[发明专利]星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法

权利要求书

1.星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法，其特征在于，具体步骤如下：

首先，针对地面站与目标卫星进行通信的场景，利用通信数据产生通信波形，同时基于格雷互补序列对产生测距波形，并将测距波形存储在作为接收端的地面站本地；目标卫星将通信波形与测距波形叠加，经脉冲成型产生一体化波形S(t)发送；一体化波形在信道传输中受到噪声、时延以及多普勒频率偏移的影响后到达接收端，并对接收信号进行采样以及匹配滤波；一体化波形S(t)是目标卫星将通信波形的头部补上与前导CP相同位数的0后，将其与测距波形叠加生成的，计算公式为：

其中P为一体化波形的传输功率，L表示一体化波形一帧数据的长度，x(·)代表通信波形，r(·)代表测距波形，g(·)是基带脉冲成型函数，f_c为载波频率，T_s代表采样间隔；

然后，接收端对接收信号进行时延估计，完成时间同步，从同步后信号头部截取出CP序列，逐位和地面站本地存储的测距波形中的CP序列进行相关运算计算多普勒频移f_est；

接收端的接收信号R_c(t)表示为：

其中f_d代表S(t)在信道受到多普勒影响的频率偏差，τ代表S(t)在星地间无线信道中的传播时延，n(t)表示信道里的高斯白噪声；

对R_c(t)进行采样以及匹配滤波，得到的离散信号R(n)表示为：

其中L₁表示接收信号R_c(t)的采样点数，G(nT_s)表示对接收信号R_c(t)做匹配滤波；

时延估计是指：对离散信号和存储在本地的测距波形中通信前导CP进行移位相关，使得相关值最大的时刻即为所求时延估计值

其中N表示CP的长度，p(n)为接收端本地存储的CP序列；

利用时延估计值对离散信号进行时间同步，同步后的信号为：

接着，利用多普勒频移f_est进行频偏补偿，完成时频同步，并利用本地存储的CP序列对时频同步信号进行信道估计，得到消除信道响应后的信号

最后、利用消除信道影响后的信号减去本地存储的CP序列得到通信波形，实现对一体化波形的分离，利用分离出来的通信波形进行解调和判决得到通信数据；同时地面站利用时延估计值对目标卫星进行距离解算。

2.如权利要求1所述的星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法，其特征在于，所述的地面站与目标卫星的通信数据，经过正交相移键控QPSK构成了通信波形；

测距波形由格雷互补序列对产生，包括通信前导CP和后续波形；以长度为128的格雷互补序列a₁₂₈和b₁₂₈为基序列，依次构成长度不同的[G_a,256,G_b,256]，[G_a,512,G_b,512]，[G_a,1024,G_b,1024]形成通信前导CP；后续波形由基序列a₁₂₈和b₁₂₈以及其对应的二进制反码序列-a₁₂₈和-b₁₂₈构成。

3.如权利要求1所述的星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法，其特征在于，所述的多普勒频移f_est计算过程为：

首先，从同步后信号头部截取出CP序列记为和本地测距波形中的CP序列分别对应，逐次计算对应位置的相位差，相关运算公式为：

其中p^*(k)表示对本地CP序列p(n)做共轭处理；

利用相关运算结果估计多普勒频率偏移f_est：

angle(·)表示取出所求得相关值的相位角。

4.如权利要求1所述的星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法，其特征在于，所述的利用多普勒频移对f_est进行频偏补偿，得到时频同步信号y(n)的公式为：