[发明专利]星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法

说明书

本发明公开了星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法，涉及星地通信测距领域；具体包括：针对地面站与目标卫星进行通信，同时产生通信波形和测距波形；目标卫星将两波形叠加，产生一体化波形S(t)发送，到达接收端后进行采样和匹配滤波，时延估计和时间同步；然后从同步后信号头部截取出CP序列，逐位和本地存储的CP序列进行相关运算计算多普勒频移进行频偏补偿，完成时频同步，并对时频同步信号进行信道估计，消除信道响应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。本发明使用同一套收发设备，保证有效通信的同时提升频谱利用率。

技术领域

本发明涉及星地通信测距领域，具体是一种星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法。

背景技术

随着空天地一体化在日常通信的不断发展，如何将地面通信和卫星通信相融合，成为专家学者研究的重点。同时各式各样飞行器如光学遥感卫星、微波遥感卫星、气象卫星、通信卫星、导航卫星以及军用侦察卫星在生产生活中扮演的角色越来越重要，星地间通信以及对卫星轨道高度精确测量就显得尤为关键。

从上世纪60年代开始，卫星测距系统就在不断地发展，但现有的星地通信和测距系统大多使用两套收发设备。在经历了三次更新换代之后，卫星测距系统正在向着第四代发展，预计测距精度可以达到毫米级别。与此同时，卫星通信也凭借覆盖范围大、通信距离远以及通信频带宽和容量大等优点被广泛应用，但是星地通信也存在传输衰减大、传输时延大以及通信荷载成本高等缺点。

为了保证地面站能够掌握卫星运行状态，保持在轨卫星的正常运行，需要对卫星的飞行轨道、姿态以及工作状态进行跟踪测量，这对星地测距系统提出了更高的要求。

目前多数星地间通信以及测距是基于两个独立系统，不仅设备成本高，而且会造成频谱资源的浪费，此外，两套设备分别对信号进行处理，增加了系统开销。亟需一种技术将测距系统和数据传输系统集成到一套收发设备，不仅能够有效地减小卫星的负载，还可降低卫星通信以及测距系统的开销。

发明内容

本发明提出了一种星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法，能够克服高时延和大多普勒频移，在保证通信数据传输的同时对星地间距离进行精确解算。

所述的星地通信测距一体化波形设计及信号处理方法，具体步骤如下：

步骤一、针对地面站与目标卫星进行通信，分别产生通信波形以及测距波形，并将测距波形存储在地面站接收端本地。

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。

步骤二、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，经脉冲成型产生一体化波形S(t)。

一体化波形S(t)表示为：

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。