[发明专利]低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统

说明书

本发明公开的一种低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统，具有抗干扰、捕获速度快、跟踪效率高。本发明通过下述技术方案实现：接收机通过混频滤波模块混频滤波和ADC模块模数AD变换后，得到一个数字低中频信号；经正交下变频模块数字下变频及低通滤波模块低通滤波，得到数字基带信号，并分两路分别送入相关捕获模块和跟踪模块，相关捕获模块采用基于FFT的并行捕获算法对数字基带信号进行相关处理，获得码相位和多普勒频偏粗略估计值，捕获扩频信号的载频和码起点；跟踪模块对数字基带信号进行精确估计；相关捕获模块和跟踪模块不断通过载波NCO和码NCO校正频率和相位，实现同步和长地址码快速捕获，最后通过信息解析模块解析得到卫星信号的通信信息。

技术领域

本发明涉及一种低轨道(LEO)卫星通信信号捕获与跟踪系统，更具体地说，是一种用于扩频体制的低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统。

背景技术

随着卫星移动通信技术的发展，现代卫星通信系统除了同步静止轨道(GEO)卫星通信系统，还有中、低轨道卫星通信系统，其具有传输损耗小和低时延等通信优势，且蜂窝通信、多址、频率复用等技术的发展也为低轨卫星移动通信提供了技术保障，因此低轨卫星通信系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统。随着移动通信需求的急剧增长以及扩频体制低轨卫星通信系统的蓬勃发展，对扩频体制低轨卫星通信接收的需求也越来越多。低轨(LEO)卫星通信系统采用扩频通信技术，可以使衰落和干扰因素对通信质量的影响得到很大程度的改善。与常规通信体制相比，扩频技术具有隐蔽性高、抗干扰能力强等特点。与同步静止轨道GEO卫星相比，低轨道星虽然其发射功率大大降低，传播时延显著减小，轨道资源丰富。但低轨道星信道较为恶劣，并且容易面临各种敌意干扰，信号检测的难度大。与此同时，与同步轨道卫星通信系统相比，低轨卫星通信系统的卫星轨道较低，卫星与地球表面的接收站之间存在相对运动，且卫星角速度很大，存在多普勒频移，卫星通信的载频捕获的难度显著增加。由于多普勒效应对信号所有频率成份作相同的改变，在其造成载波频偏的同时也导致了码多普勒频偏。码频频偏会使接受到的直扩信号的码片宽度发生变化,当其为正值时，码片宽度会变窄，为负值时，码片宽度变大。由于通常被用于低轨道卫星通信体制的卫星，相对地球具有很大的径向速度和加速度，使接收信号附加了很大的多普勒频率偏移，例如：位于高空1000km，倾角53度的低轨卫星，当此卫星信号载波为1GHz，则其多普勒最大频偏可高达40kHz，多普勒变化率最大可达200Hz/s；又由于它过境时间短，所以要求能够快速地捕获伪码。多普勒频移下码捕获是需要解决的关键技术。当低轨卫星系统采用直接序列扩频方式通信时，频差条件下的同步是必须解决的首要问题。通常直扩同步分两步实现：捕获与跟踪，扩频码的捕获一般通过相关来实现，但接收信号存在大的多普勒频移时，简单的捕获方法致使相关性能恶化，尤其是长扩频地址码系统。对于低轨卫星通信系统采用一般的捕获方案，频差将造成捕获性能严重的恶化，尤其是长扩频地址码系统。要使直扩系统在如此复杂恶劣的环境下仍能稳定可靠的工作,关键一环是系统必须具有良好的码同步能力,而码同步必须首先完成码捕获,然后才能进行码跟踪。码相位的不确定性是影响码捕获的一个普遍因素。由于发送信号在传播过程中可能会遭受各种影响，例如电离层、大气及降雨等都会影响信号的传播,这使得接收信号会产生随机时延。对于直扩信号，随机时延等效为接收信号的码相位存在不确定性,因此为完成码捕获一般是在L个码相位上进行搜索,L通常取值为PN码的码长。由于低轨卫星高速运动带来的多普勒频偏以及较大的多普勒频偏变化率，常规的通信信号捕获与跟踪的方法不能适用。