[發(fā)明專(zhuān)利]一種低軌衛(wèi)星通信動(dòng)態(tài)時(shí)延和多普勒模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011276417.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112311449B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王聞今;孫港樂(lè);李靈瑄;陳婷婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B7/185
• 分類(lèi)號(hào): H04B7/185;H04B17/391;H04L27/00
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

本發(fā)明公開(kāi)了一種低軌衛(wèi)星通信動(dòng)態(tài)時(shí)延和多普勒模擬方法，根據(jù)低軌衛(wèi)星與地面終端的實(shí)時(shí)通信距離計(jì)算出動(dòng)態(tài)傳輸時(shí)延和動(dòng)態(tài)多普勒頻偏，并根據(jù)低軌衛(wèi)星信號(hào)傳輸模型設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)時(shí)延模擬系統(tǒng)。衛(wèi)星端的發(fā)送信號(hào)通過(guò)該動(dòng)態(tài)時(shí)延模擬系統(tǒng)后即可模擬得到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)延場(chǎng)景下的地面接收信號(hào)。本發(fā)明的動(dòng)態(tài)時(shí)延模擬系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)時(shí)延濾波器不用實(shí)時(shí)計(jì)算濾波器系數(shù)，利用Farrow結(jié)構(gòu)只需輸入實(shí)時(shí)時(shí)延即可更新濾波器系數(shù)，相較于其他方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，并且模擬結(jié)果精確。同時(shí)，采用升采樣和降采樣處理使得衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)頻帶處于時(shí)延濾波器良好幅頻響應(yīng)的工作頻段，進(jìn)一步降低時(shí)延模擬系統(tǒng)的誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，具體涉及一種利用分?jǐn)?shù)時(shí)延濾波器實(shí)現(xiàn)的低軌衛(wèi)星通信動(dòng)態(tài)時(shí)延和多普勒模擬方法。

背景技術(shù)

低軌衛(wèi)星運(yùn)行軌道高度約為600km～1500km，其繞地球運(yùn)行一圈的周期小于24小時(shí)。因此，低軌衛(wèi)星無(wú)法像同步軌道衛(wèi)星一樣與地面接收端保持相對(duì)靜止，而是與地面接收端之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。低軌衛(wèi)星通過(guò)地面接收端的上方并與地面接收端通信的這段時(shí)間稱(chēng)為低軌衛(wèi)星過(guò)頂過(guò)程。低軌衛(wèi)星過(guò)頂過(guò)程中由于與地面接收端相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與地面接收端的通信距離不斷變化使得通信傳輸時(shí)延隨之不斷改變。與此同時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的通信也會(huì)引起多普勒頻偏，不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的多普勒頻偏也在不斷變化，導(dǎo)致地面終端的實(shí)際接收信號(hào)難以準(zhǔn)確模擬。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種低軌衛(wèi)星通信動(dòng)態(tài)時(shí)延和多普勒模擬方法，采用升采樣和降采樣處理使得衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)頻帶處于時(shí)延濾波器良好幅頻響應(yīng)的工作頻段，進(jìn)一步降低時(shí)延模擬系統(tǒng)的誤差。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種低軌衛(wèi)星通信動(dòng)態(tài)時(shí)延和多普勒模擬方法，基于低軌衛(wèi)星過(guò)頂過(guò)程的通信距離不斷變化，導(dǎo)致信號(hào)傳輸時(shí)延和多普勒頻偏也隨之實(shí)時(shí)改變。本方法根據(jù)低軌衛(wèi)星與地面終端的實(shí)時(shí)通信距離計(jì)算出動(dòng)態(tài)傳輸時(shí)延和動(dòng)態(tài)多普勒頻偏，并根據(jù)低軌衛(wèi)星信號(hào)傳輸模型設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)時(shí)延模擬系統(tǒng)。衛(wèi)星端的發(fā)送信號(hào)通過(guò)該動(dòng)態(tài)時(shí)延模擬系統(tǒng)后即可模擬得到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)延場(chǎng)景下的地面接收信號(hào)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)時(shí)延模擬系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)時(shí)延濾波器不用實(shí)時(shí)計(jì)算濾波器系數(shù)，利用Farrow結(jié)構(gòu)只需輸入實(shí)時(shí)時(shí)延即可更新濾波器系數(shù)，相較于其他方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，并且模擬結(jié)果精確，具體包括以下步驟：

步驟1，利用低軌衛(wèi)星運(yùn)行軌道和地面終端的空間幾何位置關(guān)系計(jì)算出低軌衛(wèi)星過(guò)頂過(guò)程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)通信距離，進(jìn)而得到動(dòng)態(tài)傳輸時(shí)延T_D(t)和多普勒頻偏Δf(t)。

步驟2，利用低軌衛(wèi)星信號(hào)傳輸模型設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)時(shí)延模擬系統(tǒng)，并根據(jù)低軌衛(wèi)星傳輸信號(hào)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)傳輸時(shí)延更新模擬系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)時(shí)延濾波器的系數(shù)。

步驟2.1，建立動(dòng)態(tài)時(shí)延和多普勒?qǐng)鼍跋碌牡蛙壭l(wèi)星信號(hào)傳輸模型：

令低軌衛(wèi)星發(fā)送的QAM基帶信號(hào)為u(t)，其表達(dá)式為：

u(t)＝s_I(t)+js_Q(t)

其中，s_I(t)為I路基帶信號(hào)，s_Q(t)為Q路基帶信號(hào)，基帶信號(hào)u(t)經(jīng)過(guò)頻率為f_c的載頻調(diào)制后得到發(fā)送信號(hào)s(t)，其表達(dá)式為：

其中，Re為取實(shí)數(shù)的操作，j₀為

發(fā)送信號(hào)s(t)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)傳輸時(shí)延T_D(t)后被地面終端接收。在不考慮信號(hào)衰減、多徑傳播因素，只考慮傳輸時(shí)延的情況下地面終端接收到的接收信號(hào)r(t)表達(dá)式：