[發明專利]低軌衛星擴頻通信體制信號捕獲跟蹤系統

有效

• 申請號: 202110596447.X
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113238261B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 朱國富;梅勇兵;李大芳;向前
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: G01S19/29
• 分類號: G01S19/29;G01S19/30
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種低軌衛星擴頻通信體制信號捕獲跟蹤系統，具有抗干擾、捕獲速度快、跟蹤效率高。本發明通過下述技術方案實現：接收機通過混頻濾波模塊混頻濾波和ADC模塊模數AD變換后，得到一個數字低中頻信號；經正交下變頻模塊數字下變頻及低通濾波模塊低通濾波，得到數字基帶信號，并分兩路分別送入相關捕獲模塊和跟蹤模塊，相關捕獲模塊采用基于FFT的并行捕獲算法對數字基帶信號進行相關處理，獲得碼相位和多普勒頻偏粗略估計值，捕獲擴頻信號的載頻和碼起點；跟蹤模塊對數字基帶信號進行精確估計；相關捕獲模塊和跟蹤模塊不斷通過載波NCO和碼NCO校正頻率和相位，實現同步和長地址碼快速捕獲，最后通過信息解析模塊解析得到衛星信號的通信信息。

技術領域

本發明涉及一種低軌道(LEO)衛星通信信號捕獲與跟蹤系統，更具體地說，是一種用于擴頻體制的低軌衛星擴頻通信體制信號捕獲跟蹤系統。

背景技術

隨著衛星移動通信技術的發展，現代衛星通信系統除了同步靜止軌道(GEO)衛星通信系統，還有中、低軌道衛星通信系統，其具有傳輸損耗小和低時延等通信優勢，且蜂窩通信、多址、頻率復用等技術的發展也為低軌衛星移動通信提供了技術保障，因此低軌衛星通信系統被認為是最新最有前途的衛星移動通信系統。隨著移動通信需求的急劇增長以及擴頻體制低軌衛星通信系統的蓬勃發展，對擴頻體制低軌衛星通信接收的需求也越來越多。低軌(LEO)衛星通信系統采用擴頻通信技術，可以使衰落和干擾因素對通信質量的影響得到很大程度的改善。與常規通信體制相比，擴頻技術具有隱蔽性高、抗干擾能力強等特點。與同步靜止軌道GEO衛星相比，低軌道星雖然其發射功率大大降低，傳播時延顯著減小，軌道資源豐富。但低軌道星信道較為惡劣，并且容易面臨各種敵意干擾，信號檢測的難度大。與此同時，與同步軌道衛星通信系統相比，低軌衛星通信系統的衛星軌道較低，衛星與地球表面的接收站之間存在相對運動，且衛星角速度很大，存在多普勒頻移，衛星通信的載頻捕獲的難度顯著增加。由于多普勒效應對信號所有頻率成份作相同的改變，在其造成載波頻偏的同時也導致了碼多普勒頻偏。碼頻頻偏會使接受到的直擴信號的碼片寬度發生變化,當其為正值時，碼片寬度會變窄，為負值時，碼片寬度變大。由于通常被用于低軌道衛星通信體制的衛星，相對地球具有很大的徑向速度和加速度，使接收信號附加了很大的多普勒頻率偏移，例如：位于高空1000km，傾角53度的低軌衛星，當此衛星信號載波為1GHz，則其多普勒最大頻偏可高達40kHz，多普勒變化率最大可達200Hz/s；又由于它過境時間短，所以要求能夠快速地捕獲偽碼。多普勒頻移下碼捕獲是需要解決的關鍵技術。當低軌衛星系統采用直接序列擴頻方式通信時，頻差條件下的同步是必須解決的首要問題。通常直擴同步分兩步實現：捕獲與跟蹤，擴頻碼的捕獲一般通過相關來實現，但接收信號存在大的多普勒頻移時，簡單的捕獲方法致使相關性能惡化，尤其是長擴頻地址碼系統。對于低軌衛星通信系統采用一般的捕獲方案，頻差將造成捕獲性能嚴重的惡化，尤其是長擴頻地址碼系統。要使直擴系統在如此復雜惡劣的環境下仍能穩定可靠的工作,關鍵一環是系統必須具有良好的碼同步能力,而碼同步必須首先完成碼捕獲,然后才能進行碼跟蹤。碼相位的不確定性是影響碼捕獲的一個普遍因素。由于發送信號在傳播過程中可能會遭受各種影響，例如電離層、大氣及降雨等都會影響信號的傳播,這使得接收信號會產生隨機時延。對于直擴信號，隨機時延等效為接收信號的碼相位存在不確定性,因此為完成碼捕獲一般是在L個碼相位上進行搜索,L通常取值為PN碼的碼長。由于低軌衛星高速運動帶來的多普勒頻偏以及較大的多普勒頻偏變化率，常規的通信信號捕獲與跟蹤的方法不能適用。