非静止轨道卫星信道多普勒频移特性

为了定量分析非静止轨道卫星信道的多普勒频移特性,引入一种基于地心固连坐标系的分析模型,经近似,该模型与地面接收终端的地理坐标无关.计算出了几种典型非静止轨道卫星信道的最大多普勒频移.分析表明,高仰角状态下信道中的多普勒频移较弱,而处于可视仰角状态时信道中的多普勒频移最大.应尽可能在高仰角状态下接收信号,并可将多普勒时变规律作为先验信息用于对多普勒频移进行估计与补偿,以削弱时间选择性衰落的影响.     

LEO-GEO卫星间的多普勒频移估计

在相干光通信系统中,由于不同轨道的卫星间距离、速度的变化会产生较大的多普勒频移,所以需要预先通过精确的频偏估计,防止OPLL失锁,由开普勒定律可以得到卫星的位置矢量和速度矢量,然后采用ECI坐标系转化为ECEF坐标系的方法得到卫星的相对速度,并根据多普勒频移的原始定义进行计算,得到准确的多普勒频移范围大约为8 GHz。     

低轨卫星多普勒频移特性几何估计算法

为了能实时准确地计算低轨卫星的多普勒频移,提出了一种适用于不同偏心率的低轨道卫星多普勒频移几何计算方法.该方法无需地面终端经纬度位置及卫星实时坐标,仅由卫星轨道参数及终端处最大可视仰角即可得到当前可见窗内多普勒频移特性.算法计算过程简单、复杂度低、利于片上编程,仿真结果及数值分析均表明该算法具有较高的精确度,可为卫星通信接收机多普勒频移估计与补偿提供先验信息.      

低轨卫星的多普勒频移实时估计

低轨道卫星 (LEO)移动通信中多普勒频移具有大范围快速时变的特性 ,且还与卫星的轨道和卫星与地面终端的相对位置具有很强的相关性 .结合这种相关性 ,论文在卫星通信常用的 (M)DPSK调制方式下 ,利用低阶扩展形卡尔曼滤波进行多普勒频移的精确、实时估计     

卫星移动通信多普勒频移补偿研究

针对卫星通信系统中,多普勒频移过大对通信过程造成严重影响的问题。在传统多普勒频移补偿思想的基础上,通过分析信号传输过程中影响多普勒频移估计值的因素。提出了一种改进的多普勒频移补偿方案。该方案通过使用最大似然估计法对用户链路上的收发信号进行多普勒频移估计。并使用该方案对Iridium系统,GEO（geostationary earth orbit）系统的反向通信链路上的多普勒频移进行计算,得出频率补偿误差。仿真结果表明,当统计点数N=3500,信噪比SNR=8 dB时,经改进后,频率补偿方案在Iridium系统与GEO系统中的频率估计误差与传统频率补偿方案中的频率估计误差相比较,分别降低了50%与42%。因此,改进后的频率补偿方案与传统频率补偿方案相比,多普勒频率估计精度更高,更有利于卫星信号的精确跟踪和解调。     

基于数字联合载波跟踪环的卫星遥测数据解码

为了解决在没有多普勒补偿设备的情况下,多普勒频移对微小卫星遥测数据解码的结果及质量的影响,对现有的卫星遥测数据解码器改进,提出了一种基于二阶锁频环与二阶锁相环联合的载波跟踪解码方案。首先将粗捕捉的遥测基带数据信号经锁频环跟踪较大的多普勒频,当检测到频差小于设定阈值时,联合载波环路切换到锁相环状态下进行精确跟踪,最终使载波频率准确地牵引到多普勒频偏,完成载波同步。最后通过GNU Radio平台进行解码实验验证,结果表明：该方案载波跟踪精度高和解码数据包正确率优于传统卫星遥测数据解码方法。     

基于电平交叉率的多普勒频移估计方法

针对在莱斯信道下对接收信号进行最大多普勒频移估计的需求,提出基于电平交叉率的传统多普勒频移估计方法,引入循环迭代的思想使得接收端的滤波器带宽达到最优,接收信号通过最优滤波后,再进行基于电平交叉率的多普勒频移估计,大大减缓了噪声对估计性能的影响.改进算法的复杂度虽然有所提高,但在莱斯信道下,其比传统的多普勒频移估计算法更能准确估计出接收信号的多普勒频移,仿真结果验证了算法的有效性和优越性.     

一种卫星通信多普勒频偏快速捕获和跟踪算法

为降低Ka频段卫星移动通信中的信道误码率,该文基于π/4-DQPSK调制方式推导了一种多普勒频偏的捕获方法.在跟踪阶段利用自回归模型对有色噪声建模,并利用卡尔曼算法对噪声进行滤波.仿真结果表明:随着时间的推移,参数估计值与实际值之间的误差均方值越来越小,且噪声模型的参数在很短的时间内就达到较高的估计精度;在多普勒频偏跟踪阶段,随着跟踪时间的加长,多普勒频偏的估计值逐渐收敛到理论值;该文提出的多普勒频偏跟踪算法切实可行,卡尔曼算法保证了跟踪阶段频偏估计值的稳态收敛.     

GPS卫星小高度角下多普勒频移的实验分析

实时卫星位置解算在整个GPS接收机导航解算过程中占有极其重要的地位.正常情况下,多普勒频移应随着卫星高度角的增大而减小.然而,在对实时卫星位置解算实验进行结果分析时,却出现了高度角(仰角)较小的卫星所解算出的多普勒频移不成反比的现象.针对这一现象,文中设计实验进行分析得出:在高度角小于11°时,高度角大小与多普勒频移不成反比.     

DS-CDMA系统多普勒、时延及信道的联合估计方法

针对多用户长码、带限DS-CDMA上行链路系统中存在的大多普勒频偏、多径时延及多径信道复增益等参数的联合估计问题,推导出基于根升余弦成型的多普勒、时延、多径衰落信道共同作用下的长码、带限多用户DS-CDMA上行链路接收信号模型,将信号表示为仅由导频及多普勒决定的可逆矩阵以及由时延和信道复增益决定的带限多普勒加权复合信道响应.提出一种基于此模型的非结构化间接估计算法即导频辅助下波形匹配-最小二乘并多级网格搜索算法,估计多普勒频偏及复合信道响应,并通过复合信道响应及基于波形匹配的贪婪算法估计时延和信道复增益.对本文算法进行蒙特卡洛仿真,仿真结果表明,在大多普勒条件下,本文算法可对时延、多普勒、信道复增益有良好的估计性能.      

双基站卫星星座设计研究

针对双基站卫星星座的特点，分析了卫星和空间站之间的可视窗、通讯窗和过顶时间要求下的通讯约束．根据卫星轨道高度、倾角、升交点赤经、轨道数目及卫星分布选择、星际链路建立等几个方面，对双基站卫星星座进行设计，并研究了长期执行任务的情况下，卫星轨道修正方案．该星座克服了以地球为基地的卫星星座测控信号传递路程长，信号受到环境干扰大的不足，充分利用空间站的优势，更有效地发挥了卫星及其星座的作用。通过仿真计算给出了双基站卫星星座与地面站和空间站的日通讯时间．从结果可以看出，所设计的双基站卫星星座可以作为我国空间站的数据中继系统。     

SGP4模型用于空间目标碰撞预警的准确性与有效性分析

针对SGP4模型用于空间目标碰撞预警中的轨道推演阶段问题,编制了空间目标碰撞预警分析程序,并对其准确性与有效性进行分析. 对目前已确切掌握的3次空间目标碰撞事件进行分析,取碰撞历元时刻前10、7、5、3和1 d的两行根数,采用SGP4模型计算目标的位置和速度矢量,运用碰撞理论计算两目标的碰撞概率,按照通行的碰撞概率判别标准,分析SGP4模型用于碰撞预警的准确性与有效性. 结果表明,利用SGP4模型进行筛选计算得到的碰撞时间与实际碰撞时间相符,且碰撞概率达到预警门限,证明了空间目标碰撞预警分析软件的正确性,但其准确性与有效性随着预警时间的增加而下降,在预警天数小于5 d时效果最好.      

低轨导航星座多普勒定位模型及性能分析

相较于北斗、GPS等全球卫星导航系统（GNSS）,低轨道卫星（LEO）具有更加显著的多普勒频移效应,有助于增强GNSS定位、导航和授时（PNT）服务性能。针对当前可用的LEO导航信号少,无法满足地面用户瞬时定位的问题,研究提出了基于一个由288颗LEO卫星构成的Walker星座,选取仿真了9个全球均匀分布的地面站多普勒观测值,建立了瞬时多普勒定位数学模型,并评估了其潜在的服务性能。结果表明：在中低纬度地区,LEO可视卫星为10~ 15颗左右,多普勒定位精度因子（PDOP）达到500 ~ 600;而在中高纬度地区,LEO可视卫星数达到30颗以上,对应的PDOP值降至180左右。静态多普勒定位可实现厘米至分米级精度,动态定位可实现瞬时分米至米级精度,高纬度地区的定位性能显著优于中低纬度地区。     

Variation of satellite transponder delay

For precise orbit determination of geosynchronous earth orbit(GEO)satellites using transfer ranging observations,it is generally assumed that the variation of the satellite transponder delay is very small and that it can be solved as a constant parameter together with satellite orbit parameters.However,this assumption is too general and it reduces the accuracy of orbit determination for GEO satellites.To study and analyse the impact of the satellite transponder delay on GEO satellites orbit determination,two schemes were proposed.First,the satellite transponder delay was eliminated by forming single-difference observations between two ground stations;second,the satellite transponder delay was described as a constant parameter.The preliminary results demonstrate a difference of about1–2 m between the two schemes when used for precise orbit determination of GEO satellites.By fixing the GEO satellite orbit and other relevant parameters estimated by single-difference model,we inversed the instantaneous transponder delay from non-difference observation.It was found that the satellite transponder delay has a distinct diurnal variation,with an amplitude of 3–4 m.The findings of this paper are helpful in establishing an accurate model of satellite transponder delay and in improving the accuracy of GEO satellites orbit determinations and predictions.     

基于TLE数据的空间目标EDR分类及观测需求计算

根据能量耗散率（EDR）的定义及空间目标的大气阻力摄动加速度公式,推导出一种由卫星两行根数（TLE）数据计算空间目标EDR的方法. 该方法无需计算空间目标弹道系数和大气模型,EDR计算误差可在1%以下,并且运算量极小. 此外,通过空间目标相对轨道的协方差矩阵描述空间目标的定轨精度,并结合扩展卡尔曼滤波方程,提出一种计算平面轨道下不同EDR空间目标的定轨精度-观测需求曲线的方法. 仿真验证了EDR计算方法的有效性,并给出了雷达对不同EDR分类的目标观测时对应的定轨精度-观测需求曲线. 结果表明当观测稀疏时,目标轨道预报误差正比于EDR,而观测较多时,会有观测饱和现象.      

天基雷达地面回波的多普勒频率特性

研究地球自转对天基雷达地面回波的多普勒频率的影响,通过分析卫星雷达与地面回波点的相对速度,推导了天基雷达地面回波的多普勒频率计算公式. 由公式可知,当卫星雷达轨道高度一定时,地球自转对地面回波多普勒频率的影响只与卫星的轨道倾角和星下点纬度有关,其偏航幅度接近于1,最大偏航角约为4°,与地面反射点的位置无关.     

面向任务要求的编队轨道设计及基线性能分析

为了满足编队系统空间基线稳定性要求,在考虑J2摄动基础上提出了一种面向任务要求的编队轨道设计方法.在初步确定编队轨道参数后对从卫星平均半长轴进行了小量修正,从而使得系统满足稳定性要求,检验了编队系统空间基线性能.研究结果表明,该方法设计的编队初始轨道参数能使空间基线保持基本稳定,能够满足地面高程测量(DEM)和慢动目标检测(GMTI)的任务要求.     

High-precision orbit prediction and error control techniques for COMPASS navigation satellite

A new satellite orbit prediction method based on artificial neural network （ANN） model is proposed to improve the precision of orbit prediction. In order to avoid the difficulty of amending the dynamical model, it is attempted to use ANN model to learn the variation of orbit prediction error, and then the prediction result of ANN model is used to compensate the predicted orbit based on dynamic model to form a final predicted orbit. The experiment results showed that the orbit prediction error based on ANN model was less than that based on dynamical model, and the ent satellites and different improvement effects for differtime were different. The maximum rates of improvement of predicting 8, 15, 30 d were respectively 80 %, 77.77 %, 85 %. The orbit prediction error control technique based on the method of back overlap arc compare was brought forward to avoid the risk that the precision of predicted orbit is even worse after it is compensated by ANN model. The phenomena of failure were basically eliminated based on this technique, and the rate of failure was reduced from 30 % to 5 %. This technique could ensure that the engineering application of ANN model could come true.     

卫星和飞船的跟踪测控建模分析

针对2009年全国大学生数学建模竞赛——卫星或飞船的跟踪测控问题,讨论了所有测控站与卫星的运行轨道共面的情况下实现全程监控所需测控站个数。分别就卫星在圆形轨道和椭圆轨道上运行的情况,利用几何与向量知识建立模型,通过MATLAB编程和数值计算的方法给出了卫星在不同飞行高度上测控站点的个数以及各测控站点的具体位置。