一种卫星通信模组及其上行信号多普勒补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种卫星通信模组及其上行信号多普勒补偿方法，该方法包括：对接收机的时钟进行校准，跟踪对应的卫星下行信号；获取卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏并以此计算第一相对速度值，持续跟踪该卫星下行信号并获取更新后的卫星时钟偏差和第一相对速度值，利用第一速度值、第二速度值和第一相对速度值计算第二相对速度值，以获取上行信号所对应的上行多普勒频偏预估值，依据卫星时钟偏差、模组时钟偏差、下行多普勒频偏和上行多普勒频偏预估值计算得到上行信号的多普勒补偿值，以实现该模组上行信号的多普勒补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星通信模组及其上行信号多普勒补偿方法
本专利技术属于卫星通信
，更具体地，涉及一种卫星通信模组及其上行信号多普勒补偿方法。
技术介绍
在卫星通信系统中，卫星以数十km/s的相对速度围绕地球运动，卫星与地面终端之间必定会产生较大的多普勒频移，而较大的多普勒频偏对接收机提出较高的要求，传统的做法就是加大接收机的多普勒捕获范围，但该方法会影响系统其他性能(如增加系统复杂性、延长捕获时间)，并会增加硬件成本。另外一种方法就是对多普勒频移进行估计，并根据估计结果进行多普勒的补偿或消除，但采用的多普勒预估的方法也存在计算量大，实时性差的缺点。在卫星通信系统中，无论是卫星端接收机还是地面端接收机对通信信号的捕获和跟踪性能直接关系到整个系统工作性能，且严重影响数据的收发和信息的时效性、正确性，而在捕获和跟踪过程中，卫星和地面设备之间的多普勒效应是必须要考虑的问题，而行云卫星系统要求卫星通信模组满足系统上行信号多普勒补偿精度±100Hz的指标要求，因而对卫星通信模组的精度提出了更高的要求。
技术实现思路
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种卫星通信模组及其上行信号多普勒补偿方法，旨在解决卫星通信模组的精度问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法，该方法包括：获取卫星通信模组的接收机所对应的时钟偏差并进行校准，依据预设需求对卫星信号进行捕获和跟踪，以跟踪对应的卫星下行信号；获取卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏，并以此计算第一相对速度值，第一相对速度值为卫星下行信号对应的卫星与卫星通信模组之间的速度差值；持续跟踪该卫星下行信号并获取更新后的卫星时钟偏差和第一相对速度值，卫星时钟偏差为卫星下行信号对应的卫星与卫星通信模组之间的时钟偏差；获取第一速度值和第二速度值，第一速度值和第二速度值分别为第一相对速度值更新时刻和上行信号发射时刻卫星通信模组的速度值；利用第一速度值、第二速度值和第一相对速度值计算第二相对速度值，第二相对速度值为上行信号发射时刻卫星和卫星通信模组之间的速度差值，并将第二相对速度值转换为上行信号所对应的上行多普勒频偏预估值；依据卫星时钟偏差、模组时钟偏差、下行多普勒频偏和上行多普勒频偏预估值计算得到上行信号的多普勒补偿值，以实现该模组上行信号的多普勒补偿。作为本专利技术的进一步改进，下行多普勒频偏通过计算卫星通信模组的跟踪环路输出的载波频率与卫星下行信号的基准频率之间的差值得到。作为本专利技术的进一步改进，接收机为GPS/BDS接收机，通过配置接收机的1pps输入接口，在接收机正常定位的情况下，以1pps为基准进行卫星通信模组的时钟偏差校准，并根据载波NCO原理调整所述卫星通信模组上行发射频率的载波频率字。作为本专利技术的进一步改进，卫星下行信号的捕获过程包括：根据不同编号卫星扩频码初始相位的不同进行可见卫星的搜索，或者通过预测卫星过顶时间对特定卫星进行信号捕获和跟踪。作为本专利技术的进一步改进，获取卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏包括：利用卫星通信模组的跟踪环路输出的载波频率与卫星下行信号基准频率之间的差值计算下行多普勒频偏。作为本专利技术的进一步改进，对计算出的下行多普勒频偏进行αβγ滤波后的值作为卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏。为实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种卫星通信模组，其包括：校准和信号捕获模块，用于获取卫星通信模组的接收机所对应的时钟偏差并进行校准，依据预设需求对卫星信号进行捕获和跟踪，以跟踪对应的卫星下行信号；下行多普勒频偏获取模块，用于获取卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏，并以此计算第一相对速度值，第一相对速度值为卫星下行信号对应的卫星与卫星通信模组之间的速度差值；还用于持续跟踪该卫星下行信号并获取更新后的卫星时钟偏差和第一相对速度值，卫星时钟偏差为卫星下行信号对应的卫星与卫星通信模组之间的时钟偏差；上行多普勒频偏预估模块，用于获取第一速度值和第二速度值，第一速度值和第二速度值分别为第一相对速度值更新时刻和上行信号发射时刻卫星通信模组的速度值；利用第一速度值、第二速度值和第一相对速度值计算第二相对速度值，第二相对速度值为上行信号发射时刻卫星和卫星通信模组之间的速度差值，并将第二相对速度值转换为上行信号所对应的上行多普勒频偏预估值；多普勒补偿模块，用于依据卫星时钟偏差、模组时钟偏差、下行多普勒频偏和上行多普勒频偏预估值计算得到上行信号的多普勒补偿值，以实现该模组上行信号的多普勒补偿。作为本专利技术的进一步改进，下行多普勒频偏通过计算卫星通信模组的跟踪环路输出的载波频率与卫星下行信号的基准频率之间的差值得到。作为本专利技术的进一步改进，接收机为GPS/BDS接收机，通过配置接收机的1pps输入接口，在接收机正常定位的情况下，以1pps为基准进行卫星通信模组的时钟偏差校准，并根据载波NCO原理调整所述卫星通信模组上行发射频率的载波频率字。作为本专利技术的进一步改进，卫星下行信号的捕获过程包括：根据不同编号卫星扩频码初始相位的不同进行可见卫星的搜索，或者通过预测卫星过顶时间对特定卫星进行信号捕获和跟踪。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术提供的一种卫星通信模组及其上行信号多普勒补偿方法，其通过充分综合卫星下行信号多普勒、卫星时钟偏差、卫星位置和速度、通信模组位置和速度、通信模组时钟偏差等多种信息，实现一种卫星模组上行信号多普勒补偿方法和模块，将系统计算出来的多普勒值，转化为频率值，补偿到在基础发射频率上，实现上行多普勒补偿精度达±100Hz，大大减少了星上接收机多普勒搜索范围和信号搜索时间，极大地减小了星上接收机信号捕获压力，提高卫星用户接入量。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是本专利技术实施例提供的一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法的示意图。如图1所示，一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法，该方法包括：获取卫星通信模组接收机所对应的时钟偏差并进行校准，依据预设需求对卫星信号进行捕获和跟踪，以跟踪对应的卫星下行信号；获取卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏，并以此计算第一相对速度值，第一相对速度值为该卫星下行信号所对应的卫星与卫星通信模组之间的速度差值；优选的，卫星下行信号的下行多普勒频偏通过跟踪环路输出的载波频率与卫星下行信号基准频率之间的差值计算得到；持续跟踪该卫星下行信号并获取更新后的卫星时钟偏差和第一相对速度值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取卫星通信模组的接收机所对应的时钟偏差并进行校准，依据预设需求对卫星信号进行捕获和跟踪，以跟踪对应的卫星下行信号；/n获取所述卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏，并以此计算第一相对速度值，所述第一相对速度值为所述卫星下行信号对应的卫星与所述卫星通信模组之间的速度差值；持续跟踪该卫星下行信号并获取更新后的卫星时钟偏差和第一相对速度值，卫星时钟偏差为所述卫星下行信号对应的卫星与所述卫星通信模组之间的时钟偏差；/n获取第一速度值和第二速度值，所述第一速度值和第二速度值分别为第一相对速度值更新时刻和上行信号发射时刻卫星通信模组的速度值；利用第一速度值、第二速度值和第一相对速度值计算第二相对速度值，第二相对速度值为上行信号发射时刻卫星和卫星通信模组之间的速度差值，并将第二相对速度值转换为上行信号所对应的上行多普勒频偏预估值；/n依据卫星时钟偏差、模组时钟偏差、下行多普勒频偏和上行多普勒频偏预估值计算得到上行信号的多普勒补偿值，以实现该模组上行信号的多普勒补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
获取卫星通信模组的接收机所对应的时钟偏差并进行校准，依据预设需求对卫星信号进行捕获和跟踪，以跟踪对应的卫星下行信号；
获取所述卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏，并以此计算第一相对速度值，所述第一相对速度值为所述卫星下行信号对应的卫星与所述卫星通信模组之间的速度差值；持续跟踪该卫星下行信号并获取更新后的卫星时钟偏差和第一相对速度值，卫星时钟偏差为所述卫星下行信号对应的卫星与所述卫星通信模组之间的时钟偏差；
获取第一速度值和第二速度值，所述第一速度值和第二速度值分别为第一相对速度值更新时刻和上行信号发射时刻卫星通信模组的速度值；利用第一速度值、第二速度值和第一相对速度值计算第二相对速度值，第二相对速度值为上行信号发射时刻卫星和卫星通信模组之间的速度差值，并将第二相对速度值转换为上行信号所对应的上行多普勒频偏预估值；
依据卫星时钟偏差、模组时钟偏差、下行多普勒频偏和上行多普勒频偏预估值计算得到上行信号的多普勒补偿值，以实现该模组上行信号的多普勒补偿。


2.如权利要求1所述的一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法，其中，所述下行多普勒频偏通过计算所述卫星通信模组的跟踪环路输出的载波频率与卫星下行信号的基准频率之间的差值得到。


3.如权利要求1所述的一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法，其中，所述接收机为GPS/BDS接收机，通过配置所述接收机的1pps输入接口，在所述接收机正常定位的情况下，以1pps为基准进行卫星通信模组的时钟偏差校准，并根据载波NCO原理调整所述卫星通信模组上行发射频率的载波频率字。


4.如权利要求1所述的一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法，其中，所述卫星下行信号的捕获过程包括：
根据不同编号卫星扩频码初始相位的不同进行可见卫星的搜索，或者通过预测卫星过顶时间对特定卫星进行信号捕获和跟踪。


5.如权利要求1所述的一种卫星通信模组的上行信号多普勒补偿方法，其中，获取所述卫星下行信号所对应的下行多普勒频偏包括：
利用卫星通信模组的跟踪环路输出的载波频率与所述卫星下行信号基准频率之间的差值计算下行多普勒频偏。

【专利技术属性】
技术研发人员：周昭辉，刘辉，姜涛，
申请(专利权)人：湖北三江航天险峰电子信息有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42