火星环绕器载波捕获方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种火星环绕器载波捕获方法及系统，包括：根据火星环绕器在轨信道环境分析，以及深空应答机接收通道能力，确定载波捕获门限下应答机入口的信噪比；通过FFT变换计算进一步确定最大可靠扫频速率；依据最大可靠扫频速率对慢扫速率范围进行预置扫频校准，从而实现快速正确的频率估计，通过后端的窄带宽载波环进行捕获。本发明专利技术解决了火星探测器4亿公里飞行过程中，接收到的上行信号在捕获门限

【技术实现步骤摘要】
火星环绕器载波捕获方法及系统


[0001]本专利技术涉及航天器通信领域，具体地，涉及一种火星环绕器载波捕获方法及系统，尤其是涉及到一种航天器在低信噪比，大频偏下的上行载波捕获的方法。

技术介绍

[0002]火星环绕器与常规近地卫星的通信有着明显不同的特点，由于地火最远距离4亿公里，普通应答机的接收灵敏度远远无法满足要求。深空应答机的灵敏度可达
‑
155dBm，在如此弱的信号强度下，可供提取信号的信噪比极低。而在地火转移过程中，又存在近乎
±
100kHz的多普勒频偏，这对载波信号的提取又增加了困难。
[0003]在公告号为CN106936469B的中国专利文献中，提出一种抗单音干扰的统一载波测控信号捕获方法,不涉及深空大频偏信号的载波捕获方法。在公告号为CN106817333B的中国专利文献中，提出一种基于开环捕获与闭环跟踪的高动态载波同步方法，采用导频数据进行捕获，不涉及深空大频偏信号的载波捕获方法。在公告号为CN105743495B的中国专利文献中，提出一种实现微弱载波信号捕获的锁相环电路，不涉及深空大频偏信号的载波捕获。
[0004]在公告号为CN102739575B的中国专利文献中，公开了一种大动态范围载波捕获方法，用于在航天器上实现对上行载波信号的捕获，包括以下步骤：采用固定频率间隔的本地载波对接收到的上行载波信号进行下变频；滤波获得下变频后的中频信号；采用三个抽样频率对所述中频信号进行抽取获得高速抽取信号、中速抽取信号、低速抽取信号；分别对高速抽取信号、中速抽取信号、低速抽取信号的峰值进行判断，对所述上行载波信号进行捕获，并对捕获后的上行载波信号再次进行捕获确认，获得确认后的上行载波信号；获取确定后所述上行载波信号的载波频率和载波功率并输出。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种火星环绕器载波捕获方法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种火星环绕器载波捕获方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：对火星环绕器飞行轨迹，深空站与火星环绕器位置变化关系进行仿真分析，确定火星环绕器上行的信号强度变化范围，频率偏移范围和多普勒变化范围；
[0008]步骤S2：结合步骤S1中的仿真结果和火星环绕器系统接收能力，确定深空应答机前端的上行信号特性包络的最值；
[0009]步骤S3：根据步骤S2所得的信号特性，计算载波捕获门限下所需的信噪比；
[0010]步骤S4：根据步骤S3中的信噪比，通过FFT变换算法确定最大可靠扫频速率；
[0011]步骤S5：根据步骤S4中的最大可靠扫频速率，在出现的慢扫频速率范围内预置扫频速率点进行校正，保证输出的慢扫频速率始终小于最大可靠扫频速率，得出准确的频率估计；
[0012]步骤S6：根据步骤S5中的频率估计结果，输出至后端的载波环中完成跟踪。
[0013]优选的，所述步骤S2中的上行信号特性，信号强度高于
‑
155dBm，频偏处于
±
100kHz内，多普勒变化率小于100Hz/s。
[0014]优选的，所述步骤S3中FFT变换算法包括以下子步骤：
[0015]步骤S3.1：根据采样率和FFT计算的采样点数计算FFT分辨率带宽；
[0016][0017]其中B为FFT分辨率带宽，L为采样点数，fs为采样率；
[0018]步骤S3.2：计算单次估计周期T；
[0019][0020]步骤S3.3：计算最大可靠扫频速率v；
[0021]10lg(v
·
T)
‑
20lg B＝SNR
[0022]其中SNR为载波捕获门限所需信噪比。
[0023]优选的，所述步骤S5中，在慢扫频范围内，中频复信号出现慢扫速率是随机的。
[0024]优选的，所述步骤S5中，预置扫频速率点间的绝对值小于最大可靠扫频速率。
[0025]根据本专利技术提供的一种火星环绕器载波捕获系统，包括以下模块：
[0026]模块M1：对火星环绕器飞行轨迹，深空站与火星环绕器位置变化关系进行仿真分析，确定火星环绕器上行的信号强度变化范围，频率偏移范围和多普勒变化范围；
[0027]模块M2：结合模块M1中的仿真结果和火星环绕器系统接收能力，确定深空应答机前端的上行信号特性包络的最值；
[0028]模块M3：根据模块M2所得的信号特性，计算载波捕获门限下所需的信噪比；
[0029]模块M4：根据模块M3中的信噪比，通过FFT变换算法确定最大可靠扫频速率；
[0030]模块M5：根据模块M4中的最大可靠扫频速率，在出现的慢扫频速率范围内预置扫频速率点进行校正，保证输出的慢扫频速率始终小于最大可靠扫频速率，得出准确的频率估计；
[0031]模块M6：根据模块M5中的频率估计结果，输出至后端的载波环中完成跟踪。
[0032]优选的，所述模块M2中的上行信号特性，信号强度高于
‑
155dBm，频偏处于
±
100kHz内，多普勒变化率小于100Hz/s。
[0033]优选的，所述模块M3中FFT变换算法包括以下子模块：
[0034]模块M3.1：根据采样率和FFT计算的采样点数计算FFT分辨率带宽；
[0035][0036]其中B为FFT分辨率带宽，L为采样点数，fs为采样率；
[0037]模块M3.2：计算单次估计周期T；
[0038][0039]模块M3.3：计算最大可靠扫频速率v；
[0040]10lg(v
·
T)
‑
20lg B＝SNR
[0041]其中SNR为载波捕获门限所需信噪比。
[0042]优选的，所述模块M5中，在慢扫频范围内，中频复信号出现慢扫速率是随机的。
[0043]优选的，所述模块M5中，预置扫频速率点间的绝对值小于最大可靠扫频速率。
[0044]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0045]1、本专利技术解决了火星探测器4亿公里飞行过程中，接收到的上行信号在捕获门限
‑
155dBm，频偏范围
±
100KHz时的载波捕获问题；
[0046]2、本专利技术解决了在深空中接收长距离传输信号困难的问题；
[0047]3、本专利技术获取的信号可用性较高。
附图说明
[0048]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0049]图1为本专利技术实施例中预置扫频原理框图。
具体实施方式
[0050]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火星环绕器载波捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：对火星环绕器飞行轨迹，深空站与火星环绕器位置变化关系进行仿真分析，确定火星环绕器上行的信号强度变化范围，频率偏移范围和多普勒变化范围；步骤S2：结合步骤S1中的仿真结果和火星环绕器系统接收能力，确定深空应答机前端的上行信号特性包络的最值；步骤S3：根据步骤S2所得的信号特性，计算载波捕获门限下所需的信噪比；步骤S4：根据步骤S3中的信噪比，通过FFT变换算法确定最大可靠扫频速率；步骤S5：根据步骤S4中的最大可靠扫频速率，在出现的慢扫频速率范围内预置扫频速率点进行校正，保证输出的慢扫频速率始终小于最大可靠扫频速率，得出准确的频率估计；步骤S6：根据步骤S5中的频率估计结果，输出至后端的载波环中完成跟踪。2.根据权利要求1所述的火星环绕器载波捕获方法，其特征在于：所述步骤S2中的上行信号特性，信号强度高于
‑
155dBm，频偏处于
±
100kHz内，多普勒变化率小于100Hz/s。3.根据权利要求1所述的火星环绕器载波捕获方法，其特征在于：所述步骤S3中FFT变换算法包括以下子步骤：步骤S3.1：根据采样率和FFT计算的采样点数计算FFT分辨率带宽；其中B为FFT分辨率带宽，L为采样点数，fs为采样率；步骤S3.2：计算单次估计周期T；步骤S3.3：计算最大可靠扫频速率v；10lg(v
·
T)
‑
20lg B＝SNR其中SNR为载波捕获门限所需信噪比。4.根据权利要求1所述的火星环绕器载波捕获方法，其特征在于：所述步骤S5中，在慢扫频范围内，中频复信号出现慢扫速率是随机的。5.根据权利要求1所述的火星环绕器载波捕获方法，其特征在于：所述步骤S5中，预置扫频速率点间的绝对值小于最大可靠扫频速率。6.一种火星环...

【专利技术属性】
技术研发人员：何春黎，朱新波，张玉花，王民建，牛俊坡，李金岳，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：