低轨卫星上行同步方法研究

发布时间：2020-06-14 16:45

【摘要】：占地球表面绝大部分的海洋、沙漠、高山、以及南北两极等基本没有被地面蜂窝网络覆盖,为满足人们日益增长的通信需求,低轨卫星通信系统可以实现全球范围内任意地点任意时刻通信链接,填补覆盖空白。低轨卫星与地面处于相对高速运动状态,覆盖范围、星地间距离随卫星的高速移动呈现出快速时变特性,由此也对低轨卫星通信系统内实现网同步提出巨大挑战。在时分复用接入情况下,为了避免在分配给不同用户的相邻时隙内的信号发生交叠,需要对上行链路进行同步处理。本文首先对低轨卫星通信系统中同步的研究现状进行了阐述,说明了本文的主要研究内容和研究背景,介绍了网同步相关原理,以及在时分复用接入情形下的星地间网同步原理。其次,根据卫星轨道六参数在地心赤道直角坐标系下推导出低轨卫星空间位置与时间的函数关系,并设计出低轨卫星星座构型,为在低轨卫星背景下研究上行同步提供了基础。然后,在最小仰角为5度的情形下研究了低轨卫星覆盖情况。从时间的角度来看,地面上空卫星覆盖颗数是不断动态变化的。从空间的角度来看,卫星覆盖密度随纬度增加而变大。仿真结果表明:最小仰角为5度时,低轨卫星星座可以实现全球范围的实时覆盖。最后,针对传统基于测距信息来设定上行同步中出现的需要频繁更新距离信息且精度较低的问题,提出了一种基于位置信息的上行同步方法。通过测量伪距组成非线性方程组,采用基于最小二乘原理的解算方法计算出用户的位置信息和星地间钟差。在获得位置信息与钟差的基础上,用户端结合卫星广播帧中的星历信息(卫星位置、速度、编号等)综合计算得出星地间距离随时间的变化关系,距离换算成传播时间得到用户的上行信号发送时间提前量。根据发送时间提前量调整用户端的发射机使得上行信号以较高精度恰好在分配的时隙到达卫星,实现低轨卫星系统上行同步目的。在最小仰角5度情形下,联合STK和Mat1ab对上行同步进行仿真,仿真结果表明:所提方法能以较高精度实现低轨卫星通信系统内上行同步,避免了频繁的测距更新且精度更高。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN927.2
【图文】：

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邋ＡＢＣ邋￣邋Ｉ邋Ｎ邋Ａ邋Ｂ邋…逡逑时间逡逑图２．邋２邋ＴＤＭＡ时隙示意图逡逑发射机同步方法按其实现原理又可以细分为开环方法和反馈方法两种。开环逡逑方法不需要依靠卫星（中心站）上接收信号到达时间的任何信息。地面单元根据逡逑它所存储的关于星地间的链路长度等信息可以预先计算发送时间提前量，从而调逡逑整发射机的发射时间达到校准目的。开环方法依靠的是准确预测的链路长度的变逡逑化情况。它的主要优点是精确度较高，且不依赖中心站反向链路也能实现同步目逡逑的。反馈方法则不需要预先获得链路参量的数据。链路参量数据在减小捕捉同步逡逑时间上会有一定的作用，但是反馈法不需要像开环法要求的那样精确。在反馈法逡逑中，中心站需要测量来自终端站的信号的同步准确度，并将测量结果通过反向信逡逑道送给终端站。因此，反馈法需要一条反向信道传送此测量结果，并且地面单元逡逑需要有根据反馈回的链路信息对发射机时钟进行调整的能力。这意味着，反馈法逡逑的缺点是终端站需要有较高的实时处理能力并且每个终端站和中心站之间要有双逡逑向链路。此外，初始同步也需要较长的时间。但是，反馈法的优点是不需要外界逡逑供给有关链路参量的数据

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【参考文献】