CN104660323A - 直升机抗旋翼遮挡卫星通信方法 - Google Patents

直升机抗旋翼遮挡卫星通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种直升机抗旋翼遮挡卫星通信方法。技术方案是：远程通信终端通过卫星的转发向直升机发送信息时，采用成帧重传的方法进行发送。直升机接收机对信号进行检测，估计出遮挡参数，对接收到的信号进行时域上的分集合并后，再解调出基带的信息。当直升机发射机通过卫星向远程通信终端发送信息时，选择在信号未被旋翼遮挡的时候发送待传送信息，远程通信终端接收到经卫星转发的通信信号后，通过特定标识码检测出有效信息数据段。本发明提高了系统的功率效率与带宽效率，实现了“直升机—卫星—远程通信终端”的通信模式。

Description

直升机抗旋翼遮挡卫星通信方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及直升机利用卫星进行通信时，直升机旋翼周期性遮挡通信链路，采用适当方法使直升机上的通信系统适应这种环境。
背景技术
现有的直升机利用卫星进行远程通信(简称直升机卫星通信)时，传输模式为“直升机—地面中继站—卫星—远程通信终端”，该方案需要地面中继站进行中继转发，直升机需要在地面中继站覆盖的范围内与卫星通信。高山和海洋很难配备地面中继站，因而对数据进行实时传输的区域受到了限制。
不使用地面中继站的情况下，直升机利用卫星直接与远程通信终端通信存在的主要问题是由于直升机上通信系统天线安装的位置受限，通信链路会受到直升机旋翼的周期性遮挡，在一定程度上影响到信号的传输，降低了信道的通信质量。一种解决的思路是采用电波的衍射特性来解决旋翼对天线的遮挡，但是该方法在较高的通信频率上效果并不理想，存在接收性能差、传输速率低的问题。此外还可采用数字编译码方式，通过硬判决将未到达远程通信终端(或直升机)的数据包完整的恢复出来，以此来解决旋翼遮挡对通信链路的影响，但已有的设备技术复杂，存在传输延时大的问题。另一种有效的解决方案是对同一帧数据进行复制，并将复制信息与原信息进行捆绑发送；这种采用重传机制的传输设计可以有效解决旋翼在信号接收时的遮挡影响，重传的次数越多信息的可靠性就越高，但同时会降低通信链路的传输效率。因此，设计合理的通信机制既可以满足解决旋翼遮挡影响的需要，又能最大限度的提升通信链路利用率。
发明内容
本发明的目的是提高直升机卫星通信的传输速率、降低整个系统(包括直升机通信系统和远程通信终端)复杂度与成本，提供一种直升机抗旋翼遮挡卫星通信方法，提高整个系统的传输效率。
本发明为实现发明的目的所采用的技术方案是：
首先，远程通信终端通过卫星的转发向直升机发送信息时，此通信链路称为前向链路，远程通信终端采用成帧重传的方法进行发送。直升机上的接收机(简称直升机接收机)接收到的信号是被直升机旋翼周期性遮挡的卫星转发信号。直升机接收机对前向链路的信号进行检测，估计出遮挡参数，即直升机旋翼对卫星转发信号遮挡的时间、周期与相对时延。直升机接收机根据估计出的遮挡参数对接收到的信号进行时域上的分集合并后，再解调出基带的信息。
然后，当直升机上的发射机(简称直升机发射机)通过卫星向远程通信终端发送信息时，此通信链路称为反向链路，直升机发射机采用分时的方法进行非连续的发送，即根据估计出的遮挡参数，选择在信号未被旋翼遮挡的时候发送待传送信息，待传送信息的长度小于信号未被旋翼遮挡的时间长度，记为有效信息数据段，有效信息数据段通过特定标识码标识出其起始位和结束位。远程通信终端接收到经卫星转发的反向链路的通信信号后，通过特定标识码检测出有效信息数据段。
本发明的有益效果为：
利用本发明提供的方法，在直升机卫星通信中，前向链路采用信息成帧重传发射，直升机接收机根据对前向链路信号的遮挡周期与遮挡时间的估计，实现前向链路的信号的分集合并，以及反向链路的分时发送，克服了直升机旋翼对前向与反向链路信号的周期性遮挡的影响。本发明可有效解决目前高原与海洋环境下直升机卫星通信中继站架设不便、编码方案延时较大，以及重传方案效率低下的缺点，提高了系统的功率效率与带宽效率，实现了“直升机—卫星—远程通信终端”的通信模式。
附图说明
图1为本发明具体实施方式涉及的处理流程的步骤示意图；
图2为遮挡參數估计原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
直升机与远程通信终端要建立通信时，参照图1进行通信链路的建立：
在步骤S102中，远程通信终端发射机采用成帧重传机制，对待传递的前向链路数据进行编码、组帧重传，本发明成帧重传中每帧的长度根据实际情况设定，重传次数以2为最佳。设编码、组帧重传后的等效基带信号为s(t)，经过上变频、放大后发射给中继卫星。
在步骤S103中，中继卫星接收到远程通信终端发送的信号，经放大转发后发送给直升机接收机。直升机接收机对接收到的信号经下变频、滤波、模数变换后，在数字域实现信号的载波同步与定时同步，最后输出对应的基带信号。
在步骤S104中，直升机接收机对基带信号进行检测，估计出信号被旋翼遮挡的参数。本步骤的基本原理为：基带信号s(t)经过旋翼遮挡可以表示为r(t)＝s(t)c(t)，其中c(t)是周期为T、脉宽为Tp的周期性脉冲，表示直升机旋翼对前向链路下行信号的遮挡，脉冲前沿相对本地参考时钟的偏移为TD，遮挡的时间T-Tp。对上述旋翼遮挡参数的估计实现方法如图2所示，本发明中采用基于非线性变换FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)功率谱法的方法进行。直升机接收机首先对接收到的信号进行下变频、模数变换，再进行非线性模平方的计算，去除信号调制相位信息；然后按照时间顺利依次对信号进行分段傅里叶变换，每段信号的长度根据实际直升机系统确定，对每段信号搜索其频谱的能量峰值，将能量峰值与门限进行比较，如果大于门限，则确定该段信号未被遮挡并进行标识；如果小于门限，则确定该段信号被遮挡并进行标识；接着将各段形成的标识序列进行平滑滤波，去除毛刺；最后根据平滑滤波后的标识序列，估计该标识序列的周期为T、脉宽为Tp、相对时延TD，则周期T表示信号被旋翼遮挡的周期，脉宽Tp表示信号未被旋翼遮挡的时间长度，相对时延TD表示信号未被旋翼的起始时刻相对本地参考时钟的延时。
在步骤S105中，直升机接收机根据估计出的遮挡参数，首先对基带信号进行时间分集合并，然后对时间分集合并后的信号进行译码，最后输出基带的信息。特别地，本发明中对基带信号中被遮挡部分采用选择性合并，对未被遮挡部分采用等增益合并。同时，直升机发射机根据估计出的遮挡参数，分时发射通信信号，即只在信号没有被遮挡的时间段Tp内发送有效信息数据段，并在每个连续发射的有效信息数据段中插入不同随机码，表示每段的开始与结尾。本发明中，每个连续发射的有效信息数据段的长度可根据估计出的遮挡参数的变化而动态的变化。特别地，为了保持射频功率恒定，在信号被遮挡的时间段内发送无效的随机信息。
在步骤S106中，远程通信终端接收到经卫星转发的反向链路信号后，对其进行解调，并通过检测直升机发射机在数据段中插入的伪随机码，进行有效数据段开始与结束的判断，并且只对有效数据段进行处理。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定，任何在本发明精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种直升机抗旋翼遮挡卫星通信方法，其特征在于，首先，远程通信终端通过卫星的转发向直升机发送信息时，此通信链路称为前向链路，远程通信终端采用成帧重传的方法进行发送；直升机接收机对前向链路的信号进行检测，估计出遮挡参数，即直升机旋翼对卫星转发信号遮挡的时间、周期与相对时延；直升机接收机根据估计出的遮挡参数对接收到的信号进行时域上的分集合并后，再解调出基带的信息；
然后，当直升机发射机通过卫星向远程通信终端发送信息时，此通信链路称为反向链路，直升机发射机采用分时的方法进行非连续的发送，即根据估计出的遮挡参数，选择在信号未被旋翼遮挡的时候发送待传送信息，待传送信息的长度小于信号未被旋翼遮挡的时间长度，记为有效信息数据段，有效信息数据段通过特定标识码标识出其起始位和结束位；远程通信终端接收到经卫星转发的反向链路的通信信号后，通过特定标识码检测出有效信息数据段。
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