高速飞行器大动态多普勒环境下的多普勒分集方法

发布时间：2020-09-18 09:47

　　近几年,高超声速飞行器成为航空航天领域的研究热点,而可靠测控通信技术作为其飞行时的“耳目”也成为重点关注技术之一。高超声速飞行器的高速机动飞行时与地面测控通信站径向之间存在高速相对运动,致使接收信号带有极大的多普勒频偏及多普勒一次变化率。高超声速飞行器以10~25马赫的速度在Ka通信频段下高速飞行时,产生的多普勒频偏可高达453 kHz~1.133 MHz,多普勒变化率可达100 kHz/s,大动态多普勒将给现有的测控通信体制带来巨大挑战,进而导致测控信息正确解调和飞行器执行任务的失败。本文主要针对高超声速飞行器测控通信中大动态多普勒带来的挑战,探索了与常规方法不同的研究思路,提出了多普勒分集与多普勒频移快速粗捕相结合的快速传输方案和整体思路。该方案具体思路为:首先通过快速粗捕获对大多普勒频偏及其变化率进行粗略的估计,经补偿将多普勒频偏缩减至多普勒分集处理能力范围之内,然后将携带残余多普勒频偏的信号交给多普勒分集系统处理,最后完成数据准确解调。相较于传统锁频锁相环捕获跟踪方法高精度、易失锁的缺陷,本文所提方法的好处在于降低多普勒捕获精度的要求,大量节省捕获时间,使用多普勒分集取代锁频锁相环的实时跟踪,巧妙的避免了复杂度高及多普勒频偏动态变化时引发的失锁问题。在总体方案和思路指导下,本文进一步探索了两种具体的多普勒分集传输实现方法。(1)提出了一种基于频偏搬移的多普勒分集接收方法。该方法对带有残余多普勒频偏的补偿信号进行频偏搬移,产生多支路信号副本,通过合并来增强信号能量获得多普勒分集增益。仿真结果表明,快速粗捕方法在低信噪比(-5 dB)条件下能够对多普勒频偏及其变化率均可完成100%粗捕获。残余多普勒频偏在1 kHz的条件下,降低归一化多普勒频偏至0.01,将此时的频偏搬移量修正为0.4/T,能够获得更优的多普勒分集性能。故本方法在一定条件下,相较于传统捕获跟踪方法,将多普勒频偏粗捕获至1 kHz以内,就可以更快的完成高超声速飞行器的测控通信。(2)提出了一种预编码联合块反馈均衡的多普勒分集传输方法。针对多普勒分集接收方法系统性能受信道估计误差影响而较差的问题,本方法进一步通过对发送和接收联合设计以提升系统性能。该方法通过发送预编码将每一个符号信息扩散到整个传输块上,利用基于软判决块反馈均衡器通过迭代的方式,对整个数据块搜集每个符号信息,获得多普勒分集增益。仿真结果表明,当残留多普勒频偏为1 kHz时,通过5次迭代能够使误码率性能达到10~(-3),相较于多普勒分集接收方法系统性能得到改善。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V351.36;V556
【部分图文】：

衰落信道

快衰落慢衰落图2.1 衰落信道的分类电波信号的传播需要凭借一定的媒质空间，其在媒质空间中会产生反射、衍射和散射，使得电波信号产生衰落。如图 2.1 是衰落信道的分类。信道衰落通常情况下分为大、小尺度两种衰落。其中，大尺度衰落是在相对路径很大的情况下，由于路径损耗以及阴影效应产生的，其导致接收符号功率均值大幅衰减。一般不同地形的传播路径产生不同程度的路径损耗，另外，发送功率在长距离的传播过程中产生的扩散也带来不小的路径损耗，而阴影效应通常是指无线电波信号在传输过程中遇到山体、建筑

时域,频域

90 图2.6 时域串行捕获流程图基于 FFT 的频域并行捕获方法，利用时频变换关系，能够将时域相关搜索变换到频域相乘搜索，其捕获过程如图 2.7 所示。首先，让本地生成的扩频序列与中频信号相乘，对解扩的信号做 FFT 变换转换到频域，通过平方操作可以消除未知的码元信息，然后在频域进行谱峰搜索，若本振频率与输入信号的频率相近，则在所有谱峰中会得到一个最大的峰值，则该峰值所在位置的频率就认为是捕获到的多普勒频偏。该方法通过并行搜索大幅降低了搜索次数

流程图,并行捕获,频域,流程图

频域并行捕获流程图

【相似文献】