[發明專利]低軌衛星移動通信系統中頻偏校正方法

有效

• 申請號: 201810673752.2
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN109120561B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 巴特爾;王娜娜;朱峰;高西奇;趙黎曄;李紅寶;李延東
• 申請（專利權）人: 東南大學;航天東方紅衛星有限公司
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04B7/185
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明公開了一種低軌衛星移動通信系統中頻偏校正方法，包括：將衛星軌道高度及衛星下行波束俯視角作為已知參數，推導得到衛星與波束中心點處俯視角與地心角之間的關系，隨后計算衛星與波束中心點處的相對運動速度，并根據多普勒頻偏公式計算得到波束中心點處的多普勒頻偏，利用該頻偏值對本波束內的發送信號和接收信號進行頻偏校正。與現有技術相比，本發明提出的基于波束俯視角的頻偏校正技術計算簡單，所需參數數目少，可實現多普勒頻偏的快速估計和實時補償，將頻偏控制在較小的范圍內，結合傳統的頻偏估計方法，以較低的實現復雜度，保證系統穩定可靠的工作，在實際衛星移動通信系統中具有較高的實用價值。

技術領域

本發明涉及一種低軌衛星移動通信系統中多普勒頻偏校正方法，屬于衛星移 動通信技術領域。

背景技術

隨著未來通信需求和通信業務的不斷增長，衛星通信所具有的無縫覆蓋等優 勢將在未來天地一體化通信系統中發揮關鍵性作用。在低軌衛星通信鏈路中，由 于衛星與地面站、用戶終端之間存在的相對運動產生多普勒頻偏，接收端需要對 多普勒頻偏進行估計和補償之后，才能進行后續解調解碼。解決由衛星高速移動 所產生的多普勒頻偏問題，是提高通信可靠性，提高通信質量的關鍵保障。針對 低軌衛星移動通信過程中由于衛星高速運動所產生的多普勒頻偏問題，傳統方法 在接收端通過對接收信號的處理完成多普勒頻偏的捕獲和跟蹤，研究者們圍繞解 決多普勒頻偏的寬帶捕捉和大動態范圍跟蹤做了大量的工作以擴大捕捉范圍、改 善跟蹤能力，但每種解決方案相應的都會帶來其他性能的下降，例如解調門限、 捕獲時間、估計精度以及增加系統復雜度等，因而需要在各項性能間進行折中設 計。

發明內容

發明目的：針對現有技術的不足，本發明目的在于提出一種低復雜度的低軌 衛星移動通信系統中頻偏校正方法，可將低軌衛星移動通信系統的多普勒頻偏補 償至一個較小的范圍內，再配合傳統的頻偏估計方案實現精確頻偏估計及補償， 可以以較低的代價獲得較高的估計精度，具有很高的實用價值。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

低軌衛星移動通信系統中頻偏校正方法，該方法包括：

(1)獲取低軌衛星的軌道參數，包括軌道高度及波束俯視角信息；

(2)根據立體幾何關系及數學關系推導得到衛星相對地面終端波束中心點 處的俯視角與地心角之間的關系；

(3)計算得到衛星與該波束中心點相對距離d的表達式，從而根據d對時 間求導得到衛星相對地面接收端的運動速度v；

(4)根據步驟(3)得到的相對速度v及系統載波頻率f_c，計算得到該波束 中心點的多普勒頻偏f_d，所述多普勒頻偏是關于波束俯視角的函數；

(5)由給定的衛星軌道高度及波束俯視角信息，在整個波束覆蓋范圍內， 根據計算所得波束中心點處的多普勒頻偏作為整個波束覆蓋范圍內的多普勒頻 偏值，對收發信號進行頻偏校正。

作為優選，衛星與地面接收端波束中心點處由于相對運動產生的多普勒頻偏 是關于波束俯視角的函數，其表達式為：

其中，R為地球半徑，r＝R+h，h為衛星軌道高度，μ為開普勒常數，β、β₁分別為衛星與地球中心點的連線和與地面移動終端連線之間的夾角、衛星與地球 中心點的連線和與地面移動終端到星下點軌跡上投影點連線之間的夾角。

作為優選，所述步驟(5)中利用衛星波束中心點處的多普勒頻偏作為整個 波束的頻偏值，或利用波束覆蓋范圍內任意一點的多普勒頻偏值，對收發信號進 行頻偏校正。

作為優選，所述步驟(5)中在根據波束俯視角獲得多普勒頻偏值之后，星 上發射設備對發送信號進行頻偏校正，星上接收設備對接收信號進行頻偏校正。