中低轨卫星信号的多普勒频移估计与补偿

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1、第31卷第2期系统工程与电子技术Vol_31No.22009年2月SystemsEngineeringandElectronicsFeb.2009文章编号:1001.506X(2009)02—0256—05中低轨卫星信号的多普勒频移估计与补偿彭耿,黄知涛,李强,姜文利(国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073)摘要:针对中低轨卫星信号的多普勒频移具有大范围快速时变的问题,基于航天动力学理论,计算出卫星和接收平台闯的相对位置和速度,从而可预先估计卫星信号的多普勒频移。对频移估计的误差进行了分析,给出了一种多普勒频移的快速估计和实时补偿算法,同时也对卫星的可视时间段分情况进行讨

2、论。计算机仿真和工程实践表明,该算法简单、实用,有利于对快变大频偏的卫星信号进行快速跟踪和解调。关键词:信息处理技术;多普勒频移;估计;补偿;卫星信号中图分类号:TN9l1.7文献标志码:ADopplerfrequencyshiftestimationandcompensationforLEOandMEOsatellitesignalsPENGGeng,HUANGZhi—tao,IIQiang,JIANGWen—li(Schooloy’ElectronicScienceandEngineering,NationalUniv.ofDeferiseTechnology,Changsha41

3、O073,China)Abstract:DopplerfrequencyshiftofsatellitesignalsinLEOandMEOhasacharacteroflong-rangechan—gesandquicktime—variation.BasedonthetheoriesandmethodSofastrodynamics,therelativepositionsandve—locitiesbetweensatellitesandreceivingstationsarecomputed,thereforeDopplerfrequencyshiftcanbepre—esti

4、—mated.Theerroroftheestimatingmethodisfirstlyanalyzed;consequently,analgorithmoffastestimationandreal—timecompensationforDopplerfrequencyshiftisputforward.Atthesametime,thevisualtimeslicesbe—tweenreceivingplatformsandobservedsatellitesareexploredaccordingtodifferentsituations.Simulationre—sultsa

5、ndengineeringpracticesindicatethatthealgorithmissimpleandpracticalandisavailableforfasttrackandcorrectdemodulationofsatellitesignalswithfastandlargevariablefrequencyshift.Keywords:informationprocessingtechnology;Dopplerfrequencyshift;estimation;compensation;satel一1itesignal1.6kHz/s。中低轨卫星信号如此大范围快

6、时变的多普勒频0引言移,对正确数据解调提出了很高的要求。所谓多普勒效应就是指波源与观察者(接收器)相对于一类直观的方法就是对锁相环路的宽带捕获和大动态介质有相对运动时,观察者接收到的频率与波源的波动频率范围跟踪进行改善,但会影响系统其它方面的性能,如增有所不同的现象。作为信息发射源的卫星相对接收平台是加系统的复杂性、延长信号捕获时间等,同时所适应的快速不断高速运动的,其径向运动速度将对调制信号产生一个多时变范围也有限,并且有些算法的性能受信噪比的影响很普勒效应,从而导致接收端信号解调时形成一个较大的载波大。于是人们又探讨了另一类方法:通过对多普勒频移的估频偏,即多普勒频移。对于一个固定

7、的地面卫星信号接收站计来实现频偏的补偿或消除,研究成果主要有文献[7—9]。而言,中轨道(约10000km)和低轨道(约1000km)的卫星文献[72通过使用AR模型拟合接收信号的功率,从而给出系统工作在C波段时的最大多普勒频移的典型值分别为信号频偏的初始估计,存在一定的复杂度和计算量;文献[8]±100kHz和±200kHz;同时对于工作在2.4GHz的高度为的计算较复杂。且考虑对象仅为圆轨道的LEOS;文献[9]基300km的低轨卫星口],

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