[发明专利]针对空对地通信的基于矢量力学的多普勒频移估计

说明书

背景技术

近年来，在航空平台中提供无线连接已经成为一种必要。互联网服务的信号处理、快速成型和高消费者需求方面的进步以及航空器交通和安全性方面的增长正在推动航空客户对于高速数据服务的需求。因此，为航空平台提供低延迟、有成本效益且高速的数据连接已经成为所期望的。

大多数当前高海拔航空平台(诸如商用航空器)通过卫星提供数据连接。然而，与陆地网络相比，卫星资源有限、昂贵且提供有限的数据吞吐量。对使用卫星的缺陷的潜在解决方案是：提供到能够提供高速物理层的地面站的无线连接。

陆地网络中出现的问题之一是基于航空器速度和载波频率而对多普勒频移的估计和校正。在没有对多普勒频移的校正的情况下，先进的调制方案(诸如正交频分复用(OFDM)或者密集星座图(比特/赫兹))是不可能的。

发明内容

一种针对空对地通信而估计多普勒频移的方法包括：获得航空器在飞行期间的初始位置，其中航空器包括具有多个地面站塔台的所存储的位置的机载数据库；当航空器的后续位置接近最靠近的地面站塔台的所存储的位置时，请求对于最靠近的地面站塔台的多普勒频移估计；当请求多普勒频移估计时，获得航空器的当前位置；从初始位置到当前位置定义航空器位置矢量；从初始位置到所存储的位置定义塔台位置矢量；从塔台位置矢量减去航空器位置矢量，以确定航空器到塔台位置矢量；关于时间对航空器到塔台位置矢量求微分，以确定到最靠近的地面站塔台的速度量值；和计算多普勒频移。

附图说明

参照附图，本发明的特征对本领域技术人员来说将从下面的描述中变得显而易见。理解到附图仅描绘典型实施例且因此不应为被认为在范围上进行限制，将通过使用附图、以附加的特异性和细节来描述本发明，在附图中：

附图1是针对空对地通信而估计多普勒频移的方法的流程图；

附图2是在其中能够实施估计多普勒频移的方法的示例性航空器和塔台配置的三维图形表示；

附图3是图示了在估计多普勒频移的方法中矢量力学的使用的图；以及

附图4是根据一个实施例的能够实施估计多普勒频移的方法的系统的框图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，以充足的细节描述实施例以使得本领域技术人员能够实践本发明。应当理解，其他实施例可以在不脱离本发明范围的情况下加以利用。因此，下面的详细描述不应在限制意义上理解。

针对空对地(ATG)通信而提供了一种用于基于矢量力学的多普勒频移估计的方法和系统。本方法基于几何形状来估计(或预测)ATG通信中的无线电信号的多普勒频移。该技术可以用于正交频分复用(OFDM)无线电信号，诸如被用在4G长期演进(LTE)系统中。

现代航空器配备有使用全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)或这二者的先进航空电子设备。在飞行中时，航空器中的导航计算机使用GPS和/或IMU信号以提供航空器的准确位置。此外，用于航空器通信的地面站塔台具有固定的位置。

本方法通过导航计算机输出来建立起始航空器位置。地面站塔台位置可以被预先加载并存储在机载飞行数据库中。随着系统知道航空器的位置并且基于数据库中预先加载的塔台位置，指定范围内的所有塔台的位置是已知的。因此，矢量力学能够被用于估计到最靠近的塔台的速度量值并计算多普勒频移。

例如，随着航空器位置接近最靠近的所存储的塔台位置(最小量值位置矢量，塔台到航空器)，对于该塔台作出多普勒频移估计请求。在该请求时，针对航空器的新位置而查询导航计算机，该新位置将是运行的位置矢量数量。然后，通过从初始塔台位置矢量减去当前航空器位置矢量来建立航空器到塔台矢径(radius vector)。将该差位置矢量(航空器到塔台)量值除以采样时间以确定到最靠近的塔台的速度量值(V_tower)。在飞行中时，航空器的速度(V)是已知的，并且空对地通信链路的载波频率(f_c)是已知的。因此，多普勒频移可以被计算为：

f_d＝V_tower*f_c/c，

其中f_d是多普勒频率的差，并且c是光速。