LEO-LEO掩星信号接收技术研究

发布时间：2020-05-10 10:48

【摘要】：掩星探测技术是临近空间环境探测的重要手段。GNSS-LEO掩星技术从20世纪90年代中期开始应用于地球临近空间和电离层探测,并取得了丰硕的成果。由于受到电离层的影响,GNSS-LEO掩星技术无法有效开展60km以上中性大气探测。为了解决这一问题,我们提出一种可应用于60km~90km中性大气的LEO-LEO掩星探测技术。到目前为止,国际上还没有实际运行的LEO-LEO掩星探测系统,国内对LEO-LEO掩星探测系统的研究大多是针对掩星特性的仿真研究或轨道参数的仿真研究,尚没有公开文献发表关于LEO-LEO掩星的发射机或接收机研究。本文利用软件无线电技术开展LEO-LEO掩星信号接收技术研究,设计并研制成功了一套LEO-LEO掩星接收机原理样机,实现了高动态、高精度的掩星信号开环/闭环跟踪与幅度、相位信息提取。测试结果表明,相位测量精度达到0.12mm(10k Hz带宽),多普勒测量范围达到3MHz,多普勒频率变化率测量范围达到144k Hz/s,满足60-90km中性大气探测需求。
【图文】：

跟踪步长,跟踪带,跟踪模式,采样率

参数设计信号跟踪步长跟踪模式下，跟踪步长为 FFT 的长度，考虑到 FPGA 的资源以及，选取 FFT 的长度为 32768。在 10MHz 的采样率下，对应的信号.2768ms，为了实现 FPGA 内的模块复用，开环跟踪模式下的跟踪式相同。跟踪带宽带宽是一个跟踪步长内可跟踪的最大频率变化范围，等效于 FFT FFT 长度为 32768，采样率为 10MHz 时，跟踪带宽为 305Hz。跟接收机可跟踪的最大多普勒变化率。滤波器设计软件接收机的数字中频信号和 NCO 产生的本振信号混频，通过滤带信号，接收机中使用 FIR 滤波器来实现。滤波器响应如图 2.3

残差图,闭环跟踪,相位测量,残差

号进行闭环跟踪得到基带信号数据，计算出基带数据相邻数据即这段时间内基带信号的相位变化b ，由于基带信号是减采，所以相邻基带数据点之间的时间间隔为 /step sT D f，根据，若模拟中频信号的频率分布为[ , ]L Hf f ，，而测量出数字中频载波频率为'IFf ，则该段时间内，模拟中频信号的频率为IF f ，模拟中频信号的相位变化量为：'2 ( )IF b L IF step f f T进行累加即可得到模拟中频信号在采样点处的相位：0( ) ( )nIF IFi n i )n与原始输入信号 ( )oriS t 的对应采样点处的相位作比较，可以相位测量残差，如图2.4所示。图中的仿真结果没有考虑噪声的
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P412.27;P352.7

【参考文献】