專(zhuān)利名稱(chēng)：補(bǔ)償發(fā)射有效載荷中信號(hào)失真的方法
補(bǔ)償發(fā)射有效載荷中信號(hào)失真的方法本發(fā)明涉及通過(guò)在有效載荷的積累響應(yīng)期間引入適當(dāng)?shù)念A(yù)矯正或補(bǔ)償傳遞函數(shù) 來(lái)補(bǔ)償發(fā)射有效載荷中的信號(hào)失真的方法。本方法尤其適用于空間應(yīng)用，更具體地，適用于有產(chǎn)生能力的有效載荷，如導(dǎo)航有 效載荷。用來(lái)補(bǔ)償有效載荷所引起的線性或非線性失真的有效載荷的預(yù)矯正信號(hào)是通信 領(lǐng)域所熟知的。這些補(bǔ)償函數(shù)經(jīng)常包含在板載設(shè)備之一的內(nèi)部中，即在RF高功率放大器中 的、通常用于減少非線性的線性化電路，或者包括可調(diào)諧濾波器級(jí)的、在頻域提供線性響應(yīng) 平化的均衡器。例如，可參見(jiàn) Maria-Gabriella Di Benedetto and Paola Madarini 的論 文“MMSE 預(yù)矯正在 OFDM 系統(tǒng)的應(yīng)用(An Application of MMSE Predistortion to OFDM Systems)，，，IEEE Transactions on Communications, Vol. 44, No. 11,1996 年 11 月。適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償傳遞函數(shù)的確定需要同時(shí)知道有效載荷的輸入信號(hào)和相應(yīng)的輸出信 號(hào)。然而，測(cè)量輸入信號(hào)不總是有利的，特別是對(duì)于有產(chǎn)生能力的有效載荷。實(shí)際上，有產(chǎn) 生能力的有效載荷在內(nèi)部產(chǎn)生它們自己的輸入信號(hào)；訪問(wèn)所述輸入信號(hào)需要在有效載荷內(nèi) 安裝耦合器，這增加了重量、校準(zhǔn)誤差和復(fù)雜性，通常還產(chǎn)生了訪問(wèn)限制(例如測(cè)試工程師 的身體介入，觀察板或臍帶的開(kāi)啟/重關(guān)閉操作，以到達(dá)測(cè)量點(diǎn)，連接器的配對(duì)/去配對(duì))。 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供在發(fā)射有效載荷中補(bǔ)償信號(hào)失真的方法，而不需要獲取所述有效 載荷的輸入信號(hào)。本發(fā)明的另一目的是提供失真補(bǔ)償方法，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且對(duì)于單獨(dú)的有效 載荷元件(設(shè)備)參數(shù)漂移以及單獨(dú)的有效載荷元件的容差具有魯棒性。本發(fā)明的另一目的是提供靈活的失真補(bǔ)償方法，該方法幾乎對(duì)任意信號(hào)調(diào)制群都 有效，并且對(duì)信號(hào)和有效載荷特性做出最小假設(shè)。本發(fā)明的另一目的是提供失真補(bǔ)償方法，該方法能夠在有效載荷工作期間實(shí)現(xiàn)， 而不需要中斷服務(wù)。本發(fā)明的方法尤其適用于有產(chǎn)生能力的有效載荷，更具體地，適用于導(dǎo)航有效載 荷，但是不限于這個(gè)具體的領(lǐng)域。例如，該方法也能夠用于電信有效載荷以最優(yōu)化碼間干 擾，并且能夠用于合成孔徑雷達(dá)有效載荷以減少距離估算偏差。根據(jù)本發(fā)明，至少這些目的中的一些可以利用在發(fā)射有效載荷中補(bǔ)償信號(hào)失真的 方法實(shí)現(xiàn)，該方法包括確定補(bǔ)償傳遞函數(shù)并且將其引入所述有效載荷的累積響應(yīng)內(nèi)，該方 法的特征在于其包括(a)選擇初始試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)并且將其引入所述有效載荷的累積響應(yīng)內(nèi)；(b)獲取所述發(fā)射有效載荷的輸出信號(hào)；(c)根據(jù)所述獲取的輸出信號(hào)和參考信號(hào)，進(jìn)行所述發(fā)射有效載荷的剩余失真?zhèn)?遞函數(shù)的估算所述參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于所期望的無(wú)失真輸出信號(hào)；以及(d)根據(jù)所述剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)的所述估算，計(jì)算更新的試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)。優(yōu)選地，迭代地重復(fù)步驟(b)至(d)直到滿足目標(biāo)條件，表示已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了令人滿意 的信號(hào)失真補(bǔ)償。
優(yōu)選地，使用“黑盒”方式執(zhí)行估算，并且參考信號(hào)是“人工”產(chǎn)生的，即不是在有 效載荷中測(cè)量的信號(hào)。本發(fā)明的有利的實(shí)施方式由所附從屬權(quán)利要求描述。本發(fā)明特別有利的特征是使用不是在有效載荷內(nèi)測(cè)量的參考信號(hào)，因此不需要不 期望的信號(hào)耦合器。由于使用了黑盒估算技術(shù)，因此不需要詳細(xì)了解有效載荷工作，而只需要最小假 設(shè)。基本上，所需要的就是有效載荷響應(yīng)是短暫的時(shí)間恒定并且無(wú)記憶，以及參考信號(hào)是時(shí) 間恒定的。這使得本發(fā)明的方法具有極大的靈活性。本發(fā)明的一個(gè)有趣的特征是線性補(bǔ)償函數(shù)能夠用于補(bǔ)償具有非線性貢獻(xiàn)的累積失真。當(dāng)被應(yīng)用于航天器有效載荷時(shí)，在地面和在空中都能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的方法。在后 一種情況下，由于額定工作輸出信號(hào)能夠用于確定所需的補(bǔ)償傳遞函數(shù)，因此不需要中斷 工作。本發(fā)明還涉及包括用于預(yù)補(bǔ)償信號(hào)失真的裝置的發(fā)射有效載荷，該有效載荷適用 于實(shí)現(xiàn)所述方法。下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖只是示意性地給出，并且無(wú)意限定。在附圖 中

圖1示出了通常用于導(dǎo)航、通信和雷達(dá)應(yīng)用中的信號(hào)與有效載荷要求之間的關(guān) 系；圖2示出了正弦失真?zhèn)鬟f函數(shù)的振幅和相位分量的標(biāo)繪圖；圖3A至圖3F圖示了圖2的失真?zhèn)鬟f函數(shù)對(duì)示例性的輸入信號(hào)的影響；圖4A至圖4E根據(jù)補(bǔ)充的示例，圖示了失真對(duì)典型工作輸出信號(hào)的相關(guān)函數(shù)的影 響；圖5A至圖5C示意性地表示累積輸出信號(hào)產(chǎn)生的基本機(jī)制；圖6示出了有產(chǎn)生能力的發(fā)射有效載荷的簡(jiǎn)要框圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法的高階流程圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法的詳細(xì)框圖；圖9示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的目標(biāo)條件的示例；圖IOA至圖IOE示出了使用本發(fā)明的方法對(duì)剩余的振幅和相位失真的標(biāo)繪圖進(jìn)行 補(bǔ)償?shù)氖纠缘氖痉?；圖11圖示了以本發(fā)明為基礎(chǔ)的原理；以及圖12A至圖12F示出了在原型有效載荷上應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)踐結(jié)果的示 例。衛(wèi)星有效載荷的開(kāi)發(fā)一般面臨著三個(gè)至關(guān)重要的階段設(shè)計(jì)階段、組裝、集成和驗(yàn) 證(AIV)階段以及工作階段。在這些典型的階段期間，對(duì)于有生成能力有效載荷類(lèi)型，如導(dǎo) 航有效載荷，使空間信號(hào)(SIS)性能精度最優(yōu)化需要專(zhuān)用方法。SIS性能精度是滿足整個(gè)系 統(tǒng)性能的主要驅(qū)動(dòng)，更具體地，用戶等效測(cè)距誤差(UTRE)，導(dǎo)航應(yīng)用的重要固有參數(shù)。SIS性能精度表示嵌入在SIS中的非期望的累積失真量。下面的清單總結(jié)了由SIS的累積不完整性所導(dǎo)致的(因此不包括來(lái)自傳輸路徑和
5地面的貢獻(xiàn)，例如來(lái)自多徑環(huán)境的貢獻(xiàn))、影響EURE的主要系統(tǒng)級(jí)參數(shù)· S型曲線偏差(SCB)； 相關(guān)損耗(CL)； 群時(shí)延變化(⑶)； 編碼/載波(消)相干(CCC)；^Allan 方差(AV)；以及 相位噪聲(PN)。應(yīng)當(dāng)注意，將這些系統(tǒng)級(jí)參數(shù)轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的要求并不簡(jiǎn)單，并且經(jīng)常需要復(fù) 雜的結(jié)構(gòu)模型。特別地，S型曲線偏差和相關(guān)損耗通常在導(dǎo)航接收機(jī)級(jí)被解釋為品質(zhì)因數(shù)， 因此將它們轉(zhuǎn)換成有效載荷實(shí)現(xiàn)的要求并不簡(jiǎn)單。下面的清單總結(jié)了典型有效載荷實(shí)現(xiàn)的要求 振幅和相位失真響應(yīng)H ； 非相干失真(NCD)，在特定條件下嵌入到H中； 群時(shí)延(⑶)，嵌入到H中，作為頻率上相位的導(dǎo)數(shù)； 編碼/載波相干(CCC)，嵌入到H中，作為相位和群時(shí)延之間的相位差；· Allan方差(AV)，隨機(jī)的；以及
相位噪聲(PN)，隨機(jī)的。這個(gè)清單列出了在有效載荷設(shè)計(jì)界中，用于導(dǎo)航、通信或用于雷達(dá)應(yīng)用的典型的 要求，并且被特別地調(diào)整以用于上述情況下的導(dǎo)航領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)注意，不同層級(jí)(系統(tǒng)、有效 載荷、設(shè)備、模塊、組件)之間元素要求的推導(dǎo)處理經(jīng)常非常復(fù)雜。這可能是因?yàn)榍度氲幕?隱藏的關(guān)系造成的，這種關(guān)系通常也很難建模，或者是因?yàn)闆](méi)有足夠的建模精度造成的。圖 1總結(jié)了 SIS和有效載荷要求之間的復(fù)雜關(guān)系，包括下至系統(tǒng)和有效載荷之間層級(jí)的外部 依賴(lài)關(guān)系。能夠產(chǎn)生類(lèi)似的低級(jí)別評(píng)定。很明顯，當(dāng)從各自的低級(jí)別貢獻(xiàn)或元素中組成性 能時(shí)，評(píng)定或配置有效載荷的端對(duì)端高級(jí)別性能不是沒(méi)有意義的。對(duì)于本發(fā)明一個(gè)重要的步驟是論證，即在有效載荷實(shí)現(xiàn)層級(jí)，將多數(shù)確定的屬性 單獨(dú)地嵌入到額定工作輸出信號(hào)的振幅和相位失真響應(yīng)H之中。在特別的一但不是過(guò)于苛 刻一條件下，這是正確的，即時(shí)間恒定(至少在短期內(nèi)，即，確定補(bǔ)償傳遞函數(shù)的步驟的時(shí) 間段，下文中為此稱(chēng)之為“短暫的”)并且沒(méi)有有效載荷響應(yīng)存儲(chǔ)器，以及參考信號(hào)的時(shí)間恒 定時(shí)。這允許以“累積”的方式從有效載荷SIS中推導(dǎo)出一些端對(duì)端的屬性，即，不需要知 道隱藏的和復(fù)雜的低級(jí)別和高級(jí)別關(guān)系和模型。 嵌入在SIS中的累積屬性的存在的條件和描述凈失真是本發(fā)明的重要特征。應(yīng)當(dāng) 注意，本發(fā)明，至少在其基本框架內(nèi)，只處理SIS的確定的和靜止的或類(lèi)靜止的屬性。假設(shè) 在有效載荷設(shè)計(jì)階段，利用其他裝置使隨機(jī)組件最優(yōu)化為公共工程實(shí)踐，但是他們的影響 也能夠在接收端，如循環(huán)階段集成，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)均化概念而減少，并且導(dǎo)頻信道用作非耗盡示
范清單。由有效載荷傳遞響應(yīng)函數(shù)H導(dǎo)致的、嵌入在SIS中的累積振幅和相位失真的影響 產(chǎn)生雙回波失真效應(yīng)，如“雷達(dá)信號(hào)，理論和應(yīng)用的介紹(Radar Signals, An Introduction to Theory and Application)，，，Charles E. Cook and Marvin Bernfeld, Artech House, Boston, London, ISBN 0-89006-733-3，第11章中所述匹配濾波器信號(hào)的失真效應(yīng)(Effects of Distortion on Matched-Filter Signals)，第 371-372 頁(yè)，并且下文中使用 兩個(gè)補(bǔ)充的解釋性示例進(jìn)行總結(jié)。在頻率上的端對(duì)端有效載荷的失真能夠用通用頻率響應(yīng) 函數(shù)H來(lái)描述，該函數(shù)H同時(shí)描述了振幅和相位的失真。讓我們首先考慮使用簡(jiǎn)單的正弦失 真?zhèn)鬟f函數(shù)作為角頻率ω的函數(shù)，所述正弦失真?zhèn)鬟f函數(shù)的振幅和相位分量被表示，有Η(ω) I = a0+a! cos (Caω)和arg (H (ω)) = b0 ω sin (Cph ω)(參見(jiàn)圖2)。通常，混合失真輸出信號(hào)在時(shí)間上(t)能夠近似地表示為S0Jt) =
權(quán)利要求
一種對(duì)發(fā)射有效載荷(GP)中的信號(hào)失真進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ龇椒òù_定補(bǔ)償傳遞函數(shù)(Hc(ω))以及將其引入所述有效載荷的累積響應(yīng)內(nèi)，所述方法的特征在于其包括(a)選擇初始試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)([Hc(ω)]n)并且將其引入所述有效載荷(GP)的累積響應(yīng)內(nèi)；(b)獲取所述發(fā)射有效載荷的輸出信號(hào)(Y(ω)，y(t))；(c)根據(jù)所述獲取的輸出信號(hào)和參考信號(hào)(X理想的(ω)，x理想的(t))，進(jìn)行所述發(fā)射有效載荷的剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)([Hd(ω)]n)的估算，所述參考信號(hào)(X理想的(ω)，x理想的(t))對(duì)應(yīng)于所期望的無(wú)失真輸出信號(hào)；以及(d)根據(jù)所述剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)的所述估算，計(jì)算更新的試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)([Hc(ω)]n+1)并且將其引入所述有效載荷的累積響應(yīng)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述有效載荷的所述累積響應(yīng)和剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù) 包括對(duì)于所有頻率同時(shí)的線性、非相干和非線性失真分量。
3.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)([Η。(ω)]η)是線 性傳遞函數(shù)。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，還包括將非線性預(yù)矯正傳遞函數(shù)應(yīng)用于有效載荷 以減少其累積失真中的非線性貢獻(xiàn)。
5.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述累積有效載荷響應(yīng)是時(shí)間恒定的，至少 在短時(shí)間內(nèi)，并且是無(wú)記憶的，而且所述理想?yún)⒖夹盘?hào)是時(shí)間恒定的。
6.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，還包括迭代地重復(fù)步驟(b)至(d)直到滿足目標(biāo) 條件，表示已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了令人滿意的信號(hào)失真補(bǔ)償。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)包括有限沖擊響應(yīng)濾 波器形式的線性分量，并且所述步驟(d)包含為所述有限沖擊響應(yīng)濾波器確定更新系數(shù) ([hc(t)]n+1)。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述參考信號(hào)是故意產(chǎn)生的，而不是從所述 發(fā)射有效載荷內(nèi)測(cè)量的。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述輸出信號(hào)(Υ(ω)，y(t))是從所述發(fā)射 有效載荷獲取的唯一信號(hào)，用于執(zhí)行所述剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)的所述黑盒估算。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中通過(guò)使用交叉頻譜估算器(EST)來(lái)進(jìn)行所 述步驟(c)的執(zhí)行剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)的黑盒估算。
11.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，還包括在計(jì)算所述更新試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)之 前，將所述估算的剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)除以校準(zhǔn)傳遞函數(shù)(H。al( ))。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述校準(zhǔn)傳遞函數(shù)表示所述剩余累積響應(yīng)函數(shù)的 估算的不確定性評(píng)定。
13.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述步驟(d)的計(jì)算更新試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞 函數(shù)([Η。(ω)]η+1)包括將在先前迭代([Η。(ω)]η)期間計(jì)算的試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)除以當(dāng) 前估算的剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)([Hd( )]n)。
14.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述目標(biāo)條件是設(shè)置于當(dāng)前估算的剩余失 真?zhèn)鬟f函數(shù)上的條件。
15.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，還包括計(jì)算相對(duì)于所述參考信號(hào)的相干函數(shù) (Υ2(ω))和所述所獲取輸出信號(hào)的信噪水平(SNR(co))，并且其中所述目標(biāo)條件考慮了所 述相干函數(shù)和信噪水平。
16.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述額定工作輸出信號(hào)是在所述發(fā)射有效 載荷外的接收站獲取的。
17.如權(quán)利要求1-15中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述輸出信號(hào)是在所述發(fā)射有效載 荷內(nèi)獲取的。
18.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述發(fā)射有效載荷是有產(chǎn)生能力的有效載荷。
19.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述發(fā)射有效載荷是航天器有效載荷。
20.如權(quán)利要求19所述的方法到地面驗(yàn)證的應(yīng)用以及已經(jīng)被集成到航天器的發(fā)射有 效載荷的配置。
21.如權(quán)利要求19所述的方法到空間驗(yàn)證的應(yīng)用、以及通過(guò)使用額定工作輸出信號(hào)作 為所述獲取的輸出信號(hào)的航天器發(fā)射有效載荷的配置，因此不需要服務(wù)中斷。
22.—種發(fā)射有效載荷(GP)，包括用于預(yù)補(bǔ)償信號(hào)失真的裝置，其特征在于所述裝置 適用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至19中的任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
一種對(duì)發(fā)射有效載荷(GP)中的信號(hào)失真進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ龇椒òù_定補(bǔ)償傳遞函數(shù)(Hc())以及將其引入所述有效載荷的累積響應(yīng)內(nèi)，所述方法的特征在于其包括(e)選擇初始試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)([Hc()]n)并且將其引入所述有效載荷(GP)的累積響應(yīng)內(nèi)；(f)獲取所述發(fā)射有效載荷的輸出信號(hào)(Y()，y(t))；(g)根據(jù)所述獲取的輸出信號(hào)和參考信號(hào)(X理想的()，x理想的(t))，進(jìn)行所述發(fā)射有效載荷的剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)([Hd()]n)的估算，所述參考信號(hào)(X理想的()，x理想的(t))對(duì)應(yīng)于所期望的無(wú)失真輸出信號(hào)；以及(h)根據(jù)所述剩余失真?zhèn)鬟f函數(shù)的所述估算，計(jì)算更新的試驗(yàn)性補(bǔ)償傳遞函數(shù)([Hc()]n+1)并且將其引入所述有效載荷的累積響應(yīng)內(nèi)。優(yōu)選地，所述估算是黑盒估算并且所述參考信號(hào)是故意產(chǎn)生的，而不是從所述發(fā)射有效載荷內(nèi)測(cè)量的。
文檔編號(hào)H04L27/36GK101939960SQ200880125534
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者德?tīng)柨恕す崴?申請(qǐng)人:歐洲空間局