[发明专利]低轨卫星移动通信地面终端无源定位系统

说明书

本发明公开的一种低轨卫星移动通信地面终端无源定位系统，旨在提供一种能够减少定位站数量，降低地面终端复杂度的无源定位系统。本发明通过下述技术方案实现，频率信息提取模块接收卫星下行网控信号，实时获取给通信终端分配的通信频率；频率信息提取模块与信号频率测量模块同时将获取的分配通信频率和实际频率送入多普勒频移估计模块，估计通信终端相对卫星的多普勒频移；目标位置分布曲线计算模块根据多普勒频移和星历预测模块送来的卫星星历，解算出的通信终端位置分布曲线；定位解算模块利用干涉仪测向模块对通信终端发射信号进行无源测向获得通信终端相对定位站的方位信息的示向线和通信终端位置分布曲线，求解通信终端位置得到无源定位结果。

技术领域

本发明涉及一种主要用于地面通信终端的无源定位系统。更具体地说，是一种基于低轨卫星移动通信系统地面通信终端多普勒频移预补偿机制、利用单站进行的快速无源定位系统。

背景技术

低轨道小卫星(LE0)通信系统，属于卫星移动通信系统，采用多颗低轨道小卫星覆盖进行通信业务的范围。低轨道卫星移动通信是利用运行轨道比地球同步轨道低得多的一组卫星，实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信。低轨卫星移动通信系统主要由卫星星座、地面关口站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元组成。

低轨道卫星的轨道高度低，运行周期短，相对于地球的高速运动造成了通信中大范围快速时变的多普勒频移，其仰角的变化直接关系到信号的多径和遮蔽效应，另外不同的通信环境信号的衰落特性也有所不同。与其它通信信道相比，移动信道因为时变的缘故而更加复杂。无线电信号通过移动信道时会遭受到来自不同途径的衰减损害。由于卫星运动使信号产生很大的多普勒频移，再加上卫星空间传播过程中的种种其他干扰，使系统工作于时变衰落信道。低轨卫星移动通信系统为了充分利用信道带宽资源，系统统一对信道资源进行动态分配，在地面终端业务申请阶段通过网控信号指定通信终端工作频率。

在低轨卫星移动通信系统中，低轨卫星平台对地的相对高速运动，在卫星和地面终端之间的发射信号和接收到的信号之间会存在多普勒频移，接收机需要使用宽带滤波器,由此引入了大量噪声,降低了系统性能,为保证可靠通信,必须进行补偿和消除。多普勒频移是因为通信中的收发双方存在相对运动引起的。卫星移动通信系统中卫星对地高速运动,因此有较大范围的多普勒频移。前向广播信道中的多普勒频移高达几十至几百千赫兹,而且是时变的,传统的扫频捕获方式速率较慢,不易捕获广播信道,因此系统设计时必须考虑多普勒频移补偿。多普勒频移与载波频率成正比,适当降低工作频率可以减小多普勒频移,但较低的工作频段可用带宽少,受地面干扰严重,而且这种方法不能提高频带利用率,是不可取的。卫星与地面基站和卫星与移动终端之间产生的过大的多普勒频移会造成严重的解调错误，产生误码，影响通信质量。卫星通信系统中多普勒频移是影响载波频率的主要原因。消除多普勒频移的影响也成为载波同步的主要目标。解决该问题主要的方法有：由PARon—cagliolo等提出的信号捕获方法与锁相环相结合的方法完成频率同步，即使用锁频环对信号频率进行大范围的捕获，然后再将捕获成功的信号利用锁相环进行精确跟踪。但该方法如果遇到星地之间高速相对运动或极低信噪比的情况，会对硬件环路造成压力，严重的情况会造成失锁，捕获跟踪失败，影响整个同步过程。而另一种同步思想是QingchongLiu等提出的，通过移动终端发射2 个导频信号到基站，基站通过统计接收到的信号频率之差来估计多普勒频移，再通过频率补偿的方法，缩小收发双方的频率误差，以达到收发双方的频率同步。但由于受到传输过程中多普勒频移对用户链路和馈线链路上载波频率的影响，从而影响了多普勒频移估计值，影响频率同步的精度。信号通过终端发送到卫星接收的过程中产生的多普勒频率；信号通过卫星转发到基站接收过程中在馈线链路上产生的多普勒频移；馈线链路产生的多普勒频移会影响对信号载波频率的估计，使得估计值偏差增大。而且随着卫星通信越来越广泛地被使用，用户数量越来越多，如果每个移动终端都通过发送请求信息，经基站处理后再将多普勒中值信息发送给移动终端，无疑加重了基站的负担，对基站的负荷量要求也越来越高。目前为了避免不同位置通信终端发射信号的多普勒频移造成相邻信道之间由于干扰，低轨卫星移动通信系统采用了一种通信终端工作频率“多普勒频移预补偿”的工作方式，即通信终端根据与卫星之间的多普勒频率预计，对发射信号的频率进行反方向的多普率频移预补偿，使得卫星平台接收到的通信终端信号频率为标称的分配频率而避免频率冲突。