[发明专利]一种GNSS辅助的LEO地面通信收发系统及方法

权利要求书

1.一种GNSS辅助的LEO地面通信收发系统，其特征在于，包括依次连接的天线阵列、多通道射频单元、基带信号处理单元和GNSS信号接收单元；

所述天线阵列包括多个阵元，各阵元通过馈线与多通道射频单元的各通道一一对应连接，多通道射频单元与基带信号处理单元连接，基带信号处理单元与GNSS信号接收单元连接；

所述GNSS信号接收单元，用于接收并处理GNSS信号，获得时间、位置和速度信息；

所述基带信号处理单元，用于根据GNSS信号接收单元提供的时间、位置信息，以及LEO卫星的轨道信息，实现地面通信收发系统与LEO卫星之间方向信息的估算，并将该方向信息作为导向矢量，利用波束形成算法计算出天线阵列各个阵元的权重，并将权重乘以各阵元对应的射频通道输出，最后将所有阵元的相乘结果相加，实现对各阵元的发射信号和接收信号进行加权，将发射波束和接收波束指向LEO卫星；

所述基带信号处理单元，还用于根据GNSS信号接收单元提供的时间、速度信息，以及LEO卫星的轨道信息对LEO卫星和地面通信收发系统之间的方向矢量变化进行数学建模，并根据建立的动态模型，以及观测到的LEO卫星信号信噪比，通过波束形成算法不断调整阵元权重，实现对LEO卫星的方向跟踪。

2.根据权利要求1所述的GNSS辅助的LEO地面通信收发系统，其特征在于，所述基带信号处理单元包括：波束形成模块、发射信号处理模块和接收信号处理模块；

所述波束形成模块与所述多通道射频单元连接；所述波束形成模块还分别与所述发射信号处理模块、接收信号处理模块连接；所述波束形成模块还与GNSS信号接收单元连接；

所述波束形成模块，用于接收GNSS信号接收单元提供的时间、位置和速度信息，通过波束形成算法形成波束权重，对各天线阵元的发射信号和接收信号进行加权处理；

所述发射信号处理模块和所述接收信号处理模块，用于实现地面通信收发系统的信号发射与接收处理。

3.根据权利要求1所述的GNSS辅助的LEO地面通信收发系统，其特征在于，所述天线阵列为任意阵型，阵元数目依据实际情况任意设定。

4.根据权利要求1所述的GNSS辅助的LEO地面通信收发系统，其特征在于，所述GNSS信号接收单元与地面通信收发系统集成在一起，作为同一个系统。

5.一种GNSS辅助的LEO地面通信收发方法，应用于如权利要求2所述的GNSS辅助的LEO地面通信收发系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在信号发射时，基带信号处理单元中的发射信号处理模块对所需发射信息进行调制产生调制信号，并将调制信号传输至波束形成模块；

S2：波束形成模块根据GNSS信号接收单元提供的时间、位置信息以及LEO卫星的轨道信息，计算出地面通信收发系统与LEO卫星的方向矢量，并利用波束形成算法计算天线阵列各阵元权重，通过对发射信号和接收信号加权，将发射波束和接收波束指向LEO卫星；

S3：在信号接收时，基带信号处理单元中的波束形成模块通过方向跟踪算法调整各阵元权重，对天线阵列各阵元接收到的信号进行加权，并将加权结果传输至接收信号处理模块，接收信号处理模块通过解调恢复出信息；

步骤S3中，所述方向跟踪算法具体包括：

S3.1：基带信号处理单元根据GNSS信号接收单元提供的时间信息、速度信息，以及LEO卫星的轨道信息对LEO卫星和地面通信收发系统之间的方向矢量变化进行数学建模；

S3.2：基带信号处理单元根据建立的动态模型，以及观测到的LEO卫星信号信噪比，通过波束形成算法不断调整阵元权重，实现对LEO卫星的方向跟踪，从而达到在移动环境中也能实现精准波束指向的目的。