[发明专利]一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法

说明书

本发明涉及空天地海一体化通信技术领域，具体涉及一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法；该方法采用前向结构逐级实现突发信号多普勒频偏、多普勒频偏变化率及载波相位参数估计及校正。通过FFT结合二次内差算法来提高多普勒频偏及频偏变化率的参数估计精度，以及利用线性内插的方式得到突信号的相位参数估计值，其估计精度能够在低轨卫星高动态低信噪比下获得较高的载波同步，且运算复杂度适中能够满足工程应用的需要。

技术领域

本发明涉及空天地海一体化通信技术领域，具体涉及一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法。

背景技术

抢占空天信息竞争制高点、发展相关新兴产业成为发达国家的又一次战略机遇。我国经济、政治和军事处于复杂国际环境中距世界舞台中心最近时期。

低轨卫星通信作为空天地海一体化信息网络中的重要组成部分，有着覆盖范围广、接入灵活等优势。然而，在低轨卫星通信中，低轨卫星相对于地面终端有非常高的运动速度，收到的信号频率与卫星发送端的载波频率之间也会产生相当大的多普勒频移，而且低轨卫星距离移动终端相比地面基站要远的多，信噪比很低。大的频移和低信噪比对低轨卫星移动通信系统的载波同步，提出了更为严格的要求。

低轨卫星移动通信突发信号高动态载波同步的核心问题是如何在有限长度数据中实现多普勒频偏、多普勒变化率及载波相位三个参数的估计。传统上，载波相位同步算法研究主要集中在基于反馈结构的锁相环应用技术。但在低轨卫星高动态低信噪比条件下，锁相环很难在较短时间内实现快速同步，需要在突发帧头加入大量的载波同步符号，导致传输帧效率下降及时延增加。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法。

一方面，本发明提供了一种低轨卫星低信噪比高动态突发信号载波同步方法，所述方法包括如下述步骤：

S1：假设已完成位同步及帧同步的信号为r(n)，让r(n)乘以长度N帧头导频已知导频符号c的共轭复数实现去调制，得到输出信号x(n)；

S2：对去调制的导频符号x(n)作快速傅里叶变换FFT，得到其幅频响应 |X(k)|，并对幅频响应|X(k)|取最大值max(|R_m(k)|)；

S3：采用二次内差算法,进一步提高|X(k)|频谱能量最大值及相对应频率点的精度，其即为帧头导频更近似的频偏估计值；

S4：让r(n)乘以长度N帧尾导频已知导频符号c的共轭复数实现去调制，得到新的输出信号x(n)，并再次执行步骤S2-S3的计算过程，得到帧尾导频更近似的频偏估计值

S5：根据和得到多普勒频率变化率的估计值，利用得到的多普勒频偏及变化率的估计值对接收数据r(n)进行多普勒频偏及变化率校正，得到信号r₁(n)；

S6：将信号r₁(n)通过M-PSK有效调制数据作非线性变换实现数据去调制，得到信号y(n)；

S7：对信号y(n)做L点FFT变换得到Y(k)，其中k＝0,1,…,L-1，然后搜索Y(k) 幅度最大处对应点k′_max；

S8：采用二次内差算法,进一步提高|Y(k)|频谱能量最大值及相对应频率点的精度，其为残余频偏更近似的频偏估计值；

S9：利用频偏估计值对信号r₁(n)残留频偏做进一步的精确校正，得到数据r₂(n)；

S10：将数据r₂(n)分别与帧头及帧尾导频的共轭复数相乘，并且分别累加求和，得到帧头导频中点到帧尾导频中间点的相位增量估计值；