单元；

通过所述多普勒频偏确定模块包含的设备位置及状态获取单元，获取所述设备运行信息，并发送至所述多普勒频偏计算单元；

通过所述多普勒频偏确定模块包含的多普勒频偏计算单元，根据所述卫星运行信息和所述设备运行信息，确定多普勒频偏。

本可选的实施例中，提供了通过多普勒频偏确定模块，根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏的方式，具体的，通过多普勒频偏确定模块包含的星历信息获取单元，获取卫星运行信息，并发送至所述多普勒频偏计算单元，示例性的，卫星运行信息可以包括卫星的运行轨迹和运行速率，然后通过多普勒频偏确定模块包含的设备位置及状态获取单元，获取设备运行信息，并发送至多普勒频偏计算单元，示例性的，设备运行信息可以包括设备的位置、运动方向和运动速度等信息，最终，通过多普勒频偏确定模块包含的多普勒频偏计算单元，根据卫星运行信息和所述设备运行信息，确定多普勒频偏。

可选的，所述卫星运行信息包括卫星的运行轨迹和运行速率；

所述设备运行信息包括设备的位置、运动方向以及运动速度。

本可选的实施例中，提供了卫星运行信息和设备运行信息包含的具体信息，其中，卫星运行信息具体包括卫星的运行轨迹和运行速率，设备运行信息具体包括设备的位置、运动方向和运动速率。

可选的，通过所述多普勒频偏确定模块包含的多普勒频偏计算单元，根据所述卫星运行信息和所述设备运行信息，确定多普勒频偏，包括：

根据所述设备运行信息和所述卫星运行信息，确定设备和卫星的运动方向夹角和相对运动速度；

根据所述设备和卫星的运动方向夹角和相对运动速度，确定多普勒频偏。

本可选的实施例中，提供了计算多普勒频偏的具体方式，首先根据设备运行信息和所述卫星运行信息，确定设备和卫星的运动方向夹角和相对运动速度，然后根据设备和卫星的运动方向夹角和相对运动速度，确定多普勒频偏，具体的多普勒频偏计算公式如下：

其中，fd表示多普勒频偏，f是卫星中心频率，c是光速，v是设备和卫星的相对运动速度，θ是设备和卫星的运动方向夹角。

步骤220、通过基础接收模块，将接收的卫星信号通过多级下变频处理，并进行与多普勒频偏匹配的多普勒频偏补偿，得到数据基带信号。

本实施例中，通过基础接收模块进行卫星信号的接收和变频处理，最终得到数据基带信号，具体的，通过基础接收模块包含的射频接收单元通过天线接收卫星通信系统发送的卫星信号，并将上述卫星信号由高频变频至中频信号，将中频信号发送到基础接收模块包含的可调谐中频接收单元，由可调谐中频接收单元根据多普勒频偏计算单元发送的多普勒频偏，对所述中频信号进行多普勒频偏补偿以及变频处理，得到模拟基带信号，并将模拟基带信号发送至基础接收模块包含的模数转换单元，然后由模数转换单元将模拟基带信号转换为数字信号，并发送至基带信号处理单元进行数字信号的处理。

本发明实施例的技术方案，通过多普勒频偏确定模块，根据采集的卫星运行信息和设备运行信息确定多普勒频偏，并将多普勒频偏发送至基础接收模块中包括的目标变频处理单元，基础接收模块中包括至少两级的变频处理单元，并通过基础接收模块，将接收的卫星信号通过多级下变频处理，并进行与多普勒频偏匹配的多普勒频偏补偿，得到数据基带信号，一方面，实现了根据卫星和设备运行信息确定多普勒频偏，计算简单，降低了对数字处理器的要求，另一方面，在目标变频处理单元补偿多普勒频偏，简化了系统设计，且不占用数字处理器资源。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。