[发明专利]一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法及系统

说明书

本发明公开了高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法及系统。包括：S1，对下变频数据进行匹配滤波；S2，获取滤波数据的起始位置、频偏值和频偏变化率，对滤波数据进行粗补偿；S3，解扩粗补偿数据；设置频偏步进值和频偏变化率步进值；S4，利用频偏值和频偏变化率对解扩数据进行多普勒频率补偿，利用相位估计对二次补偿数据进行相位补偿获得三次补偿数据；S5，通过锁相环对三次补偿数据进行相位跟踪获得精补偿数据；S6，对精补偿数据进行CRC校验，若校验失败，更新频偏值和频偏变化率，返回S4和S5。捕获阶段实现频偏粗补偿，扫频阶段将信号频偏减小到1Hz以内，跟踪阶段实现1Hz以内频偏补偿，实现载波信号精同步。

技术领域

本发明涉及低轨卫星信号载波同步技术领域，特别是涉及一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法及系统。

背景技术

低轨卫星由于功能密集度高、成本低、体积小等诸多优点，越来越受到人们的关注，在航空航天、通信应急、测控等领域有着广阔的应用前景。目前，低轨卫星正不断向网络化及星群化发展。作为军事通信信息化的重要保证，由星间链路构成的低轨卫星网络可为全球化的数据通信提供支持，是全球卫星通信系统的重要组成部分。

低轨卫星与地面终端之间的通信链路，其动态特性如何主要取决于卫星与地面终端的相对运动。当地面终端相对于地面静止时，卫星与该通信终端的相对运动速度很大，特别是当与低轨卫星通信的终端是高速弹载或机载、或是其它的飞行器时，通信链路双方的相对运动速度更高，相应产生的多普勒效应更大，这就导致地面终端与卫星的通信链路间存在更高的动态。由于当通信链路间存在高动态时，会产生较大的多普勒效应，导致接收端接收信号与本地伪码间存在较大的多普勒频偏；另外，由于低轨卫星绕地球做圆周运动，因此它与通信链路另一端的相对运动情况是实时变化的，随之产生的多普勒频偏也跟着实时变化。因此，低轨卫星通信接收信号的多普勒的动态范围很大。

低轨卫星通信中，为便于地面终端在特种场合进行伪装并提高系统的抗截获能力，防止通信时信息被截获和干扰，隐蔽通信往往要求地面终端发射功率谱密度要极低。发送端通过扩频将窄带信号扩展为宽带信号，接收端通过解扩处理将宽带有用信号变为窄带信号，同时将窄带干扰信号展宽为宽带信号，经过窄带滤波后，干扰信号的大部分能力被滤除，对干扰信号具有明显的抑制作用。因此，扩频技术在隐蔽通信应用领域具有显著优点，在低轨卫星通信中，为提高通信系统的保密性，往往需要对发送信号进行深度扩频，将发送信号的频谱扩展到很宽的频带。

低轨卫星与地面通信时由于高动态引起的多普勒效应非常大，这导致接收信号相对本地伪码存在高达几百kHz的多普勒频偏。低轨卫星通信中，为保证通信质量，不仅需对发送信号进行深度扩频，而且接收端需对信号进行精确的载波同步以消除多普勒频偏。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种应用于动态场景下的度扩频低轨卫星载波同步方法、系统。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种高动态场景下深度扩频低轨卫星载波同步方法，包括：步骤S1，对接收数据进行下变频获得下变频数据，对所述下变频数据进行匹配滤波获得滤波数据；步骤S2，获取所述滤波数据的起始位置、每个采样时间点的频偏值和频偏变化率，利用每个采样时间点的频偏值对该采样时间点的滤波数据进行粗补偿获得粗补偿数据；步骤S3，解扩所述粗补偿数据获得解扩数据；设置频偏步进值和频偏变化率步进值；步骤S4，利用每个采样时间点的频偏值和频偏变化率对该采样时间点的解扩数据进行补偿获得二次补偿数据，对第二次补偿数据进行相偏估计获得每个采样时间点的相位估计，利用每个采样时间点的相位估计对该采样时间点的二次补偿数据进行补偿获得三次补偿数据；步骤S5，通过锁相环对三次补偿数据进行相位跟踪获得精补偿数据；步骤S6，对所述精补偿数据进行CRC校验，若校验通过，载波同步处理完成，输出所述精补偿数据，若校验失败，将每个采样时间点的频偏值更新为上一循环的频偏值与频偏步进值之和，将每个采样时间点的频偏变化率更新为上一循环的频偏变化率与频偏变化率步进值之和，返回执行步骤S4和步骤S5。