一种低轨卫星机会信号的多普勒估计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115291249A(43)申请公布日2022.11.04(21)申请号202210885938.0(22)申请日2022.07.26(71)申请人中国科学院空天信息创新研究院地址100190北京市海淀区北四环西路19号(72)发明人罗瑞丹吴忠望杨光陈静茹袁超(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251专利代理师金怡(51)Int.Cl.G01S19/10(2010.01)G01S19/25(2010.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种低轨卫星机会信号的多普勒估计方法(57)摘要本发明提供一种低轨卫星机会信号的多普勒估计方法，其面向典型LEO星座机会信号设计信号频率估计方法与流程框架，针对机会信号随机性与不确定性设计粗捕加细捕的算法框架，以较小的运算复杂度与资源代价，实现机会信号多普勒频移精确估计，为后续机会信号多普勒定位提供原始观测量。本发明针对LEO星座机会信号随机性、不确定性等问题，设计机会信号多普勒的粗估计和精估计联合接收处理框架，其中，粗估计环节采用Welch功率谱估计算法，进行机会信号质量筛选与多普勒频移粗估计；细估计环节基于Kay频率估计算法设计开环跟踪环路，获取精确的多普勒频移估计值。CN115291249ACN115291249A权利要求书1/2页1.一种低轨卫星机会信号的多普勒估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A、低轨卫星机会信号时帧分段接收及实时处理：所述低轨卫星机会信号基于固定时帧结构进行发播，终端根据时帧规律对低轨卫星机会信号进行分段接收，经由射频天线、A/D采样及混频处理，得到中频基带(时帧)数据块：M为正整数，。为保证信号接收质量，根据低轨卫星轨道特征与TLE星历文件与，筛选限定终端接收卫星信号的仰角范围与时间段；步骤B、基于Welch算法对机会信号功率谱进行分析：采用Welch平滑周期图平均法对上述中频基带数据块进行功率谱估计，将对应数据序列划分为L段，其中，n＝1,…,N，N为大于1的自然数；每段数据长度为P，对每段数据加窗求取周期图并取平均，分段时相邻两段数据允许有重叠的部分，不局限于N＝L×P，记L段子数据序列中，每个子序列的功率谱为其中i＝1,2,...,L，L为大于2的自然数，则有：式中的是归一化因子，确保功率谱估计得到的结果是渐进无偏的；d2(n)窗函数优选使用汉宁窗或汉明窗；w为频率；e为旋转因子；对L段由周期图法得到的功率谱估计进行求和平均，即：步骤C、对低轨卫星机会信号时/频域进行筛选与截取：分析Welch功率谱处理结果，获取粗略的多普勒估计值并利用多普勒一致性判断是否为相同卫星下行信号，以卫星为索引项梳理低轨卫星机会信号源；利用信号功率强度、持续时间、频点分布，筛选高信噪比、长持续时间的单工信道优质信号作为机会源信号，在时/频域定位优质时帧信号进行粗略帧筛选与截取；步骤D、基于Kay算法进行精确多普勒频率估计：经步骤C获取粗略帧筛选与截取后的信号后，根据信号带宽与粗略的多普勒估计值配置低通滤波器进行滤波，滤除带宽外高斯噪声，得到信号采用Kay算法对滤波后的信号进行精确多普勒频率估计：其中，arg(·)为求复数辐角操作；conj()为求复数共轭操作，T为符号周期；其中，2CN115291249A权利要求书2/2页3CN115291249A说明书1/5页一种低轨卫星机会信号的多普勒估计方法技术领域[0001]本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及一种低轨(LowEarthOrbit,LEO)卫星机会信号的多普勒估计方法。背景技术[0002]全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)星上功率资源短缺导致信号功率微弱(信号脆弱性)，对地形遮挡/物理阻隔敏感，也无法有效对抗复杂电磁干扰；同时，系统频点/信号格式透明，对抗时易受欺骗式干扰等，使得已系统在可用性、安全性、稳定性、连续性等方面存在隐患。[0003]机会信号导航作为GNSS卫星导航系统重要备份与补充，针对GNSS拒止或能力受限等场景，利用用户终端环境非合作/机会性信号资源，接收分析空域可用射频信号时延/频率/强度等多维特征信息，进行参数估计或者特征匹配实现定位，为PNT体系提供实施多样性、信息冗余性、误差补偿性、结果容错性等优势，促进实现PNT服务连续性，结果可靠性和整体稳健性。[0004]目前LEO星座(铱星星座)为满足用户高通量、大带宽、多样化等需求，星座巨型化特征明显，独特的平台/轨道优势使其具备：1)高功率(信号)。卫星发播功率高、信号传播衰减路径短，信号落地功率高；2)全球覆盖且几何构型优良。“鸟笼式”星座且卫星数目庞大，可见性好；3)抗多径。卫星轨道低运动