低轨非同步卫星的多普勒频移分析

在低轨非同步卫星通信中,地面站与绕地球旋转的低轨卫星存在径向的相对运动,接收信号频率会与原信号频率发生偏移,产生多普勒效应。由卫星轨道参数和地面站最大可视仰角可以得到低轨卫星的多普勒频移计算公式。通过对连续四轨STK(卫星工具包)仿真数据和多普勒频移公式计算值的对比,得到多普勒频移及其变化率的相关曲线图,可为低轨非同步卫星的多普勒频移提供估算与补偿依据,以确保卫星通信的质量。     

低轨星DSSS信号快速捕获技术研究

本文介绍了一种基于非相干的低轨星直接扩频信号快速捕获技术。低轨星高速运动所带来的大多普勒频偏成为制约传统捕获方法的主要因素，导致捕获性能严重恶化，同时低轨星快速的过境时间要求加快信号捕获速度。部分匹配滤波器可在时域快速完成码相位搜索，快速傅里叶变换可在频域完成多普勒频移搜索。相比传统捕获方法，部分匹配滤波器结合快速傅里叶变换的捕获方法可快速完成大范围多普勒频偏搜索，为低轨卫星直扩导航信号的接收提供支撑。     

高动态短时突发扩频信号的快速捕获

针对低信噪比和大多普勒频移环境下,短帧突发直接序列扩频通信系统要求在短时间内以很低虚警和漏警概率捕获信号这一难题,设计了仅使用独特码的短时突发扩频信号帧结构,在接收端将扩频码与独特码作为一个复合扩频码看待,提出了基于FFT的高动态突发信号捕获方法,可同时快速完成突发信号检测、扩频码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。仿真结果表明:该算法能有效消除多普勒频移对短时突发扩频信号捕获性能的影响。     

基于FFT实现短波扩频系统载波频差估计

短波扩频系统中,由于伪码速率低,加上频率源不稳定及多普勒频移的影响,收发端载波往往存在一定频差,使得PN码无法同步。针对这种情况,提出了对正交下变频后I,Q两路信号相乘的结果做快速傅立叶变换来估计频差的方法。这种方法简单易行,且不受PN是否同步的影响,可以把收发端载波频差控制在很小的范围内。     

面向低轨卫星互联网的随机接入前导码传输技术

围绕低轨卫星随机接入过程中前导码传输性能开展研究，在对现有基于Zadoff-Chu(ZC)序列的两种前导码设计方案基础上，提出一个三级ZC根序列级联的前导码设计方法，并给出了复杂度分析结果。此外，在考虑离散傅里叶变换扩展正交频分复用(Discrete Fourier Transform spread OFDM,DFT-s-OFDM)波形传输的情况下，对低轨卫星随机接入过程前导码检测性能开展了系统级仿真。通过仿真首先探明了不同类型前导码进行峰值检测时所具有的最优检测阈值，其次探究了不同多普勒频移和多用户干扰对前导码检测性能的作用机理，最后分析了不同天气条件对多用户前导码检测性能的影响。上述研究显示采用多个ZC根序列级联的方法可显著提高低轨卫星随机接入用户的数量，但复杂度较高，且受多用户干扰和多普勒频移的影响，该方法的检测性能受限。     

卫星通信中多普勒频移的快速捕获

本文提出了一种适用于低轨卫星扩频通信系统的多普勒频移快捕方法.该方法基于数字匹配滤波器及自动频率控制环路,利用数字匹配滤波器的PN码快捕特性及其输出主相关峰值对频偏的敏感性,缩短多普勒频移的捕获时间.论文首先推导了多普勒频移的平均捕获时间表达式,然后根据数值分析结果得到了准最佳捕获判决策略,最后通过比较验证了该快捕方法相对于传统串行捕获方法在性能上的提高.     

多普勒频移对低轨卫星通信抗干扰的影响

低轨卫星具有多普勒频移大的特点.对存在同频段干扰情况下,卫星信号和干扰信号的多普勒频移的规律及其对抗干扰性能的影响进行了分析.结果表明,当卫星运行至地面终端和干扰源之间时,卫星有用信号和干扰信号的相对频移尤其大,这就对低轨卫星通信中干扰的跟踪和抑制提出了更高的要求.     

低轨卫星CDMA突发通信的信号检测与捕获分析以及基于FPGA的实现

CDMA作为一种抗噪声强、带宽分配灵活，保密性强的传输接入方式被广泛的应用于民用、军用低轨卫星通信系统中，而信号的捕获和同步分析对于设计一个可实现的低轨卫星CDMA接收机是至关重要的，在低轨卫星信道上的CDMA传输必须着重考虑以下两点；低轨卫星信道上的衰落以及相对较大的多普勒频移。本文针对低轨卫星信道特征，着重分析了在此信道上的信号检测（Signal Detection),初始的码捕获（Code Acquisition)，载波捕获(Carrier Acquistion)方法以及性能，并给出了基于FPGA实现的方案。     

大频偏下直接序列扩频系统的码捕获技术

关于大频偏下直接序列扩频系统的码捕获,一般的处理方法是在直扩信号中引入导频信号,接收端通过对导频信号的处理进行频偏估计,并消除频偏对PN码相关值的影响(典型的有“全球星”卫星移动通信系统)。然而,依据现代军事通信低截获、低检测性的要求,这种插入导频法已不再适用于军事通信。为解决此问题,文章介绍了直接序列扩频系统的一种新型码捕获技术即利用FFT消除频偏对PN码相关值影响的串并相关捕获,并进一步深入、具体的分析了这种捕获系统的原理,研究了此种捕获算法在加性高斯白噪声信道条件下的性能。     

卫星导航系统接收机原理与设计——之六

4.5.2数字信号检测Signal Detection上文假设接收机已经获取当前导航信号伪码延迟和多普勒频移参数对的预估值,因此,接收机可以利用当前估计的伪码延迟和多普勒频移参数对产生本地复制码。但是,GNSS接收机基带数字信号处理通道首次建立初始状态时,接收机并不能预估出导航信号的参数对(伪码延迟和多普勒频移),因此数字信号处理通道需要搜索可见范围内的所有的卫星(信号),即所谓的“冷启动”。接收机利用信号处理通道中的捕获模块     

FFT辅助的部分相关码捕获技术的实现

FFT辅助的部分相关伪码快捕方法将沿码相位-多普勒频率的二维搜索简化为沿码相位的一维搜索,克服了多普勒频率的影响,大大缩短了PN码捕获时间,适用于中低轨卫星.文中介绍了该方法的基本原理、性能分析和实现方案.实验结果表明,在大多普勒频偏下FFT辅助的部分相关码捕获方法是一种性能优良的伪码捕获方法.     

低轨LTE卫星随机接入前导设计及检测算法研究

针对低轨卫星环境中的较广波束覆盖范围和较大多普勒频移的特点,研究了能够应用于低轨LTE（Long Term Evolution）卫星移动通信中的随机接入前导及其检测算法。首先,提出多根长序列（MRLS）,该序列通过级联多个根序列号不同的短ZC（Zadoff-Chu）根序列构建,可以支持一步定时提前估计;其次,提出一种基于MRLS的随机接入前导检测算法,该算法通过相邻短ZC根序列的共轭相乘产生多个检测序列,再与多个待检序列进行联合差分相关检测,克服了整数倍和小数倍子载波间隔的多普勒频移的影响。仿真结果表明,利用MRLS序列,所提算法对载波频率偏移具有很好的鲁棒性,适用于基于LTE的低轨卫星移动通信系统。     

GEO与LEO间激光通信轨道特性仿真

为了优化GEO与LEO间激光通信系统的性能,建立了卫星通信轨道特性仿真模型。通过对一年内卫星数据的分析可知,卫星通信终端间的多普勒频移变化范围约为5109 Hz,可以使用多普勒频移补偿方法减少GEO与LEO之间的多普勒频移影响。对于相干通信,终端必须进行频移补偿;提前量角的范围大于激光束散角,因此终端需要进行提前量补偿,激光通信系统可根据提前量角对视轴进行提前修正,以减少相对速度对激光通信的影响;太阳干扰和地球遮挡的时间较长,应该进行卫星组网以改善可通率,在通信过程中应根据通信终端时间,优化两个通信终端的工作流程;GEO和LEO终端的视轴变化情况不同,因此应该为卫星设计不同结构。     

Design study for a CDMA-based LEO satellite network: downlinksystem level parameters

The performance analysis of a new concept of a code-division multiple-access (CDMA) based low Earth orbit (LEO) satellite network for mobile satellite communications is presented and discussed. The starting point was to analyze the feasibility of implementing multisatellite and multipath diversity reception in a CDMA network for LEO satellites. The results are used to specify the design parameters for a system experimental test bed. Due to the extremely high Doppler, which is characteristic of LEO satellites, code acquisition is significantly simplified by using a continuous wave (CW) pilot carrier for Doppler estimation and compensation. The basic elements for the analysis presented are: the channel model, the pilot carrier frequency estimation for Doppler compensation, and multipath and multisatellite diversity combining     

卫星通信中多普勒频偏的预校正

在低轨道卫星通信中，由于多普勒效应,无线电信号会产生频率偏移现象，这为接收机设计带来了一定的困难。一种新方法可用于消除多普勒频偏的影响：根据卫星与地面接收站之间的相对位置和速度，可预先计算出信号的多普勒频偏。据此实时地修正接收机中数字频率合成器输出的本振频率,以达到消除多普勒频偏的目的。     

面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

当前基于低轨卫星的导航定位方法研究成为国内外热点,其中基于低轨通信卫星的导航定位技术更是当前研究的重点方向。然而低轨通信星座较低的时空基准精度给导航定位带来了较大的挑战,针对弱时空基准约束的低轨卫星导航定位体制设计还处在研究的初级阶段。本文针对低轨通信星座的导航定位服务需求,基于LEO通信卫星的伪码测距信号与多普勒测频信号,开展精度因子（Dilution of Precision,DOP）及定位精度均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分析,并对两类测量体制下的低轨通信星座导航定位服务性能进行分析论证。理论分析与仿真结果表明,在设定低轨通信卫星10 m～30 m弱时空基准误差的约束下,多普勒测频体制具有更优的导航定位精度,其周期平滑后的三维RMSE值为1.28 m,相比伪码测距体制下的三维RMSE值优化了86.8%;二维RMSE值为0.99 m,相比于伪码测距体制提升了52.9%。本文提出了一种较为可靠的低轨通信星座多普勒定位方案,为未来低轨通信卫星用于导航定位服务提供了有益参考。     

低轨卫星直扩通信系统快速码捕获算法的设计

直接序列扩频用于低轨卫星通信可以解决抗敌意干扰问题,但多普勒频移下码捕获是需要解决的关键技术。基于离散时间信号处理分析了多普勒频差对码捕获性能的影响,给出部分匹配滤波器与FFT结合的码捕获算法原理。针对大频差、长地址码直扩系统的快速码捕获问题,提出了一种二次部分匹配滤波器与FFT结合算法的实现方案,在考虑捕获性能与实现复杂度之间的折衷上,具有很强的灵活性。     

Study on application of CMA to land mobile LEO satellite communication systems based on a deterministic channel model

This paper studies the application of the constant modulus algorithm (CMA) in land mobile low earth orbit (LEO) satellite communication systems. Two propagation phenomena prevail in narrow band land mobile LEO satellite channel, namely, adjacent channel interference (ACI) and frequency‐non‐selective fading. The performance of CMA for ACI cancellation and the behaviours of CMA in frequency‐non‐selective fading channels are evaluated using a digital beamforming (DBF) array antenna simulation scheme. All these evaluations are based on a simple but efficient channel model which provides a good and fast simulation method for land mobile LEO satellite channels. The restricted Jakes Doppler power spectral density (psd) function is incorporated into the model to ensure that it will be appropriate for the evaluation of a DBF antenna. Our results reveal that CMA can reject ACI and work well in frequency‐non‐selective fading channels. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种适合低轨卫星通信的宽带传输技术

针对低轨卫星通信过程中功率受限的约束以及宽带业务需求的不断增长,研究了一种宽带传输技术。首先,分析了离散傅里叶变换扩频正交频分复用技术的宽带传输能力以及低峰均比特性;其次,进行了低轨卫星运动场景下的多普勒频移及采样偏差的分析,并在此基础上提出了一种低轨宽带通信的帧结构。仿真结果表明,该技术可有效抗低轨场景下的多普勒残留频偏且能完成高速率的传输任务。