近幾年,高超聲速飛行器成為航空航天領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),而可靠測(cè)控通信技術(shù)作為其飛行時(shí)的“耳目”也成為重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)之一。高超聲速飛行器的高速機(jī)動(dòng)飛行時(shí)與地面測(cè)控通信站徑向之間存在高速相對(duì)運(yùn)動(dòng),致使接收信號(hào)帶有極大的多普勒頻偏及多普勒一次變化率。高超聲速飛行器以10~25馬赫的速度在Ka通信頻段下高速飛行時(shí),產(chǎn)生的多普勒頻偏可高達(dá)453 kHz~1.133 MHz,多普勒變化率可達(dá)100 kHz/s,大動(dòng)態(tài)多普勒將給現(xiàn)有的測(cè)控通信體制帶來(lái)巨大挑戰(zhàn),進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)控信息正確解調(diào)和飛行器執(zhí)行任務(wù)的失敗。本文主要針對(duì)高超聲速飛行器測(cè)控通信中大動(dòng)態(tài)多普勒帶來(lái)的挑戰(zhàn),探索了與常規(guī)方法不同的研究思路,提出了多普勒分集與多普勒頻移快速粗捕相結(jié)合的快速傳輸方案和整體思路。該方案具體思路為:首先通過(guò)快速粗捕獲對(duì)大多普勒頻偏及其變化率進(jìn)行粗略的估計(jì),經(jīng)補(bǔ)償將多普勒頻偏縮減至多普勒分集處理能力范圍之內(nèi),然后將攜帶殘余多普勒頻偏的信號(hào)交給多普勒分集系統(tǒng)處理,最后完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確解調(diào)。相較于傳統(tǒng)鎖頻鎖相環(huán)捕獲跟蹤方法高精度、易失鎖的缺陷,本文所提方法的好處在于降低多普勒捕獲精度的要求,大量節(jié)省捕獲時(shí)間,使用多普勒分集取代鎖頻鎖相環(huán)的實(shí)時(shí)跟蹤,巧妙的避免了復(fù)雜度高及多普勒頻偏動(dòng)態(tài)變化時(shí)引發(fā)的失鎖問(wèn)題。在總體方案和思路指導(dǎo)下,本文進(jìn)一步探索了兩種具體的多普勒分集傳輸實(shí)現(xiàn)方法。(1)提出了一種基于頻偏搬移的多普勒分集接收方法。該方法對(duì)帶有殘余多普勒頻偏的補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)行頻偏搬移,產(chǎn)生多支路信號(hào)副本,通過(guò)合并來(lái)增強(qiáng)信號(hào)能量獲得多普勒分集增益。仿真結(jié)果表明,快速粗捕方法在低信噪比(-5 dB)條件下能夠?qū)Χ嗥绽疹l偏及其變化率均可完成100%粗捕獲。殘余多普勒頻偏在1 kHz的條件下,降低歸一化多普勒頻偏至0.01,將此時(shí)的頻偏搬移量修正為0.4/T,能夠獲得更優(yōu)的多普勒分集性能。故本方法在一定條件下,相較于傳統(tǒng)捕獲跟蹤方法,將多普勒頻偏粗捕獲至1 kHz以內(nèi),就可以更快的完成高超聲速飛行器的測(cè)控通信。(2)提出了一種預(yù)編碼聯(lián)合塊反饋均衡的多普勒分集傳輸方法。針對(duì)多普勒分集接收方法系統(tǒng)性能受信道估計(jì)誤差影響而較差的問(wèn)題,本方法進(jìn)一步通過(guò)對(duì)發(fā)送和接收聯(lián)合設(shè)計(jì)以提升系統(tǒng)性能。該方法通過(guò)發(fā)送預(yù)編碼將每一個(gè)符號(hào)信息擴(kuò)散到整個(gè)傳輸塊上,利用基于軟判決塊反饋均衡器通過(guò)迭代的方式,對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)塊搜集每個(gè)符號(hào)信息,獲得多普勒分集增益。仿真結(jié)果表明,當(dāng)殘留多普勒頻偏為1 kHz時(shí),通過(guò)5次迭代能夠使誤碼率性能達(dá)到10~(-3),相較于多普勒分集接收方法系統(tǒng)性能得到改善。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V351.36;V556
【部分圖文】：

快衰落慢衰落圖2.1 衰落信道的分類電波信號(hào)的傳播需要憑借一定的媒質(zhì)空間，其在媒質(zhì)空間中會(huì)產(chǎn)生反射、衍射和散射，使得電波信號(hào)產(chǎn)生衰落。如圖 2.1 是衰落信道的分類。信道衰落通常情況下分為大、小尺度兩種衰落。其中，大尺度衰落是在相對(duì)路徑很大的情況下，由于路徑損耗以及陰影效應(yīng)產(chǎn)生的，其導(dǎo)致接收符號(hào)功率均值大幅衰減。一般不同地形的傳播路徑產(chǎn)生不同程度的路徑損耗，另外，發(fā)送功率在長(zhǎng)距離的傳播過(guò)程中產(chǎn)生的擴(kuò)散也帶來(lái)不小的路徑損耗，而陰影效應(yīng)通常是指無(wú)線電波信號(hào)在傳輸過(guò)程中遇到山體、建筑

90 圖2.6 時(shí)域串行捕獲流程圖基于 FFT 的頻域并行捕獲方法，利用時(shí)頻變換關(guān)系，能夠?qū)r(shí)域相關(guān)搜索變換到頻域相乘搜索，其捕獲過(guò)程如圖 2.7 所示。首先，讓本地生成的擴(kuò)頻序列與中頻信號(hào)相乘，對(duì)解擴(kuò)的信號(hào)做 FFT 變換轉(zhuǎn)換到頻域，通過(guò)平方操作可以消除未知的碼元信息，然后在頻域進(jìn)行譜峰搜索，若本振頻率與輸入信號(hào)的頻率相近，則在所有譜峰中會(huì)得到一個(gè)最大的峰值，則該峰值所在位置的頻率就認(rèn)為是捕獲到的多普勒頻偏。該方法通過(guò)并行搜索大幅降低了搜索次數(shù)

頻域并行捕獲流程圖

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本文編號(hào)：2821487