低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法、服务器及存储介质技术

本申请公开了一种低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法、服务器及存储介质，属于卫星通讯领域，包括：步骤1：对接收端接收到的输入信号进行预补偿；步骤2：将补偿后的输入信号与本地chirp信号进行调解计算并进行快速傅里叶变换计算；步骤3：根据快速傅里叶变换的峰值计算整数频偏，利用插值方法计算小数频偏；步骤4：根据所述整数频偏和小数频偏计算频率偏差以及定时偏差；步骤5：利用频率偏差以及定时偏差计算得出频偏以及频率变化率并反馈至输入信号中进行补偿；补偿后的输入信号继续进行步骤2，以持续进行高动态下信号的捕获和跟踪。能够对chirp信号进行跟踪，动态补偿多普勒频率变化率引起的频率偏差。率引起的频率偏差。率引起的频率偏差。

【技术实现步骤摘要】
低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法、服务器及存储介质


[0001]本申请属于卫星通讯领域，特别涉及一种低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法、服务器及存储介质。

技术介绍

[0002]在一些没有地面网的地方，需要构建卫星通信网络，对于卫星与地面终端之间的通信方式，需要满足低功耗、远距离、高动态的技术指标，LoRa是比较热门的LPWAN技术之一，其理论通信距离可以达到上千公里，LoRa物理层采用线性调频扩频调制，与FSM等不同的是，线性调频扩频既不增加信号带宽，又可实现很高的接收灵敏度， LoRa最高接收灵敏度可以达到
‑
148dBm，与传统FSM、PSK技术相比可以提高20dB以上。
[0003]现有技术主要考虑在地面远距离通信过程中使用，由于没有考虑低轨卫星高动态下的多普勒频率变化率，在通信过程中容易出现频偏超过系统容限的问题，造成通信误码率过高。
[0004]因此，需要一种针对低轨卫星高动态频率捕获跟踪的技术方案，能够解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了解决所述现有技术的不足，本申请提供了一种低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，采用chirp调制方式，通过对chirp信号的处理，准确确定当前chirp信号的频偏和定时偏差，同时对chirp信号进行跟踪，动态补偿多普勒频率变化率引起的频率偏差。
[0006]本申请所要达到的技术效果通过以下方案实现：根据本专利技术的第一方面，提供了一种低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，包括如下步骤：步骤1：对接收端接收到的输入信号进行预补偿；步骤2：将补偿后的输入信号与本地chirp信号进行调解计算并进行快速傅里叶变换计算；步骤3：根据快速傅里叶变换的峰值计算整数频偏，利用插值方法计算小数频偏；步骤4：根据所述整数频偏和小数频偏计算频率偏差以及定时偏差；步骤5：利用频率偏差以及定时偏差计算得出多普勒频偏以及多普勒变化率并反馈至输入信号中进行补偿；补偿后的输入信号继续进行步骤2，以持续进行高动态下信号的捕获和跟踪。
[0007]优选地，在步骤1中，预补偿的方式为：根据精准时钟校准温补晶振或外部晶振，得到接收端自身晶振的初始频偏，根据初始频偏对输入信号进行预补偿。
[0008]优选地，在步骤2中，本地chirp信号根据输入信号的帧结构产生，具有与输入信号对应的本地upchirp信号或本地downchirp信号。
[0009]优选地，本地chirp信号的帧结构中：
定义本地upchirp信号：，
ꢀꢀ
；定义本地downchirp信号：, ；其中BW是信号的带宽，T
s
是一个符号的时间，e是欧拉数，j是虚数单位。
[0010]优选地，步骤2中调解计算并进行快速傅里叶变换计算的方式为：将接收到的upchirp信号与本地downchirp信号相乘得到直流信号，设N点快速傅里叶变换后最大值位置在第1个点的位置；根据公式，得出接收的信号r0（t）；其中，s0（t）为系统原始信号，为频偏，e是欧拉数，j是虚数单位；经过采样和解调后的信号为：，其中：B是信号采样带宽；经过快速傅里叶变换后得出：。
[0011]优选地，在步骤3中，根据上述快速傅里叶变换后的公式得出：整数频偏为：；小数频偏利用谱线差值法，根据公式：，对于N点快速傅里叶变换中最大值所在的位置为k0，对应幅值为X
k0
, 取k0右侧的位置为k
0+1
，幅值为X
k0+1
，取k0左侧的位置为k0‑1，幅值为X
k0
‑1，由于| X
k0
| ＞| X
k0+a
|，所以介于 和之间，其中a =
ꢀ±
1，表示方向；对downchirp信号进行解调，得到，则频率偏差,定时偏差。
[0012]优选地，在步骤5中，当信号受多普勒变化率影响时，根据以下公式对输入信号进行表达：；；其中：为多普勒频偏，为多普勒变化率，为信号的采样周期，θ为相位；输入信号与本地chirp信号的相乘后得到：；其中为噪声高斯随机信号，采用最大似然准则估计中4
个典型的相位；估计最小均方误差后，根据最小均方误差准则，解方程可得多普勒变化率。
[0013]优选地，4个典型的相位为：，，，；估计的最小均方误差为:其中：为n
i
取值为N/8、3N/8、5N/8以及7N/8处时对应的chirp信号的相位；多普勒变化率的估计值为：多普勒变化率的估计值为： 。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供了一种服务器，包括：存储器和至少一个处理器；所述存储器存储计算机程序，所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现上述任一项所述的低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法。
[0015]根据本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述任一项所述的低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，本专利技术的有益效果在于：本方法提供一种信道组帧方法，用于突发信道的频率同步；提出一种频偏估计和跟踪的方法，可对高动态场景下信号进行精确频偏计算；通信过程中，首先使用预校准的方式，估计终端自身由于发射通道、接收通道和晶振带入的频偏，然后对自身引入的频偏进行校准；在信号接收过程中，利于信号帧同步信号内所带的信息，对初始频偏和频率变化率进行估计与补偿。利用导频信号对通信帧中的频率变化率进行跟踪，补偿由于多普勒变化率引起的频率误差。从根本上解决了低轨卫星通信中多普勒频偏和多普勒变化率对接收的影响，大幅度提高突发信号的通信长度限制，能够在一次通信过程中传输更多的信息量。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请一实施例中一种低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法的流程图；
图2为本申请一实施例中频率同步帧结构示意图；图3为本申请一实施例中频率变化率估计效果示意图；图4为本申请一实施例中一种服务器的结构示意图。
[0019]具体实施方式
[0020]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0021]本申请一实施例中，如图1所示的低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，包括如下步骤：步骤1：对接收端接收到的输入信号进行预补偿；在该步骤中，预补偿的方式为：根据精准时钟校准温补晶振或外部晶振，得到接收端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对接收端接收到的输入信号进行预补偿；步骤2：将补偿后的输入信号与本地chirp信号进行调解计算并进行快速傅里叶变换计算；步骤3：根据快速傅里叶变换的峰值计算整数频偏，利用插值方法计算小数频偏；步骤4：根据所述整数频偏和小数频偏计算频率偏差以及定时偏差；步骤5：利用频率偏差以及定时偏差计算得出多普勒频偏以及多普勒变化率并反馈至输入信号中进行补偿；补偿后的输入信号继续进行步骤2，以持续进行高动态下信号的捕获和跟踪。2.根据权利要求1所述的低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，其特征在于，在步骤1中，预补偿的方式为：根据精准时钟校准温补晶振或外部晶振，得到接收端自身晶振的初始频偏，根据初始频偏对输入信号进行预补偿。3.根据权利要求1所述的低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，其特征在于，在步骤2中，本地chirp信号根据输入信号的帧结构产生，具有与输入信号对应的本地upchirp信号或本地downchirp信号。4.根据权利要求3所述的低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，其特征在于，本地chirp信号的帧结构中：定义本地upchirp信号：，
ꢀꢀ
；定义本地downchirp信号：, ；其中BW是信号的带宽，T
s
是一个符号的时间，e是欧拉数，j是虚数单位。5.根据权利要求4所述的低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，其特征在于，步骤2中调解计算并进行快速傅里叶变换计算的方式为：将接收到的upchirp信号与本体downchirp信号相乘得到直流信号，设N点快速傅里叶变换后最大值位置在第1个点的位置；根据公式，得出接收的信号r0（t）；其中，s0（t）为系统原始信号，为频偏，e是欧拉数，j是虚数单位；经过采样和解调后的信号为：，其中：B是信号采样带宽；经过快速傅里叶变换后得出：。6.根据权利要求5所述的低轨卫星高动态频率捕获跟踪方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：敬军，杨辉，周长军，隋超，徐明阳，
申请(专利权)人：北京太极疆泰科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：