CN107017936B - 一种卫星信标寻星方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信领域，提供了一种卫星信标寻星方法和装置，旨在解决现有技术中卫星信标寻星方法复杂，成本高并且可靠性低的问题。所述方法包括：接收卫星的信标信号；对所述信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号；对所述中频信号进行turbo均衡处理，以消除所述信标信号中的干扰信号，获得目标信号；对所述目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果。本发明的技术方案实现了不需要经过特别复杂的信号处理即可接收到准确的卫星信标信号，降低了成本，并提高了卫星信标寻星的可靠性。

Description

一种卫星信标寻星方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种卫星信标寻星方法和装置。

背景技术

卫星通信是航天、通信、信息和新材料技术的结合体，是世界高精尖技术之一，在信息时代它体现了国家在高新技术领域的综合实力。卫星通信产业作为信息通信业的重要组成部分，在国家信息基础设施建设、实现普遍服务、创建和谐信息社会和国家安全战略中发挥越来越重要的作用。

目前，我国国产的卫星通信地球站自动跟踪系统大都采用卫星信标信号作为跟踪依据。由于Ku频段信标信号是未调制单载波信号，信号带宽窄，因而信标接收机工艺结构复杂，并且大多采用模拟技术制造，成本高而且不可靠，由于卫星通信过程中会出现各种干扰，并且以交调干扰和邻星干扰最为严重，因此很容易出现系统误跟踪现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星信标寻星方法和装置，旨在解决现有技术中卫星信标寻星方法复杂，成本高并且可靠性低的问题。

本发明的第一方面，提供了一种卫星信标寻星方法，包括：

接收卫星的信标信号；

对所述信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号；

对所述中频信号进行turbo均衡处理，以消除所述信标信号中的干扰信号，获得目标信号；

对所述目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果。

本发明的第二方面，提供了一种卫星信标寻星装置，包括：

接收模块，用于接收卫星的信标信号；

变频处理模块，用于对所述信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号；

均衡处理模块，用于对所述中频信号进行turbo均衡处理，以消除所述信标信号中的干扰信号，获得目标信号；

数字处理模块，用于对所述目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：通过对接收到的信标信号进行变频处理得到待处理的中频信号，对中频信号进行turbo均衡处理消除干扰信号获得目标信号，再对目标信号进行数字信号处理后进行数字输出，使得不需要经过特别复杂的信号处理即可接收到准确的卫星信标信号，降低了成本，并提高了卫星信标寻星的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种卫星信标寻星方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种卫星信标寻星方法的流程图；

图3是本发明实施例二提供的一种卫星信标寻星方法中turbo均衡处理的流程示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种卫星信标寻星装置的结构示意图；

图5是本发明实施例四提供的一种卫星信标寻星装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。

实施例一：

图1是本发明实施例一提供的一种卫星信标寻星方法的流程图，图1示例的卫星信标寻星方法的执行主体可以是信标接收机或者信标接收机的一个功能模块，具体包括步骤S101至S104，详述如下：

S101、接收卫星的信标信号。

卫星的信标信号是卫星的标志，每颗卫星都有独立的频谱特征，包括中心频率和下行频率等，这个频谱特征被称为信标。

信标机是卫星天线伺服跟踪系统中的重要部件，其主要功能是将下变频到L波段的C、Ku、Ka波段的卫星信标信号进行信号调解处理，调节出供伺服系统使用的自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)电压和锁定指示电平，使天线准确的对准卫星来实现双通信，广泛应用于动中通、静中通和地面基站中，动中通即移动中的卫星地面站通信系统，静中通即固定的卫星地面站通信系统。

具体地，信标机接收卫星的信标信号。

S102、对接收到的信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号。

具体地，信标机对接收到的卫星的信标信号进行变频处理，将信标信号变频到可处理的中频信号上，得到待处理的中频信号。通常，可处理的中频信号的频率为500MHz。

S103、对中频信号进行turbo均衡处理，以消除该信标信号中的干扰信号，获得目标信号。

具体地，turbo均衡处理基于turbo码的原理采用turbo译码的软信息交换与反馈的迭代思想，将均衡技术与turbo译码有机的结合起来，利用软输出检测算法进行信号检测和干扰消除，可以有效监测出目标信号的信标信息，即使在信号强度很低或者信噪比(Signal-Noise Ratio，SNR)很低的情况下依然能够良好的检测出目标信号。

S104、对目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果。

具体地，对消除了干扰信号后的目标信号进行数字信号处理，该数字信号处理过程可以包括数字滤波和时域到频域的变换，得到信标信号的频域结果，再通过数字输出的方式对数字信号处理的频域结果数据进行输出，得到便于卫星天线伺服跟踪系统接收的数据结果，从而使得电线可以准确地对准卫星并实现双通信。

本实施例中，通过对接收到的信标信号进行变频处理得到待处理的中频信号，对中频信号进行turbo均衡处理消除干扰信号获得目标信号，再对目标信号进行数字信号处理后进行数字输出，使得不需要经过特别复杂的信号处理即可接收到准确的卫星信标信号，降低了成本，并提高了卫星信标寻星的可靠性。

实施例二：

图2是本发明实施例二提供的一种卫星信标寻星方法的流程图，图2示例的卫星信标寻星方法的执行主体可以是信标接收机或者信标接收机的一个功能欧快，具体包括步骤S201至S209，详述如下：

S201、接收卫星的信标信号。

卫星的信标信号是卫星的标志，每颗卫星都有独立的频谱特征，包括中心频率和下行频率等，这个频谱特征被称为信标。

信标机是卫星天线伺服跟踪系统中的重要部件，其主要功能是将下变频到L波段的C、Ku、Ka波段的卫星信标信号进行信号调解处理，调节出供伺服系统使用的自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)电压和锁定指示电平，使天线准确的对准卫星来实现双通信，广泛应用于动中通、静中通和地面基站中，动中通即移动中的卫星地面站通信系统，静中通即固定的卫星地面站通信系统。

具体地，信标机接收卫星的信标信号。

S202、对接收到的信标信号进行低噪声前置放大处理和滤波预处理。

具体地，信标机对接收到的信标信号进行低噪声前置放大处理和滤波预处理。卫星的信标信号首先经由低噪音下变频器(Low Noise Block，LNB)进行放大和下变频处理，把Ku或C波段信号变成L波段，输出频率在950MHz至2150MHz范围内的第一中频信号。

S203、对信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号。

具体地，信标机通过变频器对步骤S202得到的第一中频信号进行锁相环(PhaseLocked Loop，PLL)、带通滤波器、中频放大器和移相器等过程的处理后，将第一中频信号变频到可处理的中频信号上，得到待处理的中频信号。通常，可处理的中频信号的频率为500MHz。

S204、对中频信号进行内循环处理，通过turbo均衡处理和解码处理之间的反馈迭代交换对数似然比(Log Likelihood Rate，LLR)信息，消除符号码间串扰。

具体地，内循环处理是将软消除处理和最小化均衡误差(Minimum Mean SquareError，MMSE)滤波处理分离开，先通过MMSE滤波器的滤波处理和解码器的解码处理得到其他卫星信号或用户信号的LLR信息，再经过turbo均衡处理的软消除处理对LLR信息进行统一的消除处理，消除传输信道造成的符号码间串扰。

S205、对LLR信息进行外循环处理，迭代交换不同卫星之间的LLR信息，并通过turbo均衡处理消除不同卫星之间的信号干扰。

具体地，外循环处理是通过在时间上把每个低复杂度的频域软干扰消除最小平均平方误差的Turbo均衡处理连接起来，迭代交换不同卫星或者不同用户之间的LLR信息，并通过turbo均衡处理的软消除处理对LLR信息进行统一的消除处理，通过这种不断的LLR信息交互来检测目标信号和排除不同卫星或者不同用户之间的信号干扰。

S206、经过预设次数的迭代反馈后输出目标信号。

具体地，针对步骤S203内循环处理和步骤S204的外循环处理，经过预设次数的迭代反馈LLR信息并通过软消除处理消除后，输出目标信号。

图3示例了具体的turbo均衡处理的流程，如图3所示，一方面，内循环A和内循环B均通过MMSE滤波器的滤波处理和解码器的解码处理得到其他卫星信号或用户信号的LLR信息，再经过软消除处理对LLR信息进行统一的消除，实现turbo均衡处理和解码处理之间不断的反馈迭代来交换LLR信息，消除传输信道造成的符号码间串扰；另一方面，内循环A获得内循环B从解码器反馈出来的后验LLR信息，并通过软消除处理来消除此干扰信息，同时把自己从解码器反馈出来的后验LLR信息发送给内循环B，内循环B获得内循环A从解码器反馈出来的后验LLR信息，并通过软消除处理来消除此干扰信息，同时把自己从解码器反馈出来的后验LLR信息发送给内循环A，通过这种不断的LLR信息交互实现了在检测出目标信号的同时，排除不同卫星或者不同用户间的信号干扰。当迭代反馈到了预设的次数后，系统性能达到最优，则不再需要进行迭代循环反馈，从而有效地保证了信号信息在信道中的可靠传输。

S207、对目标信号进行数字滤波处理，过滤支流分量信号，得到待处理的时域信号。

具体地，由于卫星的信标信号中保存有一定的支流分量，因此对经过turbo均衡处理得到的目标信号进行数字滤波处理，通过数字滤波处理过滤支流分量信号，得到待处理的时域信号。

进一步地，可以采用有限长冲激响应(Finite Impulse Response,FIR)滤波方式对目标信号进行数字滤波处理。FIR滤波方式在可以设计任意幅频特性的同时，能够保证严格的线性相位特性。线性相位对于语音信号处理、图像处理、数据传输、雷达接收等一些性能要求较高的系统非常重要。通过采用窗函数为汉明窗，设置预设阶数的带通FIR滤波处理，不但能将高频的杂波噪声滤除，也能将低频的支流分量滤除，而且阶数足够高的预设阶数确保了在带宽较低的情况下也能满足FIR滤波的性能要求，通常预设阶数可以设置为400。

S208、采用快速傅里叶变换将时域信号变换为频域信号。

具体地，采用快速傅立叶变换(Fast Fourier Transformation，FFT)将时域信号变换为频域信号。通常可以选择10位的数据精度和旋转因子精度以及2048点数的FFT变换长度进行FFT转换，得到足够高的频率分辨率，从而保证能够从FFT转换后的频谱中准确捕获到信标信号并进行跟踪。

S209、对频域信号进行数字输出处理，以输出对应的数字信号处理结果。

具体地，通过数字输出的方式对FFT转换后的频域信号的数据进行处理，得到便于卫星天线伺服跟踪系统接收的数据结果，从而使得电线可以准确地对准卫星并实现双通信。

本实施例中，通过对接收到的信标信号进行低噪声前置放大处理、滤波预处理和变频处理得到待处理的中频信号，对中频信号进行内循环和外循环相结合的turbo均衡处理来消除干扰信号获得目标信号，其中，内循环通过turbo均衡处理和解码处理之间的反馈迭代交换LLR信息，消除符号码间串扰，外循环通过迭代交换不同卫星之间的LLR信息，并通过turbo均衡处理消除不同卫星之间的信号干扰，并经过预设次数的迭代反馈后输出目标信号，再对目标信号进行数字滤波处理，过滤支流分量信号，得到待处理的时域信号，并用快速傅里叶变换将时域信号变换为频域信号，对频域信号进行数字输出，以输出对应的数字信号处理结果。本实施例的这种卫星信标寻星方法实现了不需要经过特别复杂的信号处理即可接收到准确的卫星信标信号，降低了成本，并通过采用内循环和外循环相结合的turbo均衡处理，有效的解决了卫星信号间的干扰问题，提高了卫星信标寻星的可靠性。

实施例三：

图4是本发明实施例三提供的一种卫星信标寻星装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。图4示例的一种卫星信标寻星装置可以是图1对应的实施例一提供的卫星信标寻星方法的执行主体，其可以是信标接收机或者信标接收机的一个功能模块。图4示例的一种卫星信标寻星装置包括：接收模块41、变频处理模块42、均衡处理模块43和数字处理模块44。各功能模块详细说明如下：

接收模块41，用于接收卫星的信标信号；

变频处理模块42，用于对接收模块41接收到的信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号；

均衡处理模块43，用于对变频处理模块42得到的中频信号进行turbo均衡处理，以消除信标信号中的干扰信号，获得目标信号；

数字处理模块44，用于对均衡处理模块43获得的目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果。

本实施例提供的一种卫星信标寻星装置中各模块实现各自功能的过程，具体可参考前述图1所示实施例的描述，此处不再赘述。

从上述图4示例的一种卫星信标寻星装置可知，本实施例中，通过对接收到的信标信号进行变频处理得到待处理的中频信号，对中频信号进行turbo均衡处理消除干扰信号获得目标信号，再对目标信号进行数字信号处理后进行数字输出，使得不需要经过特别复杂的信号处理即可接收到准确的卫星信标信号，降低了成本，并提高了卫星信标寻星的可靠性。

实施例四：

图5是本发明实施例四提供的一种卫星信标寻星装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。图5示例的一种卫星信标寻星装置可以是图2对应的实施例二提供的卫星信标寻星方法的执行主体，其可以是信标接收机或者信标接收机的一个功能模块。图5示例的一种卫星信标寻星装置包括：接收模块51、预处理模块52、变频处理模块53、均衡处理模块54和数字处理模块55。各功能模块详细说明如下：

接收模块51，用于接收卫星的信标信号；

预处理模块52，用于对接收模块51接收到的信标信号进行低噪声前置放大处理和滤波预处理；

变频处理模块53，用于对预处理模块52处理后的信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号；

均衡处理模块54，用于对变频处理模块53得到的中频信号进行turbo均衡处理，以消除信标信号中的干扰信号，获得目标信号；

数字处理模块55，用于对均衡处理模块54获得的目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果。

进一步地，均衡处理模块54包括：

内循环子模块541，用于对变频处理模块53得到的中频信号进行内循环处理，通过turbo均衡处理和解码处理之间的反馈迭代交换对数似然比LLR信息，消除符号码间串扰；

外循环子模块542，用于对LLR信息进行外循环处理，迭代交换不同卫星之间的LLR信息，并通过turbo均衡处理消除不同卫星之间的信号干扰；

迭代子模块543，用于经过预设次数的迭代反馈后输出目标信号。

进一步地，数字处理模块55包括：

滤波子模块551，用于对迭代子模块543输出的目标信号进行数字滤波处理，过滤支流分量信号，得到待处理的时域信号；

变换子模块552，用于采用快速傅里叶变换将滤波子模块531得到的时域信号变换为频域信号；

输出子模块553，用于对变换子模块552得到的频域信号进行数字输出，以输出对应的数字信号处理结果。

进一步地，滤波子模块551，还用于采用有限长冲激响应FIR滤波方式对迭代子模块543输出的目标信号进行数字滤波处理。

本实施例提供的一种卫星信标寻星装置中各模块实现各自功能的过程，具体可参考前述图2所示实施例的描述，此处不再赘述。

从上述图5示例的一种卫星信标寻星装置可知，本实施例中，通过对接收到的信标信号进行低噪声前置放大处理、滤波预处理和变频处理得到待处理的中频信号，对中频信号进行内循环和外循环相结合的turbo均衡处理来消除干扰信号获得目标信号，其中，内循环通过turbo均衡处理和解码处理之间的反馈迭代交换LLR信息，消除符号码间串扰，外循环通过迭代交换不同卫星之间的LLR信息，并通过turbo均衡处理消除不同卫星之间的信号干扰，并经过预设次数的迭代反馈后输出目标信号，再对目标信号进行数字滤波处理，过滤支流分量信号，得到待处理的时域信号，并用快速傅里叶变换将时域信号变换为频域信号，对频域信号进行数字输出，以输出对应的数字信号处理结果。本实施例的这种卫星信标寻星方法实现了不需要经过特别复杂的信号处理即可接收到准确的卫星信标信号，降低了成本，并通过采用内循环和外循环相结合的turbo均衡处理，有效的解决了卫星信号间的干扰问题，提高了卫星信标寻星的可靠性。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每一个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或者相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

值得注意的是，上述装置实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种卫星信标寻星方法，其特征在于，包括：

接收卫星的信标信号；

对所述信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号；

对所述中频信号进行turbo均衡处理，以消除所述信标信号中的干扰信号，获得目标信号；

对所述目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果；

所述对所述中频信号进行turbo均衡处理，以消除所述信标信号中的干扰信号，获得目标信号包括：

对所述中频信号进行内循环处理，通过turbo均衡处理和解码处理之间的反馈迭代交换对数似然比LLR信息，消除符号码间串扰；

对所述LLR信息进行外循环处理，迭代交换不同卫星之间的所述LLR信息，并通过所述turbo均衡处理消除不同卫星之间的信号干扰；

经过预设次数的迭代反馈后输出目标信号。

2.根据权利要求1所述的卫星信标寻星方法，其特征在于，所述对所述目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果包括：

对所述目标信号进行数字滤波处理，过滤支流分量信号，得到待处理的时域信号；

采用快速傅里叶变换将所述时域信号变换为频域信号；

对所述频域信号进行数字输出处理，以输出对应的数字信号处理结果。

3.根据权利要求2所述的卫星信标寻星方法，其特征在于，所述对所述目标信号进行数字滤波处理包括：

采用有限长冲激响应FIR滤波方式对所述目标信号进行数字滤波处理。

4.根据权利要求1所述的卫星信标寻星方法，其特征在于，所述对所述信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号之前，所述方法包括：

对所述信标信号进行低噪声前置放大处理和滤波预处理。

5.一种卫星信标寻星装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收卫星的信标信号；

变频处理模块，用于对所述信标信号进行变频处理，得到待处理的中频信号；

均衡处理模块，用于对所述中频信号进行turbo均衡处理，以消除所述信标信号中的干扰信号，获得目标信号；

数字处理模块，用于对所述目标信号进行数字信号处理，并输出数字信号处理结果；

所述均衡处理模块包括：

内循环子模块，用于对所述中频信号进行内循环处理，通过turbo均衡处理和解码处理之间的反馈迭代交换对数似然比LLR信息，消除符号码间串扰；

外循环子模块，用于对所述LLR信息进行外循环处理，迭代交换不同卫星之间的所述LLR信息，并通过所述turbo均衡处理消除不同卫星之间的信号干扰；

迭代子模块，用于经过预设次数的迭代反馈后输出目标信号。

6.根据权利要求5所述的卫星信标寻星装置，其特征在于，所述数字处理模块包括：

滤波子模块，用于对所述目标信号进行数字滤波处理，过滤支流分量信号，得到待处理的时域信号；

变换子模块，用于采用快速傅里叶变换将所述时域信号变换为频域信号；

输出子模块，用于对所述频域信号进行数字输出处理，以输出对应的数字信号处理结果。

7.根据权利要求6所述的卫星信标寻星装置，其特征在于，所述滤波子模块，还用于采用有限长冲激响应FIR滤波方式对所述目标信号进行数字滤波处理。

8.根据权利要求5所述的卫星信标寻星装置，其特征在于，所述装置还包括：

预处理模块，用于对所述信标信号进行低噪声前置放大处理和滤波预处理。

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