低轨卫星星载通信信号处理关键技术研究
低轨卫星星载通信信号处理关键技术研究
卫星技术的发展推动了低轨卫星星群化和网络化程度的不断加深。通过星间链路构成的低轨卫星网络可以为全球数据传输和多种业务应用提供支持，长期以来一直受到各国军事和科研部门的关注。
应用需求和承担角色的转变对低轨卫星通信体制与技术提出了一系列挑战。就通信信号处理的角度而言，这些挑战主要包括提高捕获精度、降低星上信号处理开销、提高功率利用率等。
本文以具有星间链路与星上处理能力的低轨卫星系统为背景，以解决低轨卫星星载通信信号处理面临的挑战为目标，围绕上述三方面问题开展工作，对直扩信号高精度捕获技术、稀疏简化时频处理技术、最紧致高阶调制技术进行研究。本文的主要工作和创新性成果如下：提出基于频域重排实现并行高精度捕获的高精度频域重排捕获技术，通过引入相频特性将二维估计转化为一维估计问题从而实现并行捕获。
与传统捕获方法基于信号幅频特性通过能量检测实现捕获的思路不同，高精度频域重排捕获算法充分利用了信号的相频特性。在频域重排捕获算法中，相频特性与幅频特性各自表征一个参量且二者间存在约束关系，因此二维估计问题被转化为一维估计问题，可以通过一次运算同时得到时频估计结果。
引入相频特性使频域重排捕获算法在不降低捕获时效性的基础上获得精度上的改善。文中对影响算法性能的因素和算法的抗噪声性能进行了分析，推导了信噪比门限的非紧致理论界，并对捕获精度进行了仿真。
结果表明，该算法的码相位估计精度和频率估计精度比传统算法分别改善了50%和60%以上。提出基于频域解耦改善算法抗噪声性能的频域重排联合解耦捕获算法，通过固化幅频特性对相频特性谱的影响减少时频估计受到的限制。
在高精度频域重排捕获算法中，时频二维估计过程在流程上的耦合效应对算法抗噪声性能产生了影响。通过引入联合解耦处理，算法在保持幅频和相频特性各自反映的参量特征不变的基础上，使得二者的处理流程不相关化，减少了对码相位偏移和剩余频率估计过程的限制，从而改善了整体的抗噪声性能。
通过联合解耦处理获得的抗噪声性能的改善不以降低捕获算法的时效性为代价。文中分析了算法的抗噪声性能，推导了信噪比门限的非紧致理论界。
结果表明，频域重排联合解耦捕获算法的信噪比门限比频域重排捕获算法改善了约6dB。提出定位优化的稀疏傅里叶变换算法，充分利用直扩信号的“限带稀疏”特性来降低稀疏处理流程的运算复杂度。
传统稀疏傅里叶变换方法的稀疏处理过程本质上是解欠定方程的问题，必须采用“压缩、解算、选择”的处理流程。与传统方法不同，文中提出的定位优化稀疏傅里叶变换方法充分利用直扩信号优异的“限带稀疏”特性来防止有效谱峰的碰撞。
这使得稀疏处理过程转化为解结果具有一定波动的常规方程的问题，因而可以采用“压缩、预选、解算”的处理流程来降低整体复杂度，且不以最终估计结果的精确性为代价。文中对定位优化的稀疏傅里叶变换算法性能进行了分析，并将其引入前文所述捕获算法中。
结果表明，定位优化的稀疏傅里叶变换算法的复杂度比原稀疏傅里叶变换算法降低约50%；基于定位优化的稀疏傅里叶变换的频域重排捕获算法以及频域重排联合解耦捕获算法的复杂度比传统捕获算法分别降低了约96%和90%。建立最紧致高阶调制方式通用数学模型，基于分类和递推的方法求得抗噪声性能的通用解析表达式并提出低复杂度的三相投影解调算法。
由于最紧致高阶调制方式数学模型的不完善，之前的相关研究主要着眼于对无穷平面上星座的性能进行理论探讨，以及对特定点数星座的性能进行实验分析。为解决上述问题，文中提出了一套基于星座点幅值分类的通用模型，基于该模型推导了最紧致高阶调制方式抗噪声性能的通用表达式，随后提出了具有恒定运算复杂度的三相解调算法。
结果表明，该模型及抗噪声性能通解与实际情况吻合；最紧致高阶调制方式在大星座下的调制效率高于QAM调制方式；该低复杂度解调算法运算量仅为18次实乘与9次实加且与星座阶数无关。
基于OPNET的低轨卫星星座通信系统仿真研究
基于OPNET的低轨卫星星座通信系统仿真研究
胡宸华;黄圣春;王玲;孟祥龙
【摘 要】基于OPNET搭建了一个低轨道卫星星座移动通信系统仿真平台,介绍了网络拓扑、节点模型、进程模型和无线链路模型的相关设计过程,并结合STK软件生成的极地圆轨道模型,对自主设计的一套低轨星座移动通信协议进行了验证.仿真结果表明,该平台能够正确模拟LEO星座通信系统中寻呼、建链等通信过程,以及长时延、频繁切换等卫星通信的特性,为低轨星座移动通信协议研究提供了有力支撑,可为卫星通信仿真工作提供借鉴和指导.
【期刊名称】《通信技术》
【年(卷),期】2018(051)010
【总页数】7页(P2382-2388)
【关键词】低轨卫星网络;通信协议;OPNET建模;无线链路
【作 者】胡宸华;黄圣春;王玲;孟祥龙
【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙420082;国防科技大学电子科学学院,湖南长沙410073;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙420082;海军潜艇学院,山东青岛266199
【正文语种】中 文
【中图分类】TN927+.23
0 引 言 低轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星星座移动通信系统在军用和民用上都具有重大意义，是“一带一路”等国家战略中不可或缺的一环。相比国外低轨卫星移动通信的高速发展，国内的LEO通信系统建设刚刚起步[1]。通过软件仿真进行验证测试，对LEO星座移动通信系统建设具有重要的指导意义。OPNET是一款主流的通信仿真软件，拥有丰富的无线网络和有线网络仿真模型，但在卫星仿真上却缺少相关功能模块[2-3]。当前，基于OPNET的LEO网络仿真大多基于固定的卫星节点，甚至用有线节点来模拟低轨卫星通信，没有根据LEO卫星高速运动的特点来真实反映卫星通信链路和服务卫星的切换过程[4-5]。本文旨在对OPNET环境下的LEO通信系统搭建过程进行分析，为低轨卫星移动通信协议设计的仿真验证工作提供支撑。根据OPNET的传统三层建模架构，结合STK生成的轨道搭建网络层拓扑[6]，在节点层上综合考虑卫星多波束和多信道等设计因素，在进程层上搭建基于节点IP寻址的相关状态处理进程，对无线通信链路进行修改，以搭建天地通信无线信道[7]，最终实现验证LEO星座系统通信协议的仿真平台。
一种适用于低轨星载通信侦察系统的解调方法
ｗｗｗ．ｔｅｌｅｏｎｌｉｎｅ．｛３１１ 电讯技术 ２０ｌ１年
文章编号：１００１—８９３Ｘ（２０１１）０５—００４２—０４
一种适用于低轨星载通信侦察系统的解调方法
巢捷频，李晟
（中国西南电子技术研究所，成都６１００３６）
摘要：介绍了低轨星载通信侦察的特点，针对侦察中多普勒变化率相对信号带宽较大时传统技术
无法跟踪和解调ＰＳＫ信号的问题，提出一种基于改进的三阶锁相环的解调方法和实现途径，并使用
该方法研制了解调软件，在实际工程中进行了成功应用，满足了低轨卫星侦察系统对该类信号解调
的需求。
关键词：低轨卫星；侦察系统；ＢＰＳＫ；ＱＰＳＫ；解调
中图分类号：ＴＮ７６３ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９３ｘ．２０１１．０５．００９
Ａ Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｈｉｒｄ．ｏｒｄｅｒ ＰＬＬ ｆ０ｒ
ＬＥ０ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｒｅｃ０ｎｎａｉｓｓａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ
ｃＨＡｏ Ｊｉｅ－ｐｉｎ．ＬＩ Ｓｈｅｎｇ
（Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ—ｂａｓｅｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅ－ ｍｏｄｕｌ￣ｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒ ｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ（ＰＬＬ）ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｃｏｎｖｅｎ－ ｔｉｏｎａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎｎｏｔ ｔｒａｃｋ ａｎｄ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅ ＰＳＫ ｓｉｇｎａｌ ｗｈｅｎ ｔｈｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ｌａｒｇｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ｓｉｇ－ ｈａｌ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｉｎ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ＬＥＯ（Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ）ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓｉｇｎａｌ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ．
星载insar信号处理方法研究
分类号卫ｉ鳗２
工学硕士学位论文学号Ｑ§Ｑ垒ＱＱ皇２
密级尘五
星载ＩｎＳＡＲ信号处理方法研究
硕士生姓名刘子龙
学科专业信息与通信工程
研究方向对地观测电子信息获取与处理
指导教师董臻副教授
国防科学技术大学研究生院
二ｏＯ九年四月国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
摘要
星载ＩｎＳＡＲ系统是将卫星编队技术与合成孔径雷达（ＳＡＲ）技术相结合的雷
达系统。它通过单星多航过或多颗卫星编队获取可以干涉的ＳＡＲ图像来进行地面
高程测量。相对于其它地面高程测量方式和其它ＩｎＳＡＲ系统，星载ＩｎＳＡＲ系统具
有自己独特的优点，因此正成为国内外关注的热点。本文瞄准这一前沿课题，着
重研究了星载ＩｎＳＡＲ的信号处理方法，包括ＩｎＳＡＲ复图像的配准、阴影和叠掩区
域的判别与处理、干涉相位图滤波和解缠等。特别是针对复杂条件下的信号处理
提出了一些更具普适性的新方法，为未来系统实现以及应用推广提供技术支持。
本文研究了星载ＩｎＳＡＲ复图像的配准方法。ＩｎＳＡＲ复图像对的配准通常可划
分为粗配准和精配准两个层次。粗配准又可分为概略配准和像元级配准，精配准
为亚像元级配准。粗配准的方法主要有几何粗配准、人工选取控制点的粗配准和基于窗口灰度相关的粗配准。精配准主要有相关精配准和最大谱精配准。但是星
载ＩｎＳＡＲ图像对之间的相干性受很多因素的制约，包括信噪比、系统空间几何、
变基线以及地形因素等。所以有时需要配准的ＩｎＳＡＲ图像对之间的相干件很低，
对应图像的形变很大，导致传统的配准方法不再适用。本文针对这种“非相干”
ＩｎＳＡＲ复图像提出了一种新的基于特征角点检测，小波金字塔分层匹配，Ｄｅｌａｕｎａｙ三角网插值映射的精配准方法。配准精度达到０．１像素量级，为多基线、多波段系
统信息融合提供了方法支持。此方法同样可以适用于相干图像对。在地形起伏较大的区域往往会出现雷达波照射不到或不同区域雷达回波重叠
的现象，前者我们称之为阴影（ｓｈａｄｏｗ），后者我们称之为叠掩（１ａｙｏｖｅｒ）或顶底倒置。二者都会严重破坏相位的连续性，给相位解缠带来困难。本文通过分析
星载GPS辅助低轨卫星运动学定轨方法综述
・９８・ 现代导航 ２０１３笠
星载ＧＰＳ辅助低轨卫星运动学定轨方法综述
张婷 ，王磊 ，杨小伟２
（１北京卫星导航中心，北京１０００９４；２解放军６１５１６部队）
摘要：本文简要介绍了星载ＧＰＳ低轨卫星定轨的背景、系统组成和主要定轨方法。重点论
述了星载ＧＰＳ低轨卫星运动学定轨的基本原理及方法，指出了各种运动学定轨方法的优点和不
足。分析了各种运动学定轨解算的特点，并对星载ＧＰＳ低轨卫星运动学定轨的发展方向进行了展
望。 关键词：ＧＰＳ；低轨卫星（ＬＥＯ）；运动学定轨；三差 中图分类号：Ｐ２２８．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—７９７６一（２０１３）０２．０９８．０５
Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ＬＥＯ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｐａｃｅ—Ｂａｓｅｄ ＧＰＳ
ＺＨＡＮＧ Ｔｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｌｅｉ，ＹＡＮＧＸｉａｏｗｅｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｇｉｖｅｓ ａ ｂｒｉｅｆ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＬＥＯ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ ＧＰＳ．Ｉｔ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ＬＥＯ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ ＧＰＳ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ
ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｉｔ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｆｏｒ ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｃｅ—ｂａｓｅｄ ＧＰＳ． Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＧＰＳ；ＬＥＯ；Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ Ｏｒｂｉｔ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ；Ｔｒｉｐｌｅ—Ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ
低轨卫星定轨综述
低轨卫星定轨综述
摘要：
本文首先介绍了卫星轨道的分类标准，随后简述了星载GPS低轨卫星定位系统的体系结构以及星载GPS定轨研究进展。最后重点分析了星载GPS低轨卫星的几种定轨方法
关键词：
低轨卫星定轨 GPS接收机 几何法 运动法 约化动力法
卫星运行轨道的分类标准
人造卫星的运行轨道按形状分类可以分为椭圆轨道和圆轨道：
椭圆轨道：偏心率不等于0的卫星轨道，卫星在轨道上做非匀速运动，适合高纬度地区通信。圆轨道：具有相对恒定的运动速度，可以提供较均匀的覆盖特性，适合均匀覆盖的卫星系统
按倾角（卫星轨道平面与赤道平面的夹角，称为卫星轨道平面的倾角）
赤道轨道。i=0°，轨道面与赤道面重合；静止通信卫星就位于此轨道平面。
极地轨道。i=90°，轨道面穿过地球南北极。
倾斜轨道。轨道面倾斜于赤道。根据卫星运动方向和地球自转方向的差别分为
顺行倾斜轨道，0°< i<90°
逆行倾斜轨道，90°< i<180°
图1
按高度分类
根据卫星运行轨道距离地面的高度h，可分为
低轨道 (LEO)：500
中轨道 (MEO)：8000km
静止/同步轨道(GEO)：h=35786km。
高轨道(HEO)：h>20000km，椭圆轨道，远地点可达40000km
地球同步轨道 是运行周期与地球自转周期相同的顺行轨道。但其中有一种十分特殊的轨道，叫地球静止轨道。这种轨道的倾角为零，在地球赤道上空35786千米。地面上的人看来，在这条轨道上运行的卫星是静止不动的。一般通信卫星，广播卫星，气象卫星选用这种轨道比较有利。地球同步轨道有无数条，而地球静止轨道只有一条。
太阳同步轨道
是轨道平面绕地球自转轴旋转的，方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转的平均角速度（360度/年）的轨道，它距地球的高度不超过6000千米。在这条轨道上运行的卫星以相同的方向经过同一纬度的当地时间是相同的。气象卫星、地球资源卫星一般采用这种轨道。
低轨卫星通信系统网络设计
低轨卫星通信系统网络设计
徐超男;张勇;郭达;李海昊
【摘 要】Considering the communication demand of"the Belt and Road
Initiatives","the 13th Five-Year Plan", the LEO satellite communication
system network structure based on"Fuxing Communication System"is
proposed, and this structure, via the research of existing mature DVB,
CCSDS, 3GPP communication standards, could be easily achieved. And
meanwhile the network elements and corresponding functions of the
network architecture, including their designs, are described. The system is
of both the superiority of high data transmission rate for LTE
communication network, and the advantage of seamless coverage for LEO
satellite communication system. Moreover, LEO satellite communication
system has lower time delay than traditional medium and high orbit
satellite communication system. As a basic system, Fuxing communication
低轨遥感卫星星载GPS精密快速定轨算法
低轨遥感卫星星载GPS精密快速定轨算法
汪大宝;王中果;汤海涛;曹京
【期刊名称】《中国空间科学技术》
【年(卷),期】2014(000)002
【摘 要】对低轨遥感卫星的精密定轨在理论上和实践上均有较高的技术难度，传统的定轨算法难以兼顾定轨精度和低运算复杂度的要求。为此，将交互式多模型算法（IMM）和多速率跟踪（MRT）技术引入卫星精密定轨技术研究，提出一种新定轨滤波算法。以IMM算法为框架，通过建立多模型集，降低对复杂动力学模型的建模误差，并根据各模型的线性化程度，综合选配粒子滤波算法和卡尔曼滤波算法，提高了滤波精度；同时，根据MRT思想，将原始观测信息压缩映射至模式空间，在模式空间实现低速率滤波，以降低算法的运算量。试验结果表明，算法较传统的卡尔曼滤波算法三轴定轨精度提高约47％，而运算速率较粒子滤波算法降低约40％；可见该算法在具有较低运算复杂度的基础上，具有较高的定轨精度，能够满足后续高分辨率遥感卫星对卫星定轨的要求。
【总页数】8页(P54-61)
【作 者】汪大宝;王中果;汤海涛;曹京
【作者单位】北京空间飞行器总体设计部，北京100094;北京空间飞行器总体设计部，北京100094;北京空间飞行器总体设计部，北京100094;北京空间飞行器总体设计部，北京100094
【正文语种】中 文 【相关文献】
1.利用星载GPS数据进行海洋2A卫星快速精密定轨 [J], 郭南男;周旭华;吴斌
2.星载GPS定轨中精密GPS卫星钟差的改正和应用 [J], 季善标;朱文耀
3.用于遥感卫星的高精度实时星载GPS定轨 [J], LinHaas;王威
4.资源三号01星及02星星载GPS天线PCO、PCV在轨估计及对精密定轨的影响 [J], 袁俊军;赵春梅;吴琼宝
5.GPS星历对LEO星载GPS精密定轨精度的影响 [J], 彭冬菊;吴斌
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基于星载 GPS／BDS 的低轨卫星精密定轨
基于星载 GPS／BDS 的低轨卫星精密定轨
赵春梅;张德成;何正斌;李谦
【期刊名称】《导航定位学报》
【年(卷),期】2015(000)003
【摘 要】本文针对基于星载 GPS 和 BDS 的低轨卫星联合定轨问题进行了研究。以资源三号卫星为例，仿真了星载 GPS 和BDS 观测数据，基于非差动力学定轨原理和法方程叠加方法进行了单独定轨和联合定轨试验。试验结果表明，在仅考虑观测噪声情况下，采用星载 GPS 和 BDS 数据解算得到的轨道位置精度分别为0．9 cm 和5．1 cm，联合定轨精度可以达到0．9 cm，精度与单独利用 GPS
数据解算的精度相当；当采用截止高度角方式人为减少参与解算的星载 GPS 数据量进行定轨解算时，定轨精度降低为3．9 cm，此时再进行联合定轨解算，在合理分配权值的情况下，定轨精度可以达到3．4 cm，精度有所提高。
【总页数】7页(P18-23,34)
【作 者】赵春梅;张德成;何正斌;李谦
【作者单位】中国测绘科学研究院，北京 100830;国家测绘地理信息局 第一大地测量队，陕西 西安 710054;中国测绘科学研究院，北京 100830;中国测绘科学研究院，北京 100830
【正文语种】中 文
【中图分类】P228
【相关文献】 1.星载GPS低轨卫星几何法精密定轨研究 [J], 胡国荣;欧吉坤
2.基于单频星载GPS数据的低轨卫星精密定轨 [J], 郭向;张强;赵齐乐;郭靖
3.基于星载GPS数据的Jason-3卫星简化动力学和运动学法精密定轨 [J], 郭恒洋;郭金运;杨洲铭;齐林虎;赵春梅
4.星载BDS/GPS低轨卫星自主定轨精度分析 [J], 熊超;贾小林;朱俊;卢传芳
5.均方根信息滤波和平滑及其在低轨卫星星载GPS精密定轨中的应用 [J], 赵齐乐;刘经南;葛茂荣;施闯
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低轨单星测频定位技术及其精度分析
第３８卷第１８期 ｖｏＩ－３８ Ｎｏ．１８ 计算机工程 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年９月 Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１２
・专栏・ 文章编号：１０００—３４２８（２０１２）１８—０Ｏ０６＿＿＿０５ 文献标识码ｌ Ａ 中田分类号ｔ ＴＮ９７１
低轨单星测频定位技术及其精度分析
严航，姚山蜂
（盲信号处理国家重点实验室，成都６１００４１）
摘要：在低轨单星测频定位中，网格搜索算法在高精度搜索时运算量大，且泰勒展开迭代方法存在定位不收敛的问题。为此，提出一种 基于网格搜索与泰勒展开迭代相结合的定位方法。利用网格搜索算法实现粗定位，将该定位结果作为初始值代入泰勒迭代算法，从而对目 标进行高精度定位。推导地球表面约束条件下低轨单星测频定位精度的克拉美劳下界，分析各种因素对定位精度的影响，仿真结果表明， 在星下点两侧附近区域，低轨单星测频定位方法能够有效地实现对目标的定位。
关健词：低轨卫星；多普勒频移；无源定位；误差分析；定位精度；克拉美劳下界
Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ０ｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｌｏｗ Ｅ’ａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ＹＡＮ Ｈａｎｇ，ＹＡＯ Ｓｈａｎ—ｆｅｎｇ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆＢｌｉｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ（ＬＥＯ）ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｇｒｉｄ ｓｅａｒｃｈ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｔａｙｌｏｒ—ｓｅｒｉｅｓ ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｅｘｉｓｔｓ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｉｓ，ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｏｆ ｇｒｉｄ ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｔａｙｌｏｒ－ｓｅｒｉｅｓ ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｕｓｉｎｇ ｇｒｉｄ ｓｅ￣ｃｈ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｒｏｕｇｈ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｔａｙｌｏｒ－ｓｅｒｉｅｓ ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔａｒｇｅｔ ｃａｎ ｂｅ ｇｏｔ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｃｒａｍｅｒ－Ｒａｏ Ｌｏｗｅｒ Ｂｏｕｎｄ（ＣＲＬＢ）ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｏｆ ａｌｔｉｔｕｄｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔＯ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅａｓ￣ｅｍｅｎｔ ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ＬＥＯ
通信卫星的星上处理技术
高新技术通信卫星的星上处理技术吴恒(解放军理工大学通信工程学院)摘要:通信卫星星上处理技术和适于卫星链路的网络协议结构是下一代宽带卫星通信网的核心技术，本文综述了宽带通信卫星星上处理关键技术的现状与发展趋势。关键词:星上处理(OBP)异步传输模式(ATM)星际链路(ISL)中图分类号:TNgl4文献标识码:A文章编号:1672一3791(2007)04(a卜0004一01，引言卫星通信具有通信覆盖范围广、通信距离远等优点，在军事和民用通信中有着广泛的应用前景。随着微电子技术、数字信号处理技术的发展，星上交换技术对于提高通信的质量和频谱利用率起着关键作用，因此成为卫星通信领域研究的热点。2当今宽带卫星系统性能特点21Antrolink系统Antrohnk一Ka波段Astrolink卫星星座包括9颗地球同步轨道(GEO)卫星。系统支持高速率多媒体通信，采用星上处理和星上交换技术以提高效率和灵活性。每颗卫星都是通信网络的节点，这与“弯管中继”转发不同。数据率范围为16kb/5到9.OMb/5。其中384Kb/5的数据率支持90Cm的大线，这使Antrohnk适用干较大的移动平台。2，ZSpaceway系统3因Ce，犷ay一spaceway卫星星座由16颗高轨(GEO)卫星和20颗中轨(MEO)卫星组成。采用Ka波段支持高速数据、因特网接人及资带多煤体信息服务。Snace、犷ay的卫星结构基于传统的弯管中继。它向采用0.66米小型终端的用户提供高质量的服务，数据率为16kb/5到6Mb/5。SPaCeway系统与地面ATM、综合业务数字网(ISDN)、帧中继及X.25标准兼容。2.3Skvbrrdge一Skybridge系统该星库由80颗圆形低轨卫星(LEO)弯管式中继组成。支持先进的信息服务，速率为16kb/5到6OMb/5。卫星设计基于弯管中继。与上述系统不同，Skgbridge是一个Ku波段系统，选择Ku波段是因为Ku波段技术已经成熟。SxyBridge网关站通过ATM交换与地面网络接口。大多数服务将是基于IP的。Skgbridge采用了码分、时分、倾分多址(CDMA/TDMA/FDMA)的混合波形，然而卫星本身是透明的(即弯管式)。为提高容量，采用了点波束，每波束内频率复用。Skybridge将同时能容纳2千多万用户。上基带交换。第3类为其它形式的处理。射频处理是直接处理上行的射频信号，并在射频上进行转接，而不是将信号从载波上解调后在中频或基带上交换。目前射频处理技术使用较少。主要用在星上用微波开关矩阵祸合上下行链路，以改进卫星的互连性。对这种处理器的要求是:轻质量，低功耗、高可靠性，其频率与射频信号的进出频率有关，带宽与被转接信号的数据率有关，处理速度取决于开关改变状态的速率。32星上异步传输技术星上异步传输模式(ATM)技术也是基带处理的一种。卫星ATM互联单元(ASTU)在卫星与地面的无缝连接中起着至关重要的作用。各种ATM业务和非业务通过复接在一起并转换成适宜卫星信道传输的信号。ASTU的主要功能有:实时带宽分配、网络接人控制、系统定时和同步控制、呼叫监测、差错控制和济量控制。它可以与ATM交换机相连，也能与局域和广域网相连。通过ATM交换机，可传送来自ATM局域网、公众广域网的业务，地面主干网出现故障时也可传送各种业务。3.3行P、ATM及增强型的005保障IP、ATM或二者的混合(IP/ATM)作为下一代高效多煤体信息网络的墓石。发展趋势是实现日益灵活、面向分组和有保证的QOS网络。在保证质量和速度的前提下，提供多项服务。保证QOS是多媒体通信的基本要求。精确地分配各种服务的必需资源的能力(如优化资源利用)，对提高效率非常重要。ATM设计成可保证每种服务类别的QOS。而IP目前仅能通过最有效的传输支持一种QOS;但在将来，IP预期能支持多种级别的QOS，因此也能支持多媒体服务。34星际链路(ISL)宽带卫星通信系统的发展，采用ISL将成为一种发展趋势，如L面提到的Antrolink、SPaceway系统都带有星际链路。IsL可大幅减少地面关口站的数量，避免长距离的地面线路.并可迁回地面网，其网络安全性将受到政府和军队用户的特别重视。ISL在技术上提出许多挑战，如凝视天线、PAT(pointing，acQ山sition，tracking)补偿等。IsL的应用需要与星上处理(OBP，On一Boa川Pr叱已泥ing)技术相结合。3.5服务平台为了使性能不太优越的小终端能向用户提供多媒体信息服务，卫尾须与终端(如手机)和网络有效地结合起来。其中一个重要问题是服务平台的作用。服务平台可以看作一个位于传输系统与支持分布式多媒体信息服务的底层网络之间的一个功能层。服务平台为分享计算和通信资源提供了基本的手段。它具有很好的适应性和更新能力，还支持服务管理和传输(如多路广播服务、安全性、QOS管理、同步和误差控制)。所以，它将影响通信系统的许多方面。在未来通信系统通过具有星上处理能力的卫星向用户终端提供因特网服务的情况下，服务平台的选择可能最终以某种方式影响到卫星网络和通信资源的共享，以及卫星系统与分布多媒体网络的综合。4星上处理技术展望星上处理技术同其他尖端技米一样，其风险性与效益是成正比的。基带处理技术在“先进通信技术卫星”上成功运行后，国外制定了不少装备星载处理能力的通信卫星计划。在2000年后陆续投入使用，主要解决宽带高速率通信和个人移动通信终端的通信问题。参考文献川W.H.YIM，C.C.D.KWAN.ANDB.G，EVANS.Multi一carrlerDemodula一tionforon一BoardPro。贾石ulgsateill岛.Internationa1JournalofsatelliteCommunications，1988，6:243251.12]黄骏.克服星上交换的障碍.无线电通信技术，2001，27(1).[31NADERIFM.ATCS:thefirststePtowardaswitch一boardinthesky【C]SatellitelntegratedcommunitionNetworksBDe1Re，PbarthelollleandPPNusPI(eds)Amsterdam:NorthHolland.1988.3星上处理关键技术3.1空中交换技术空中交换处理包括星上信号处理、星上交换和星上路由。主要分为以下三类:第1类:基带星上处理、星上交换和星上路由;第2类:中频/射频(IF/RF)星上处理和星上交换;第3类:支持处理。第1类通常称为全处理卫星。第2类大致对应于部分处理且星。包合信号的再生、射频或中频的交换，但不包含星科技资讯SCI〔NC〔&丁任C日NOL00YINFO日MAI-ION