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     

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.     

基于SGP4模型的卫星多普勒频移补偿方法研究

针对卫星与地面站进行通信时,地面站接收到的信号存在明显的多普勒频移现象,提出了一种基于SGP4模型的卫星多普勒频移补偿算法。首先,根据开普勒定律推导出多普勒频移公式;然后由卫星星历信息,基于SGP4模型预测出卫星的轨道,计算出卫星和地面站之间的相对位置和相对速度,得出多普勒频偏,在地面站分别进行预校正与补偿;最后,使用STK/HPOP生成标称轨道对SGP4模型生成的预测轨道进行误差分析和性能评估。仿真结果表明,对于工作在Ka频段、轨道高度200~1 000 km的低轨卫星,多普勒频偏估计精度优于50 Hz,精度高;随着轨道高度的增加,多普勒频偏估计更加精确。     

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。     

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.     

OFDM移动通信系统中的最大多普勒频移估计

为了估计移动正交频分复用(OFDM)系统中衰落信道下的多普勒干扰,提出了利用OFDM符号的循环前缀检测最大多普勒频移的方法.在已有的单载波系统多普勒估计算法的基础上,结合OFDM符号已有的循环前缀,通过计算循环前缀的归一化自相关函数,得到最大多普勒频移.在衰落信道下的计算机仿真结果表明,该算法可以准确地估计出最大多普勒频移.该方法只需利用OFDM符号的循环前缀,不需要其他辅助数据或者插入导频,可以方便地应用于现有OFDM系统中.     

电离层高精度高频多普勒频移参量的时域探测方法

针对电离层数字测高仪垂直探测中频域探测方法的不足,利用电离层回波信号相位测量分析和运算处理算法,开发并实现了一种时域探测方法,用于实时获取高精度高频多普勒频移信息.实验观测表明:新发展的电离层时域探测方法可以实时获得高精度高频多普勒频移参量,能够满足电离层小尺度扰动观测研究需要.     

一种基于稀疏快速傅里叶变换的卫星信号捕获算法

卫星信号搜索捕获时间长短是影响GPS软件接收机的重要因素。为了更快速、准确地完成卫星信号的捕获,文中提出了一种基于稀疏快速傅里叶变换的并行捕获算法。该算法采用取模运算、余数不同的采样思想,首先对中频信号和本地码进行一次下采样来获得中频信号和本地码的一个子集,其次对多普勒频移量进行一次下采样来获得多普勒频移量的一个子集;然后在子集中进行卫星信号的并行捕获。研究结果表明,与GPS卫星信号的并行捕获算法相比,该算法有效地减少了运算量,提高了捕获性能。最后通过实验验证了该算法的正确性。     

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.     

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UKF算法的高机动机载平台多普勒频移估计

针对卫星通信在高机动状态下非线性较强,会引起较大多普勒频移的问题,提出利用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman Filter,UKF)算法进行多普勒频移估计。依据高机动飞行器飞行特点,建立直线和圆周运动中的UKF多普勒频移估计模型,并进行仿真分析。结果表明,在卫星通信信道模型中,UKF算法能够对高机动机载平台进行更精确的频率估计,实用性更强。     

在多速率BPSK／DBPSK软件解调中多普勒频偏矫正的一种方法

介绍了用于多速率BPSK/DBPSK软件化解调中的一种多普勒频偏矫正方法。该方法综合利用频率扫描和AFC环及PLL等频偏矫正方法,能有效估计和矫正达几十倍甚至几百倍码速的频偏,并能兼顾不同的码速和BPSK,DBPSK两种不同的调制方式,从而解决了在多速率BPSK/DBPSK信号软件化整体解调过程中多普勒频偏的矫正问题,将该方法用于多速率BPSK/DBPSK信号软件化整体解调的计算机仿真实验,收到了良好的效果。     

低轨道卫星隐蔽通信快速捕获技术研究

针对低轨道卫星隐蔽通信系统特有的接收机低信噪比、超大多普勒频偏及快速捕获要求等特点,提出一种时间频率二维准全并行多符号累积捕获实现算法,并对算法中关键参数进行优化设计.载荷样机测试结果表明,该算法在符号速率为1ksample/s,多普勒频偏为±50kHz,接收机信噪比Es/N0最小为3dB条件下,捕获时间优于100ms,漏检概率小于0.003,虚警概率小于3×10-6.     

MIMO-OFDM无线传输系统中的信道估计

以2×2多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)非盲信道估计方法为研究对象,分析了该系统中基于时域训练序列,结合空时分组码的直接判决信道估计方法和基于Wiener内插的信道估计方法仿真比较了其性能。结果表明,当多普勒频移较小时,可采用简单的直接判决方法进行信道估计;多普勒频移较大时,宜采用维纳内插方法进行信道估计,且可以提高信道估计精度。     

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SAR卫星资料的船速估算

为利用SAR卫星图像中的船舶尾迹来估算船舶速度,介绍了船舶尾迹在SAR卫星中的成像机理,分析了估算船速的可行性,对目前船舶速度估算算法进行了比较,并采用船舶尾迹多普勒位移方法实现对船舶速度的估算.利用相匹配的AIS数据对实例数据进行验证,结果表明,可以利用SAR资料对船速进行粗略估算.