[发明专利]一种基于周期下行时间标准信号的深空发送波束成形方法

摘要

本发明公开一种基于周期下行时间标准信号的深空发送波束成形方法，属于深空通信领域。飞行器周期性地向地球站发送时间标准信号，同时各地球站接收该时间标准信号并与参考地球站比较从而获得各自相对时延差的信息；针对时间标准信号传播过程中飞行器的运动，各地球站利用各自相对时延差的信息并采用一定的预测补偿算法对各自信号的发送时刻和相位进行预测，使包含相同信息的地球站上行信号到达深空飞行器时满足系统相干接收的相位差精度要求，实现各个信号的相干叠加。本发明所提出的方法可以提高深空通信的可靠性，同时克服传统深空通信对发送天线尺寸要求较大的缺点，提高系统的可实现性，可为深空通信及深空探测领域的发展提供参考和借鉴。

主权项

1.一种基于周期下行时间标准信号的深空发送波束成形方法，应用场景如下：地面目标区域有N个深空通信地球站，彼此之间有一定的地理位置差异；以地球作为惯性参考系，原点为地球的地心，第n个地球站的坐标为L_n＝(x_n，y_n，z_n)，n＝1，2，...，N；深空中有一个目标飞行器，其运动轨迹为坐标随时间t变化的函数L_a(t)＝(x_a(t)，y_a(t)，z_a(t))；此时飞行器对第n个地球站间的相对距离为d_n(t)＝|L_a(t)-L_n|；其特征在于，本发明所述深空发送波束成形方法包括如下步骤：1)地面目标区域所有地球站完成发送信息共享，发送符号时间同步和载波频率同步；2)选取其中任意一个地球站作为参考地球站，且参考站的选择在整个通信过程中保持不变；3)飞行器在运动过程中，在i≥1时刻向地面所有目标地球站发送双方已知的时间标准信号；4)地面目标区域内所有地球站接收来自飞行器的时间标准信号，并进行信息交互，计算与参考站接收时刻的相对时延差，其中，参考站s接收到第i次飞行器发送的时间标准信号时刻为t_i，s；除参考站外，第n个地球站接收到第i次飞行器发送的时间标准信号时刻为t_i，n，相对参考站s第i次接收时间标准信号的时延差为τ_i，n＝t_i，n-t_i，s；；5)各地球站根据历次获取的相对时延差值，预测各地球站在相同时刻点进行上行信号发送的情况下，信号到达飞行器的时刻相对于与参考站信号到达时刻的传输时延差，其中，第n个地球站的第i次预测结果为6)各地球站按照从大到小的顺序对预测结果进行排序，并确定本站的上行信号发送时刻，实现载波相位同步；7)经过载波相位同步后，各地球站发送包含相同信息的上行信号；所有信号在同一时刻到达飞行器，飞行器对接收到的所有地球站信号进行相干合成，达到最大化的功率增益；8)对第i+1次飞行器发送时间标准信号以及相应各地球站预测调整相对时延差来实现发送波束成形的过程同样按步骤3)～7)进行，直至通信结束。