[發明專利]一種高超聲速飛行器大動態多普勒場景實時通信方法

有效

• 申請號: 201810879206.4
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109039970B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 石磊;劉彥明;張超;李小平;朱從瑩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04L25/02;H04L5/00
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于無線通信技術領域，公開了一種高超聲速飛行器大動態多普勒場景實時通信方法，包括：在發送端，對發送信號進行預編碼，插入導頻數據后發送；在接收端，提取導頻數據，一方面利用導頻信息粗捕獲多普勒頻偏以及多普勒一次變化率，一方面利用導頻信息估計信道狀態信息；捕獲方面采用基于FFT并行分段的方法完成快速粗捕獲；粗捕獲多普勒頻偏以及多普勒變化率之后，對接收數據進行人工搬移，估計信道狀態信息后進行分集合并。本發明能夠滿足高超聲速飛行器實時遙測通信的要求，具有耗時短，復雜度低的特點，對高超聲速飛行器的實時通信具有重要意義。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種高超聲速飛行器大動態多普勒場景實時通信方法。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：高超聲速飛行器通常在20-100km的臨近空間以10馬赫以上速度高速飛行。飛行器與地面測控站之間存在很大的相對運動和徑向速度，將使得載波頻率產生很大的多普勒頻率偏移。在典型測控S頻段下最大多普勒偏移可能會超過150kHz，且飛行器具有較高加速度時存在多普勒頻偏一次變化率，最大變化率也可達10kHz/s。這使得多普勒頻偏在很大的頻率范圍內漂移，給接收機接收信號的載波快速捕獲和信號解調帶來極大的困難，將會嚴重影響通信質量。目前多普勒捕獲常用的手段有基于極大似然(ML)準則估計類算法、時頻分析類算法、鎖頻鎖相環類方法。ML類方法是一個多維的非線性優化問題，計算復雜度高，對初始值的選取要求高，幾乎無法在實際中應用；時頻分析類方法適合于非平穩信號的檢測，不利于微弱高動態信號的實時捕獲；鎖頻鎖相環類方法在跟蹤環路方面存在著硬件復雜度高、動態性能差、容易失鎖及耗時長的缺點。上述傳統方法在大動態多普勒場景下，由于多普勒頻偏大，導致精確捕獲的時間長；由于多普勒的高動態性，導致實時捕獲困難，使得捕獲時間/捕獲速度與精度存在不可調和的矛盾，無法滿足高超聲速飛行器快速實時通信的需求。如果我們能夠避開傳統方法中所存在的捕獲時間/捕獲速度與精度這種矛盾，提出一種能夠快速捕獲并實時解調信號的研究思路，以實現高超聲速飛行器大動態多普勒場景下實時測控通信的需求，對未來高超聲速飛行器的測控通信具有指導意義。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種高超聲速飛行器大動態多普勒場景實時通信方法。

本發明是這樣實現的，一種大動態多普勒場景實時通信方法，所述大動態多普勒場景實時通信方法在發送端，對發送信號進行預編碼，插入導頻數據后發送；在接收端，提取導頻數據，利用導頻信息粗捕獲多普勒頻偏以及多普勒一次變化率，利用導頻信息估計信道狀態信息；捕獲采用基于FFT并行分段的方法完成快速粗捕獲；粗捕獲多普勒頻偏以及多普勒變化率之后，對接收數據進行人工搬移，估計信道狀態信息后進行分集合并。

進一步，所述大動態多普勒場景實時通信方法包括以下步驟：

步驟一，原始數據經調制后做預處理，插入導頻信息進行發送；

步驟二，提取接收信號的導頻信息，對多普勒變化范圍以及多普勒變化率的變化范圍分段，與導頻信息匹配進行粗捕獲；

步驟三，對接收信號進行頻偏補償，然后對帶有殘余多普勒頻偏的信號做人工頻移、分集處理、解調得到最終數據。

進一步，所述步驟一具體包括：

(1)原始數據經bpsk調制后進行IFFT預處理，得到待發送數據X_s[m]；

(2)為待發送數據X_s[m]等間隔插入一段比例為λ＝k/(k+m)的導頻數據X_sp[k]，令k+m＝n，得到發送數據為X_s[n]；n，m，k分別是發送數據總長度、原始數據長度、導頻數據長度。

進一步，所述步驟二具體包括：