一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单星双向授时的低轨卫星通信上行链路准同步时间精确测量方法。包括上述方法的终端扩频序列的选择、误差分析、测试方法以及实现步骤。本发明专利技术适用于单星或无重叠覆盖区的多星通信系统，用于卫星载荷精确测量卫星与地面终端时间基准偏差量，保证几十纳秒量级的准同步窗口范围。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法
本专利技术涉及卫星通信领域，尤其涉及一种低轨卫星通信系统中上行链路的通信技术体制，具体地，是一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法。
技术介绍
随着科技的不断发展，时代的不断进步，人们利用卫星移动通信系统实现了以前无法办到的事情，人们利用卫星系统可以进行全球电视直播、全球定位、军事通讯、商业通讯等等，进一步地，卫星通信系统按照工作轨道，一般可以分为了3大类，即低轨道卫星通信系统、中轨道卫星通信系统、高轨道卫星通信系统。低轨道卫星移动通信系统由卫星星座、关口地球站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元等组成。低轨道卫星移动系统的基本组成：在若干个轨道平面上布置多颗卫星，由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平台，在地球表面形成蜂窝状服务小区，服务区内用户至少被一颗卫星覆盖，用户可以随时接入系统。利用低轨道(LEO)卫星实现手持机个人通信的优点在于：一方面卫星的轨道高度低，使得传输延时短。路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。因此，LEO系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统。据有关资料以及实际情况反映，传统的异步CDMA(A-CDMA)属于自干扰系统，其用户容量受限。为提高系统容量，比较直观的方法：利用扩频码的正交性，采用与下行链路相同的同步CDMA方式(S-CDMA)，但对于低轨卫星通信系统而言，很难保证各用户信号到达星载接收机的时间精确一致，因此，采用准同步CDMA(QS-CDMA)方式，使到达卫星的多路信号码相位和载波频率偏差在一定范围内，同时选择合适的扩频码字(各码字在一定范围内满足零相关特性)，达到与S-CDMA系统相当的性能，从而提升上行用户容量。低轨卫星通信系统上行链路采用准同步技术，主要提升用户数量、上行捕获速度以及抗截获能力。欧洲航天局在其提交的SW-CTDMA建议中前向信道采用了同步CDMA，而反向信道采用了准同步CDMA多址方式，这是第一次准同步CDMA出现在标准建议中。但国内外没有查到关于低轨卫星上行链路准同步接入方法的具体实现的相关报道。对于低轨卫星上行链路准同步接入，星地时间基准时间差测量实现，也无相关报道。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法，所述低轨卫星连续发射导频信号并与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端通讯，所述若干地面终端以码分多址方式接入所述低轨卫星，包括如下步骤：a.接收来自所述地面终端k的上行调制信号；b.基于所述上行调制信号，解扩解调出上行短帧，并得到所述地面终端k的ID信息；c.确定与所述上行调制信号对应的计数值δk(N)，所述低轨卫星从卫星本地时间基准1pps起始时刻开始计数，并在接收到所述上行调制信号后停止计数以确定所述计数值δk(N)；d.根据多普勒频偏计算所述上行短帧帧头实际时间长度计数值δframe(N)；e.计算所述低轨卫星与所述地面终端k的时差其中，所述fclk为所述低轨卫星的工作时钟频率；f.将所述地面终端k的ID信息以及所述时差δk(t)插入下行导频帧下发。优选地，所述步骤b包括如下步骤：b1.基于所述上行调制信号进行解扩解调以获得上行短帧；b2.基于所述上行短帧帧头获取帧指示；b3.记录帧指示到达时间b4.获得所述地面终端k的ID信息。优选地，所述步骤b2包括如下步骤：所述上行短帧帧头正确解调完成之后，所述低轨卫星的接收机产生所述帧指示信号，说明所述上行短帧到达。优选地，在所述步骤c中，所述低轨卫星每一秒时间内使用高稳定度高速时钟进行累加计数，并在获取所述上行短帧帧指示时停止计数，从而确定所述计数值δk(N)。优选地，所述高稳定度高速时钟采用0.1ppmOCXO。优选地，根据捕获模块及跟踪环路得到所述多普勒频偏。根据本专利技术的另一个方面，提供一种地面终端k中与低轨卫星通信的上行链路准同步时间辅助精确测量方法，所述低轨卫星连续发射导频信号并与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端通讯，所述若干地面终端以码分多址方式接入所述低轨卫星，包括如下步骤：i.对下行导频信道进行解扩解调；ii.将上行短帧帧头起始点与地面终端k本地时间基准1pps对齐，并在此时刻，即将所述上行短帧进行扩频；iii.将扩频后的信号进行载波调制得到上行调制信号；iv.将所述上行调制信号通过天线发送给所述低轨卫星。优选地，所述上行短帧信号MAC层结构包括：同步头、帧指示和用户ID信息。优选地，所述低轨卫星与所述地面终端k的时刻和δk(N)均以本地1pps时间信号以及高精度计数值作为依据。本专利技术通过采用高稳定度高速时钟，对低轨卫星每一秒的时间进行累加计数，并通过低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法以及地面终端与所述低轨卫星通信的上行链路准同步时间辅助精确测量方法，达到低轨卫星与所述地面终端的准同步。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出根据本专利技术的一个具体实施方式的，一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法的流程示意图；图2示出根据本专利技术的一个具体实施方式的，根据低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法中基于所述上行调制信号，解扩解调出上行短帧，并得到所述地面终端k的ID信息的流程示意图；图3示出根据本专利技术的一个具体实施方式的，一种地面终端k中与低轨卫星通信的上行链路准同步时间辅助精确测量方法的流程示意图；图4示出根据本专利技术的一个具体例的，所述低轨卫星与多个所述地面终端的结构拓扑图；图5示出根据本专利技术的一个具体实施方式的，一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法的流程时序图；以及图6示出根据本专利技术的另一个具体实施方式的，低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法的流程时序图。具体实施方式图1示出根据本专利技术的一个具体实施方式的，一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法的流程示意图，具体地，本领域技术人员理解，所述低轨卫星连续发射导频信号并与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端通讯，所述若干地面终端以码分多址方式接入所述低轨卫星，优选地，包括如下步骤：首先进入步骤S101，接收来自所述地面终端k的上行调制信号。本领域技术人员理解，所述地面终端k是指在所述低轨卫星覆盖区域内的若干个所述地面终端中的一个，所述若干地面终端以码分多址方式接入所述低轨卫星，具体地，所述低轨卫星连续的发射导频信号给所述地面终端k，进一步地，所述地面终端连接的反馈所述导频信号，所述地面终端k与所述低轨卫星始终保持通讯状态，所述导频信号是指为了测量或者监控而发出的信号，所述上行调制信号是指具有特征性的目标信号，具体地，在所述步骤S101中，所述上行调制信号可以经过解扩解调得到短帧进而得出所述地面终端k的相关信息。本领域技术人员理解，所述步骤S101的目的是通过接收所述上行调制信号，得出所述地面终端k的短帧以及所述地面终端k的ID信息，进而通过所述地面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法，所述低轨卫星连续发射导频信号并与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端通讯，所述若干地面终端以码分多址方式接入所述低轨卫星，其特征在于，包括如下步骤：a.接收来自所述地面终端k的上行调制信号；b.基于所述上行调制信号，解扩解调出上行短帧，并得到所述地面终端k的ID信息；c.确定与所述上行调制信号对应的计数值δk(N)，所述低轨卫星从卫星本地时间基准1pps起始时刻开始计数，并在接收到所述上行调制信号后停止计数以确定所述计数值δk(N)；d.根据多普勒频偏计算所述上行短帧帧头实际时间长度计数值δframe(N)；e.计算所述低轨卫星与所述地面终端k的时差其中，所述fclk为所述低轨卫星的工作时钟频率；f.将所述地面终端k的ID信息以及所述时差δk(t)插入下行导频帧下发。

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法，所述低轨卫星连续发射导频信号并与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端通讯，所述若干地面终端以码分多址方式接入所述低轨卫星，其特征在于，包括如下步骤：a.接收来自所述地面终端k的上行调制信号；b.基于所述上行调制信号，解扩解调出上行短帧，并得到所述地面终端k的ID信息；c.确定与所述上行调制信号对应的计数值δk(N)，所述低轨卫星从卫星本地时间基准1pps起始时刻开始计数，并在接收到所述上行调制信号后停止计数以确定所述计数值δk(N)；d.根据多普勒频偏计算所述上行短帧帧头实际时间长度计数值δframe(N)；e.计算所述低轨卫星与所述地面终端k的时差其中，所述fclk为所述低轨卫星的工作时钟频率；f.将所述地面终端k的ID信息以及所述时差δk(t)插入下行导频帧下发。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈毅君，梁旭文，丁晟，吴康，侯缋玲，
申请(专利权)人：上海欧科微航天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31