【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于星历的高动态信号多普勒频移估计及误差估计方法，属于卫星通信。
技术介绍
1、在低轨卫星通信系统中，由于卫星平台在地球引力作用下环绕地球高速飞行，因此信号发射机与接收机之间并非处于相对静止状态。高动态环境是指发射机与接收机之间存在剧烈的相对运动，能够引起明显的多普勒频移。当接收机朝向发射机运动时，收到的信号频率便会增大；反之，则会减弱。高动态环境带来的多普勒频移属于快时变衰落信道，此时信号在传输过程中其星座图会发生旋转，并且旋转的角速度不是恒定值。旋转角度超过一定阈值后将造成符号映射极性反相，增大接收到的信号所解得的数据误码率，甚至解调失锁、中断通信。为保证正常通信，提高通信质量，必须采取措施补偿和抵消多普勒频移。
2、快速准确的对多普勒频移进行估计和补偿是低轨卫星通信系统中的关键技术之一。多普勒频移的大小与载波频率、相对速度以及通信链路与相对运动方向的夹角有关。其中，载波频率是已知的通信波形参数，而剩下两个参数能够通过星历得到。星历是一系列关于卫星的数据表或数据库，用于提供卫星在其轨道上的位置、位移等信息。用星历去估计多普勒频移是一种有效的技术手段。
3、星历预测不可避免的存在误差，基于星历的高动态信号多普勒频移估计也存在误差。用带误差的频移估计补偿通信信号后接收端仍然存在频偏残差。因此，需要建立相应的误差分析方法，量化频偏残差的范围，指导通信体制设计和波形参数配置，即根据补偿后的载波频偏残差情况合理压缩扫频宽度、减小扫频次数，同时降低数字锁相环的环路带宽以提高相位裕度，从而在进行实
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于星历的高动态信号多普勒频移估计及误差估计方法。该方法适用于低轨卫星通信系统，支持低轨星地通信和星间通信的多普勒频移估计及其误差分析。
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于星历的高动态信号多普勒频移估计及误差估计方法，包括以下步骤：
4、(1)选择适合低轨卫星的星历预测模型，并获取卫星的星历；其中，对于星地通信，获取单颗卫星的星历，对于星间通信，获取两颗卫星的星历，地面站位置已知；
5、(2)将卫星的星历参数组代入星历预测模型，得到通信窗口时段内任意时刻卫星在地心惯性坐标系中的位置和速度；
6、(3)利用通信收发两端的位置和速度，结合载波频率，按照向量求模公式计算收发两端的相对速率，按照向量夹角公式计算通信链路与收发两端相对运动方向的夹角余弦，按照电磁波的多普勒效应计算多普勒频移估计；
7、(4)确定载波频率误差、相对速率误差和夹角误差，并按照误差传播定律计算通信窗口时段内的多普勒频移估计误差。
8、进一步的，步骤(4)具体过程包括：
9、根据通信设备的性能指标确定载波频率误差δfc；
10、根据星历预测模型的精度确定相对速率误差δv：
11、
12、式中，为发射端的速度精度，为接收端的速度精度；其中，对于低轨卫星与固定地面站通信的典型场景，相对速率误差δv简化如下：
13、max|δv|≤dr
14、式中，为卫星的速度精度；
15、根据星历预测模型的精度确定相对速率误差夹角误差δα：
16、
17、式中，drt为发射端的位置精度，drr为接收端的位置精度；其中对于低轨卫星与固定地面站通信的典型场景，相对速率误差夹角误差δα简化如下：
18、
19、式中，dr为卫星的位置精度，h为卫星轨道高度，v为卫星移动速度；
20、按照误差传播定律计算通信窗口时段内的多普勒频移估计误差δfd：
21、
22、
23、式中，v为收发两端的相对速率，cosα为通信链路与收发两端相对运动方向的夹角余弦，fd为多普勒频移估计，fc为载波频率。
24、本专利技术具有如下优点：
25、本专利技术支持低轨星地通信和星间通信的多普勒频移估计及其误差分析；误差分析易于实现；在典型场景下误差分析能够独立星历模型进行。
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1.一种基于星历的高动态信号多普勒频移估计及误差估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于星历的高动态信号多普勒频移估计及误差估计方法，其特征在于，步骤(4)具体过程包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于星历的高动态信号多普勒频移估计及误差估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：高超，李辉，王杨，王延鹏，田海，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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