[發明專利]基于分段埃爾米特插值的測控通信信號模擬方法和裝置

有效

• 申請號: 201710139642.3
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106941381B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 王永慶;陸紹中;張春;陳巖;楊娜;劉東磊;何宜根
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;仇蕾安

本發明公開了一種基于分段三次埃爾米特插值的高精度測控通信信號模擬方法和裝置，該方案根據基本點索引，從存儲器中讀取運動數據；然后根據運動數據和小數間隔，輸入利用三階分段埃爾米特插值構建的埃爾米特插值器，獲得插值后的距離；然后插值后的距離轉化為相位，利用這個相位補償本地產生信號的相位，再根據合并相位查表輸出信號并進行調制，從而獲得模擬的測控通信信號。本發明采用分段埃爾米特插值可以同時保證距離與速度的連續性，因此解決了所模擬信號的相位、頻率抖動問題，使信號模擬結果更符合實際運動規律。同時避免了采用DDS技術所引起的量化誤差累積。

技術領域

本發明屬于航天測控通信、衛星導航定位、衛星通信領域，尤其涉及一種基于分段三次埃爾米特插值的高精度測控通信信號模擬方法和裝置。

背景技術

無論是航天測控通信、衛星導航定位還是衛星通信領域，它們均工作在高動態環境下，為了測試和驗證系統的測量性能以及對多普勒效應的處理能力，需要信號模擬器對信號的高動態特性實現高精度模擬。由于高動態信號模擬器的研制涉及許多復雜技術，因此一直是航天測控領域的研究熱點之一。

距離的分段多項式近似是一種常用的信號模擬方法，主要包括泰勒技術展開、最小二乘擬合等方法，并基于多階DDS實現。這一類方法存在兩方面問題：

(1)沒有約束分段多項式及其一階導數在各段間的連續性，致使距離與速度在分段節點處發生跳變，不滿足物理運動規律，并引起信號相位、頻率抖動；

(2)DDS會引起量化誤差累積，降低模擬精度。

目前，國內外針對高精度測控通信信號模擬主要集中在三個方面：

(1)提高多項式階次、減小分段間隔，以提升模擬精度并削弱距離、速度跳變幅度；

(2)研究各階DDS的量化位數，減小DDS量化誤差累積；

(3)提出新的量化誤差修正方法。

在2013年第4期《宇航學報》第34卷第552頁至558頁由范志良等人發表的《高動態衛星信號模擬器四階相位合成器設計》中提出采用高階DDS以提升距離及速度的模擬精度。該方法雖然可以進一步提升模擬精度，但該方法并不能從根本上解決距離、速度跳變問題及量化誤差累計問題。

在2014年第1期《Chinese Journal of Electronics》第23卷第204頁至208頁由Yang Zhou等人發表的“A Novel Generalized Simulation Technology of AerospaceTTC Channel”中提出采用最小二乘擬合方法用多項式對星地距離進行近似，從而提升了測控通信信號的模擬精度，但該方法同樣基于DDS實現，并沒有解決量化誤差累積及模擬距離、速度跳變等問題。

在2014年周揚發表的北京理工大學博士學位論文“通用化測控信道模擬器關鍵技術研究”中，提出了一種多階DDS量化誤差修正算法。通過對上一分段的量化累積誤差進行估計，并在當前分段對上一分段累計誤差進行修正。同時對距離連續性進行約束，從而消除距離模擬跳變問題。首先，雖然該方法可以消除前一分段的量化誤差累計，但當前分段的量化誤差并沒有進行修正；其次，該方法并沒有約束速度的連續性，因此速度跳變依然存在；最后，由于需要估計量化累計誤差，因此該方法實現復雜度較高。

因此，現有技術均沒有徹底解決信號相位頻率抖動以及量化誤差累積的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于分段三次埃爾米特插值的高精度測控通信信號的模擬方法和裝置，該方案基于插值濾波器實現，分段埃爾米特插值可以同時保證距離與速度的連續性，從而解決所模擬信號的相位、頻率抖動問題；相比傳統DDS實現方法，插值濾波器不存在量化誤差累計問題。因此，本發明引入分段三次埃爾米特插值方法實現高精度測控通信信號模擬，從本質上解決傳統方法的弊端，并提高模擬精度。