CN107682074B - 一种卫星上行信号发射时间补偿方法、装置及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了卫星上行信号发射时间补偿方法。该方法是基于地面卫星通信设备同时接收导航卫星发出的授时信号和通信卫星发出的导频信号后，对应产生输出授时秒脉冲和导频秒脉冲，并比较这两种秒脉冲的时刻偏差，再以该时刻偏差为校正量，调整地面卫星通信设备发射上行信号的时间，这样能够使得地面卫星通信设备的上行信号到达通信卫星时具有较高的精准度，可以避免来自不同的地面卫星通信设备的多个上行信号之间发生冲突，减少相邻的上行信号之间的保护间隔，有利于提高整个通信卫星的系统容量。另外，本发明还公开了卫星上行信号发射时间补偿装置及卫星通信系统。

Description

一种卫星上行信号发射时间补偿方法、装置及通信系统

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种卫星上行信号发射时间补偿方法、补偿装置及卫星通信系统。

背景技术

卫星通信由于覆盖范围广，是实现广域通信的重要方式。但由于卫星地面用户分布广，卫星到地面距离远、传播时延长，当同一颗卫星有多个用户使用时，会因为用户随机接入的时间冲突而导致接入困难和用户容量有限。

目前市场上较为成熟的商业卫星通信系统，如海事卫星通信系统(INMARSAT)、全球星系统(Globalstar)和铱星系统(Iridium)等，大都采用TDMA和CDMA的多址方式。TDMA和CDMA系统(包括S-CDMA或QS-CDMA)都对系统时间同步有一定的要求，且随着时间同步精度的提高，系统的用户容量也会相应提升。

因此，提高卫星通信系统现有技术中的时间同步的精准性是卫星通信技术领域的关键技术问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种卫星上行信号发射时间补偿方法，解决卫星通信现有技术中的上行信号时间同步难以准确掌控、出现上行信号同步时间冲突等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种卫星上行信号发射时间补偿方法，包括以下步骤：接收信号，地面卫星设备同时接收导航卫星发出的授时信号和通信卫星发出的导频信号；输出秒脉冲，该地面卫星设备利用该授时信号中转换输出授时秒脉冲，以及利用该导频信号转换输出导频秒脉冲；计算时差，计算该授时秒脉冲和该导频秒脉冲的时刻偏差；调整发射时间，该地面卫星设备以该时刻偏差为校正量根调整上行信号的发射时间。

在本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例中，该计算时差和该调整发射时间之间包括：计算当前距离，由该时刻偏差计算该通信卫星到该地面卫星设备的当前距离，并存储当前距离值；预测变化距离，利用该当前距离值和已存储的多个临近距离值，通过距离预测方法推算出该通信卫星到地面卫星设备的变化距离值；修正时刻偏差，利用该变化距离值计算预测时刻偏差，再利用该预测时刻偏差进一步修正该时刻偏差。

在本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例中，该距离预测方法是卡尔曼滤波方法。

在本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例中，该时刻偏差的最小误差为产生该授时秒脉冲的基准频率的周期与产生该导频秒脉冲的基准频率的周期之和。

在本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例中，产生该授时秒脉冲输出的基准频率的周期是50ns，产生该导频秒脉冲的基准频率的周期是12.5ns，该时刻偏差为62.5ns。

本发明还提供了一种卫星上行信号发射时间补偿装置实施例，该补偿装置包括授时模块、基带模块和计算模块，该授时模块接收导航卫星发出的授时信号，并利用该授时信号转换输出授时秒脉冲至该计算模块，该基带模块接收通信卫星发出的导频信号，并利用该导频信号转换输出导频秒脉冲至该计算模块，该计算模块接收该授时秒脉冲和导频秒脉冲，并计算该授时秒脉冲和导频秒脉冲的时刻偏差，然后再将该时刻偏差输出给该基带模块，由该基带模块根据该时刻偏差调整上行信号的发射时间。

在本发明卫星上行信号发射时间补偿装置另一实施例中，该补偿装置还包括与该计算模块电连接的存储器，以及与存储器电连接的卡尔曼滤波器，该计算模块计算得到该时刻偏差后，利用该时刻偏差进一步计算该通信卫星到该地面卫星设备的当前距离值，并存储到该存储器，该卡尔曼滤波器从该存储器中得到当前距离值和已存储的多个临近距离值，通过卡尔曼滤波方法推算出该通信卫星到地面卫星设备的变化距离值，卡尔曼滤波器再将该变化距离值反馈给该计算模块，该计算模块利用该变化距离值计算预测时刻偏差，再利用该预测时刻偏差进一步修正该时刻偏差，然后再将经过修正后的时刻偏差输出给该基带模块，由该基带模块根据该时刻偏差调整上行信号的发射时间。

在本发明卫星上行信号发射时间补偿装置另一实施例中，该授时模块产生输出该授时秒脉冲的基准频率是20MHz，该基带模块产生输出该导频秒脉冲的基准频率是80MHz。

本发明还提供了一种卫星通信系统实施例，该卫星通信系统包括上述卫星上行信号发射时间补偿装置。

在本发明卫星通信系统另一实施例中，该卫星通信系统包括TDMA体制卫星通信系统或CDMA体制卫星通信系统。

本发明的有益效果是：本发明卫星上行信号发射时间补偿方法、补偿装置及卫星通信系统实施例是基于地面卫星通信设备同时接收导航卫星发出的授时信号和通信卫星发出的导频信号后，对应产生输出授时秒脉冲和导频秒脉冲，并比较这两种秒脉冲的时刻偏差，再以该时刻偏差为校正量，调整地面卫星通信设备发射上行信号的时间，这样能够使得地面卫星通信设备的上行信号到达通信卫星时具有较高的精准度，可以避免来自不同的地面卫星通信设备的多个上行信号之间发生冲突，减少相邻的上行信号之间的保护间隔，有利于提高整个通信卫星的系统容量。另外，对于通信卫星相对地面卫星通信设备运动的情况，本发明实施例还通过卡尔曼滤波的方法提供了对二者距离的预测和跟踪，从而为发射上行信号提供了实时动态调整的时间，进一步增强发射上行信号的精准性、连续性，扩大了本发明实施例在卫星通信领域中的应用范围。

附图说明

图1是根据本发明卫星上行信号发射时间补偿方法一实施例的流程图；

图2是根据本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例的秒脉冲示意图；

图3是根据本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例的上行信号时间调整示意图；

图4是根据本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例的流程图；

图5是根据本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例的仿真效果图；

图6是根据本发明卫星上行信号发射时间补偿装置一实施例的组成框图；

图7是根据本发明卫星上行信号发射时间补偿装置另一实施例的组成框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在卫星通信中，通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离很远，例如地球同步卫星到地表的距离约为36000km，且在同一卫星波束覆盖范围内，不同地面卫星通信设备与通信卫星之间的距离可能差别很大。以铱星系统为例，当允许的通信仰角为10°时，不同地面卫星通信设备与通信卫星之间的距离的差距最大可能达到约153km，若两个地面卫星通信设备同时从地面向通信卫星发送上行信号，由于上行信号传播时延的不同，两个上行信号到达同一颗通信卫星的时差可能达到5.1ms。由此可见，当地面卫星通信设备向通信卫星发射上行信号时需要准确预估该上行信号到达通信卫星的时间。

图1显示了本发明卫星上行信号发射时间补偿方法一实施例的流程图。在图1中，包括：

步骤S11：接收信号，地面卫星通信设备同时接收导航卫星发出的授时信号和通信卫星发出的导频信号。

在该步骤中，地面卫星通信设备具有接收授时信号和导频信号的能力，因此该地面卫星通信设备中具有相应信号的功能模块，例如接收授时信号的授时模块，接收导频信号的基带模块。并且，授时信号是由导航卫星发出的下行信号，例如GPS卫星、北斗卫星发出的授时信号。发送授时信号的目的是使得地面卫星通信设备具有统一的、精准的参考时钟。

这里需要说明，导频信号则是由通信卫星发出的一个下行信号，该导频信号与通信卫星中转发的下行信号不同，不是直接用于通信目的，其目的是为了便于地面卫星通信设备通过接收导频信号实现高效精准的运行管理，有利于地面卫星通信设备正确接收信息，快速完成载波同步、信息解调等工作，可以包括时钟信息等内容。因此，由通信卫星发出导频信号，这是本申请中的一个重要设计内容。

优选的，导频信号是直接序列扩频信号，该直接序列扩频信号被划分为帧结构，每一帧的帧周期是1s，通过捕获帧同步头可提取导频信号中的导频秒脉冲信号。进一步的，例如在TDMA体制的卫星导频信号中包含有时隙分配信息和时钟信息，可以用于指示该地面卫星通信设备所工作的多址时隙。因此可以由导频信号获取卫星发射该导频信号的时钟信息。

步骤S12：输出秒脉冲，地面卫星通信设备利用授时信号转换输出授时秒脉冲，以及利用导频信号转换输出导频秒脉冲。

这里，地面卫星通信设备中的授时模块从接收的授时信号中取得高精度的标准时钟信息，利用该标准时钟信息校正输出该授时模块输出的授时秒脉冲(PPS，Pulse PerSecond)，由该授时秒脉冲得到卫星授时的标准时钟信息，该授时秒脉冲可以作为该地面卫星通信设备的时钟脉冲参考。而地面卫星通信设备中的基带模块从接收的卫星导频信号中得到该通信卫星发出的导频时钟信息，该导频时钟信息进一步包含在基带模块输出的导频秒脉冲中。因此，通过比较授时秒脉冲和导频秒脉冲的脉冲时间差，就可以得到通信卫星上的导频时钟相对于标准时钟的偏差。

步骤S13：计算时差，计算所述授时秒脉冲和导频秒脉冲的时刻偏差。

图2显示了本发明卫星上行信号发射时间补偿方法一实施例中的秒脉冲比较示意图。其中，授时秒脉冲包含了连续的两个秒脉冲，即第一授时秒脉冲PS1和第二授时秒脉冲PS2，导频秒脉冲也包含了连续的两个秒脉冲，即第一导频秒脉冲PX1和第二导频秒脉冲PX2，并且，第一授时秒脉冲PS1代表的时刻与第一导频秒脉冲PX1代表的时刻是相同时刻，但二者存储时刻偏差，该时差就是Tp。

进一步的，对图2中时差Tp的测量精度还要依据相应功能模块的工作基准频率。例如，授时模块基于使用一定频率的晶体振荡器工作，其所输出的授时秒脉冲均是以该晶体振荡器的工作频率为基准进行累积输出，例如晶体振荡器的工作频率是20MHz，则输出的秒脉冲则以该20MHz信号源的一个周期(50ns)为基准，连续累积2×10⁷个该基准周期为1个授时秒脉冲输出，因此对该授时秒脉冲计算的误差精度是50ns。同理，基带模块也是基于使用一定频率的晶体振荡器工作，其所输出的导频秒脉冲均是以基带模块的晶体振荡器的工作频率为基准进行累积输出，例如基带模块的晶体振荡器的工作频率是80MHz，则输出的秒脉冲则以该80MHz信号源的一个周期(12.5ns)为基准，连续累积8×10⁷个该基准周期为1个导频秒脉冲输出，因此对该授时秒脉冲计算的误差精度是12.5ns。而当计算授时秒脉冲和导频秒脉冲的时刻偏差精度时，则最大误差精度为50ns+12.5ns＝62.5ns。

步骤S14：调整发射时间，地面卫星设备根据上述时刻偏差调整上行信号的发射时间。

经过步骤S13以后，由于授时秒脉冲输出的时钟信息是标准时钟信息，可以作为地面卫星通信设备的参考时钟，而导频秒脉冲输出的时钟信息则是反映了导频信号的时钟信息，当导频信号从通信卫星上发射到被地面卫星通信设备接收，存在导频信号在通信卫星与地面卫星通信设备之间的传输时延，因此导频信号的时钟信息由导频秒脉冲输出后是滞后于标准时钟信息的。并且，由传播时延造成的时钟滞后，通过在上述步骤13中的时刻偏差反映出来，即传播时延值等于上述时刻偏差值。因此，当地面卫星设备向上发射上行信号时，需要把传输时延进行准确预测，从而调整发射时间，使得信号到达通信卫星时正好符合通信卫星所需的时间窗口。

图3显示了本发明卫星上行信号发射时间补偿方法一实施例中的卫星接收信号时隙示意图。图3中，通信卫星接收来自地面的不同的地面卫星通信设备发出的上行信号，在沿时间t轴上分别有时隙TX1、TX2和TX3，其中TX1和TX2之间有保护时隙TB12，TX2和TX3之间有保护时隙TB23。该通信卫星是工作在TDMA体制下，因此，每个时隙对应一个地面卫星通信设备，其中，时隙TX1是分配给第一地面卫星通信设备，第一地面卫星通信设备发射的上行信号TS1需要在时隙TX1所在时段的开始时刻正好被该通信卫星接收，由于传播时延的存在，这就需要第一地面卫星通信设备准确预测提前发射上行信号TS1的时间，而该提前时间值就是通过上述步骤S13得到的时刻偏差值Tp1。同理，当时隙TX2是分配给第二地面卫星通信设备时，需要第二地面卫星通信设备准确预测提前发射上行信号TS2的时间，提前的时间值是Tp2，当时隙TX3是分配给第三地面卫星通信设备时，需要第三地面卫星通信设备准确预测提前发射上行信号TS3的时间，提前的时间值是Tp3。这里，由于保护时隙TB12和TB23的存在，可以使得时刻偏差值Tp2和Tp3满足保护时隙TB12和TB23所设定的偏差范围。但是，当对时刻偏差值Tp2和Tp3能够进行准确预测时，就可以大大降低保护时隙TB12和TB23的大小，从而使得TX1、TX2和TX3之间的保护时隙的间隔减小，从而有利于提高该TDMA体制中分配给地面卫星通信设备的时隙大小或时隙数量。

因此，基于图1所示实施例，在提高了通信卫星时间同步精度的同时也就相应的提高了该卫星通信系统的用户容量。例如，在TDMA体制的卫星通信系统中，使用本发明实施例后，通信卫星的保护时隙可以缩短至1us，甚至更短，相比于现有技术中不进行发射时间补偿的5.1ms的保护时隙，通信卫星可以节省出大量的时隙分配给用户使用。而在CDMA体制的卫星通信系统中，使用本发明实施例后时间同步精度提高时，可采用同步CDMA或准同步CDMA系统，能够大大减少该卫星通信的多址干扰，从而提升系统容量。

进一步优选的，在图1基础上，图4显示了本发明卫星上行信号发射时间补偿方法另一实施例的流程图。其中，步骤S21、S22、S23、S24分别与图1中的步骤S11、S12、S13、S14相对应且内容相同，这里不再赘述，主要区别在于在步骤S23和S24之间增加了步骤S231。

步骤S231：计算当前距离，由时刻偏差计算通信卫星到地面卫星设备的当前距离，并存储当前距离值；预测变化距离，利用当前距离值和已存储的多个临近距离值，通过距离预测方法推算出所述通信卫星到地面卫星设备的变化距离值；修正时刻偏差，利用变化距离值计算预测时刻偏差，再利用预测时刻偏差进一步修正时刻偏差。

这里，参考上述步骤S13，当得到时刻偏差值后，利用时刻偏差值乘以光速可以得到通信卫星相对于地面卫星通信设备之间的当前距离。由于通信卫星到地面卫星设备的距离是处于不断变化的过程中，尽管得到当前的时刻偏差，但该时刻偏差需要进行预测校正，因此需要对距离的变化进行预测。这里，不仅需要当前通信卫星相对于地面卫星通信设备的距离值，还需要之前临近时刻通信卫星相对于地面卫星通信设备的多个距离值，这些距离值称之为临近距离值，由当前距离值和这些临近距离值就可以通过距离预测方法推算出通信卫星到地面卫星设备的变化距离值，当得到该变化距离值后，再除以光速就可以反推计算得到预测时刻偏差，利用该预测时刻偏差进一步修正前述的时刻偏差。并且，在修正时，当预测通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离变近时，用当前的时刻偏差减去预测时刻偏差进行修正，当预测通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离变远时，用当前的时刻偏差加上预测时刻偏差进行修正。

基于上述授时模块晶体振荡器的工作频率和基带模块的晶体振荡器带来的误差精度，可以进一步推算距离计算的精度。例如，上述最大时刻误差精度为50ns+12.5ns＝62.5ns，该值小于100ns，因此距离计算的误差精度在30m(100×10^-9×3×10⁸)以内。

优选的，当通信卫星是相对于地面运动时，通信卫星与地面卫星通信设备的距离也是动态变化的，这就需要对距离的计算进行动态更新。由于上述授时秒脉冲和导频秒脉冲是以秒为单位进行更新输出的，因此，对距离的计算可以是以秒为单位进行动态计算更新，也就是每1s即可测得一次地面卫星通信设备与通信卫星之间的距离。

进一步优选的，通常通信卫星是按照既定轨道运行，通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离变化相对平滑，因此上述距离预测方法可以采用卡尔曼滤波的方法，可以有效的预测通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离变化。

这里采用的卡尔曼滤波方法具体是：首先给出系统转移方程，由于短时间内通信卫星和地面卫星通信设备之间的相对运动速度变化很小，可近似认为是匀速运动，系统转移方程为：

X(k|k-1)＝2·X_k-1-X_k-2+R_k

其中，X_k-1和X_k-2为前两次测量经过卡尔曼滤波后得到的距离最优值，R_k为状态转移误差。

进一步得到测量方程为：

Z_k＝X_k+V_k

Z_k为当前时刻测量得到的距离值，V_k为测量误差。

再根据公式：

X_k＝X(k|k-1)+Kg(k)·[Z(k)-X(k|k-1)]

即可得到当前时刻的距离最优值X_k，其中P(k|k-1)为距离预测值(X(k|k-1))的方差，R_v为测量值方差。通过当前时刻的距离最优值X_k预测出下一秒通信卫星和地面通信卫星设备之间的距离为：

X(k+1|k)＝2·X_k-X_k-1

优选的，进一步计算预测时刻偏差，再利用预测时刻偏差进一步修正时刻偏差的方法是：

若在t_k时刻计算得到的距离最优值为X_k，前一次计算最优值为X_k-1，现希望发射信号在t_k+τ时刻到达通信卫星接收机(τ≤1)，则信号的实际发射时间应为：

其中，c表示光速。

图5显示了利用图4所示实施例对移动通信卫星进行信号发射时间动态补偿的仿真图。从图5可以看出，采用本发明实施例的方法，特别是采用卡尔曼滤波方法后，由于卡尔曼滤波具有收敛性，因此距离跟踪精度会随时间逐步提高，从仿真结果中可以看出地面卫星通信设备发射的上行信号到达通信卫星时间的精度可以控制300ns以内，即开始阶段误差从0到300ns范围内，而随着时间推移可以将误差稳定控制在150ns以内，即误差稳定在-50ns和100ns之间。

进一步的，若同一个通信卫星波束下的所有地面卫星通信设备都采用本发明实施例的方法发射信号，则所有地面卫星通信设备发射的信号到达通信卫星的时差将不超过600ns，且该方法实施例在低轨卫星这样高动态的环境下也可以准确跟踪通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离变化。

基于与上述本发明的卫星上行信号发射时间补偿方法实施例同一构思，如图6所示，本发明还提供一种卫星上行信号发射时间补偿装置实施例，该装置包括授时模块31、基带模块32和计算模块33。其中，授时模块31接收导航卫星发出的授时信号，并利用授时信号转换输出授时秒脉冲，基带模块32接收通信卫星发出的导频信号，并利用导频信号转换输出导频秒脉冲。计算模块33接收授时秒脉冲和导频秒脉冲，计算授时秒脉冲和导频秒脉冲的时刻偏差，然后再将该时刻偏差输出给基带模块32，基带模块32根据该时刻偏差调整上行信号的发射时间。

图6所示实施例与图1所示的卫星上行信号发射时间补偿方法实施例是基于同一构思，相关内容可以参考对图1所示实施例的说明，此处不再赘述。该实施例主要适用于静止轨道通信卫星，以及地面卫星通信设备固定使用的情况，这种情况下由计算模块33得到的时刻偏差是相对固定的，因此在使用中具有计算的时刻偏差精度高、使用的鲁棒特性好，以及对提高通信卫星的系统容量、减少和避免上行信号的发射冲突等方面具有明显优势。

在图6所示实施例的基础上，图7显示了本发明一种卫星上行信号发射时间补偿装置另一实施例。与图6相比，图7的主要区别在于还包括与计算模块33电连接的存储器34，以及与存储器34电连接的卡尔曼滤波器35。在该实施例中，由计算模块33得到当前的时刻偏差后，根据当前时刻偏差进一步计算当前通信卫星到地面卫星通信设备的距离，然后将该距离值存储到存储器34中，由于通信卫星是相对于地面处于运动状态，通信卫星到地面卫星通信设备的距离也处于变化之中，但这种距离变化相对平滑，是可以预测的，因此可以采用卡尔曼滤波器35有效预测通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离变化。这里，卡尔曼滤波器35需要从存储器34中获取已存储的距离值，通常是包含与当前通信卫星到地面卫星通信设备的距离相邻的多个距离值，基于这些距离值通过卡尔曼滤波器35可以预测有效的预测通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离变化，卡尔曼滤波器35将预测距离值再发送给计算模块33，由计算模块33根据预测距离值计算出时刻偏差，再将该时刻偏差输出给基带模块32，从而使得基带模块32能够动态的根据计算模块输出的时刻偏差调整发射信号的时间。

图7所示实施例是对图6所示实施例的进一步改进，并且与图4所示的卫星上行信号发射时间补偿方法实施例是基于同一构思，相关内容可以参考对图4所示实施例的说明，此处不再赘述。该实施例主要适用于相对于地面处于移动状态的移动通信卫星，以及地面卫星通信设备也处于运动的状态，该实施例能够准确的预测通信卫星与地面卫星通信设备之间的距离变化，再把这种距离变化转化为对时刻偏差的准确预测，由此调控地面卫星通信设备发射上行信号的时间。因此具有精准的发射时间预测能力，适用于通信卫星与地面卫星通信设备都处于运动状态的情形，由此使得本实施例具有更广的应用范围，解决移动通信卫星动中通的时间同步问题，对于对提高通信卫星的系统容量、增强地面卫星通信设备使用灵活性等方面具有优势。

本发明还提供了一种卫星通信系统实施例，在该卫星通信系统实施例中的地面卫星通信设备包含有上述卫星上行信号发射时间补偿装置实施例，因此该卫星通信系统实施例现对于现有技术而言能够包含更多的地面卫星通信设备，增强了该卫星通信系统实施例的系统容量。该卫星通信系统包括上述的TDMA体制卫星通信系统或CDMA体制卫星通信系统。

由此可见，本发明卫星上行信号发射时间补偿方法、补偿装置及卫星通信系统是基于地面卫星通信设备同时接收导航卫星发出的授时信号和通信卫星发出的导频信号后，对应产生输出授时秒脉冲和导频秒脉冲，并比较这两种秒脉冲的时刻偏差，再以该时刻偏差为校正量，调整地面卫星通信设备发射上行信号的时间，这样能够使得地面卫星通信设备的上行信号到达通信卫星时具有较高的精准度，可以避免来自不同的地面卫星通信设备的多个上行信号之间发生冲突，减少相邻的上行信号之间的保护间隔，有利于提高整个通信卫星的系统容量。另外，对于通信卫星相对地面卫星通信设备运动的情况，本发明实施例还通过卡尔曼滤波的方法提供了对二者距离的预测和跟踪，从而为发射上行信号提供了实时动态调整的时间，进一步增强发射上行信号的精准性、连续性，扩大了本发明实施例在卫星通信领域中的应用范围。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种卫星上行信号发射时间补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收信号，地面卫星通信设备同时接收导航卫星发出的授时信号和通信卫星发出的导频信号；

输出秒脉冲，所述地面卫星通信设备利用所述授时信号转换输出授时秒脉冲，以及利用所述导频信号转换输出导频秒脉冲；

计算时差，计算所述授时秒脉冲和所述导频秒脉冲的时刻偏差；

计算当前距离，由所述时刻偏差计算所述通信卫星到所述地面卫星通信设备的当前距离，并存储当前距离值；

预测变化距离，利用所述当前距离值和已存储的多个临近距离值，通过距离预测方法推算出所述通信卫星到所述地面卫星通信设备的变化距离值，其中，所述临近距离值是之前临近时刻所述通信卫星相对于所述地面卫星通信设备的距离值；

修正时刻偏差，利用所述变化距离值计算预测时刻偏差，再利用所述预测时刻偏差进一步修正所述时刻偏差；

调整发射时间，所述地面卫星通信设备以所述时刻偏差为校正量调整上行信号的发射时间。

2.根据权利要求1所述的卫星上行信号发射时间补偿方法，其特征在于，所述距离预测方法是卡尔曼滤波方法。

3.根据权利要求1或2所述的卫星上行信号发射时间补偿方法，其特征在于，所述时刻偏差的最小误差为产生所述授时秒脉冲的基准频率的周期与产生所述导频秒脉冲的基准频率的周期之和。

4.根据权利要求3所述的卫星上行信号发射时间补偿方法，其特征在于，产生所述授时秒脉冲输出的基准频率的周期是50ns，产生所述导频秒脉冲的基准频率的周期是12.5ns，所述时刻偏差为62.5ns。

5.一种卫星上行信号发射时间补偿装置，其特征在于，所述补偿装置包括授时模块、基带模块和计算模块，所述授时模块接收导航卫星发出的授时信号，并利用所述授时信号转换输出授时秒脉冲至所述计算模块，所述基带模块接收通信卫星发出的导频信号，并利用所述导频信号转换输出导频秒脉冲至所述计算模块，所述计算模块接收所述授时秒脉冲和导频秒脉冲，并计算所述授时秒脉冲和导频秒脉冲的时刻偏差，然后再将该时刻偏差输出给所述基带模块，由所述基带模块根据所述时刻偏差调整上行信号的发射时间；

所述补偿装置还包括与所述计算模块电连接的存储器，以及与存储器电连接的卡尔曼滤波器，所述计算模块计算得到所述时刻偏差后，利用所述时刻偏差进一步计算所述通信卫星到地面卫星通信设备的当前距离值，并存储到所述存储器，所述卡尔曼滤波器从所述存储器中得到当前距离值和已存储的多个临近距离值，所述临近距离值是之前临近时刻所述通信卫星相对于所述地面卫星通信设备的距离值，通过卡尔曼滤波方法推算出所述通信卫星到所述地面卫星通信设备的变化距离值，卡尔曼滤波器再将所述变化距离值反馈给所述计算模块，所述计算模块利用所述变化距离值计算预测时刻偏差，再利用所述预测时刻偏差进一步修正所述时刻偏差，然后再将经过修正后的时刻偏差输出给所述基带模块，由所述基带模块根据所述时刻偏差调整上行信号的发射时间。

6.根据权利要求5所述的卫星上行信号发射时间补偿装置，其特征在于，所述授时模块产生输出所述授时秒脉冲的基准频率是20MHz，所述基带模块产生输出所述导频秒脉冲的基准频率是80MHz。

7.一种卫星通信系统，其特征在于，所述卫星通信系统包括权利要求5至6任一项所述的卫星上行信号发射时间补偿装置。

8.根据权利要求7所述的卫星通信系统，其特征在于，所述卫星通信系统包括TDMA体制卫星通信系统或CDMA体制卫星通信系统。