[发明专利]一种卫星信号载波同步方法及系统

说明书

本发明公开了一种卫星信号载波同步方法及系统,所述方法包括如下步骤:对接收到的载波信号进行混频滤波，得到采样信号；基于采样信号计算得到其同相分量和正交分量；基于所述两个分量捕获载波频偏并补偿，实现载波第一次同步；利用双层锁相环对载波信号混频滤波，第一次提取载波频率和相位信息，通过上述信息对载波频偏和相位偏差进行第一次补偿，得到第一次补偿后的载波信号；利用双层锁相环对载波信号混频滤波，第二次提取载波频率和相位信息，通过上述信息对载波频偏和相位偏差进行第二次补偿，得到第二次补偿后的载波信号，完成对载波信号的相位跟踪，实现载波第二次同步。

技术领域

本发明涉及一种卫星信号载波同步方法及系统，涉及卫星导航、卫星通信以及无线通信应用等领域。

背景技术

近年来，高动态在卫星通信、航天测控及导航系统中都普遍存在。在卫星通信系统中，随着卫星通信技术迅速发展，空间飞行器(通信卫星、导航卫星、深空探测器等)组成的星座之间、星地之间的移动通信越来越受到人们的关注；由于卫星星座相对于地面高速运动以及星座之间的高速运动，使收发双方处在高动态的通信条件下，在时域表现为严重的时间选择性衰落，在频域表现为信号存在大的多普勒频偏及高阶多普勒频偏变化率。

在卫星导航领域，中低动态接收机在民用领域的应用已经相当广泛，如车辆船舶导航；但高动态接收机国内研究还比较少，而高动态导航系统对于提高军事能力起着举足轻重的作用；因此，研究低信噪比、高动态环境中的信号接收技术已经日趋紧迫。

在高动态应用环境中，通信双方之间的高速相对运动往往会在接收机接收信号的载频上引入较大的多普勒频偏及其高阶变化率；为了适应高动态环境，中低动态接收机的载波跟踪环路的环路带宽必须被加宽来捕获和跟踪上接收信号的多普勒频偏及其变化率，然而环路带宽的加大又势必导致载波跟踪精度的降低，尤其当跟踪环路处于低信噪比通信环境中时，噪声的引入甚至会导致载波跟踪环失锁。

高动态环境下的载波同步主要存在两大技术难点；其一为绝对频偏较大，在高动态环境中，由于通信载体往往具有极高的运动速度，导致在通信接收端有很大的多普勒频偏，给接收机的设计带来了严重挑战。大频偏的出现迫使接收机不得不放宽前端带宽，以便使有用信号能完全进入后级信号处理模块；然而带宽放大的同时不可避免地会引入大量的带外噪声，使得接收机的输入信噪比显著下降，给后续同步、解调模块带来巨大挑战；同时，在捕获模块中，较大的频偏范围也意味着较大的频率搜索区间，而搜索区间过大可能导致接收机硬件资源紧缺等实际工程问题。

高动态环境下的另一技术难点是存在较大的频率变化率；在实际空间中，通信载体的相对运动速度往往是剧烈变化的，这就使得其对应的多普勒频偏也会产生剧烈的波动，即存在较大的频率变化率；相比于频偏而言，较高的频率变化率对通信系统的影响更为强烈；它不仅需要接收机同步模块在捕获时给出相对准确的估计值，更要求载波跟踪系统具有极高的动态跟踪能力，能够在载波频率、相位快速变化的条件下实时给出精确估计值，这就给载波同步中的捕获和跟踪模块都带来了严峻的考验。

发明内容

本发明的目的是提供一种卫星信号载波同步方法及系统，在高动态、大频偏的环境下，实现对卫星信号的载波精确捕获和跟踪，完成对载波信号的第二次同步。

本发明是通过下述技术方案实现的：

第一方面，提供了一种卫星信号载波同步方法，包括如下步骤：

对接收到的载波信号进行混频滤波，得到采样信号；

基于采样信号计算得到其同相分量和正交分量；

基于同相分量和正交分量捕获采样信号中载波频偏并补偿，实现载波第一次同步；

利用预设计的双层锁相环对第一次同步后的载波信号混频滤波，第一次提取混频滤波后载波信号的载波频率和相位信息，通过载波频率和相位信息对载波频偏和相位偏差进行第一次补偿，得到第一次补偿后的载波信号；