本公開涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種頻偏補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)(tracking and data relay satellite，TDRSS)以其高覆蓋率、高數(shù)據(jù)率和多目標(biāo)測控能力，在空間技術(shù)發(fā)展中起到了極其重要的作用。

TDRSS由兩顆在軌同步中繼衛(wèi)星和一個地面站組成的。TDRSS的反向鏈路是把遙測數(shù)據(jù)從目標(biāo)航天器件(例如，飛行器、用戶星等)傳輸?shù)降孛嬲镜男畔鬏斖ǖ?，它能同時傳輸多個目標(biāo)航天器件的測控信息。為了同時跟蹤和轉(zhuǎn)發(fā)多個目標(biāo)，TDRSS的中繼衛(wèi)星上通常采用基于波束形成的相控陣天線。而為了減少中繼衛(wèi)星上數(shù)字處理環(huán)節(jié)，以使中繼衛(wèi)星上設(shè)備盡可能簡單，同時考慮到以后擴(kuò)充跟蹤目標(biāo)數(shù)的方便，TDRSS通常采用星下DBF(數(shù)字波束形成)方案。

基于星下DBF的TDRSS中，中繼衛(wèi)星上有30個獨(dú)立的螺旋天線(陣元)，每一個陣元接收的信號都被獨(dú)立傳輸?shù)降孛嬲居糜谛窍翫BF?？刹捎肍DM(頻分復(fù)用)體制來傳輸30路陣元信號。根據(jù)30路陣元信號的相對相位和幅度，進(jìn)行地面波束合成，構(gòu)成相控陣“地面多波束形成”系統(tǒng)。

基于星下DBF的TDRRS系統(tǒng)，由于采用FDM傳輸體制將中繼衛(wèi)星上的30路天線陣元信號傳輸?shù)降孛妫蛳嗫仃囉?0個陣元天線，對應(yīng)FDM就有30個獨(dú)立通道。在FDM的合成與分離過程中的上下變頻，各個通道的本地晶振也無法達(dá)到完全的一致，將給30路通道信號引入不一致的頻偏，因此，很難保證30路通道間頻偏的一致性。針對，相關(guān)技術(shù)中，一般采用兩種方法來解決頻率偏移對通信系統(tǒng)性能的影響問題，一是采用自動頻率跟蹤環(huán)路(AFC)，使其來跟蹤多普勒頻移。比如通信系統(tǒng)中，通常在接收機(jī)中用鎖相環(huán)路(PLL)產(chǎn)生與載波同頻同相的本地信號進(jìn)行解調(diào)，以消除多普勒頻移的影響；另一種是，在發(fā)送信號同時發(fā)送一組導(dǎo)頻，通過導(dǎo)頻信號來調(diào)整本地載波信號，以校正傳輸過程中產(chǎn)生的多普勒頻移。

但是相關(guān)技術(shù)中的兩種方法，均是針對單路信號的頻偏特性，并未考慮多路信號頻偏不一致問題。此外，若將TDRSS系統(tǒng)中的每一個通道看作獨(dú)立通信系統(tǒng)采用常規(guī)的鎖相環(huán)路進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，需要輸入的信號有較高的信噪比，否則很難實(shí)現(xiàn)相位跟蹤鎖定。而采用基于導(dǎo)頻的頻偏估計(jì)方法，導(dǎo)頻會占用傳輸信道，降低傳輸效率，同時嚴(yán)重影響TDRSS系統(tǒng)的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的目的是提供一種頻偏補(bǔ)償方法及系統(tǒng)，以解決TDRSS系統(tǒng)中多路信號頻偏不一致的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本公開提供一種頻偏補(bǔ)償方法，包括：

對接收到的N路陣元信號進(jìn)行預(yù)處理；

對N路經(jīng)預(yù)處理后的陣元信號分別進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，以獲得N路目標(biāo)信號；

針對每路待補(bǔ)償信號，獲取所述待補(bǔ)償信號與參考信號之間的相對頻差，其中，所述參考信號為所述N路目標(biāo)信號中的任一路信號，所述待補(bǔ)償信號為所述N路目標(biāo)信號中除所述參考信號之外的信號；

針對每路待補(bǔ)償信號，根據(jù)所述待補(bǔ)償信號與所述參考信號之間的相對頻差，對所述待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。

可選的，所述獲取所述待補(bǔ)償信號與參考信號之間的相對頻差為：

其中，為相對頻差；m為通過所述參考信號與一待補(bǔ)償信號共軛的復(fù)乘得到的采樣信號；為所述采樣信號的自相關(guān)函數(shù)，N為采樣序列長度，T為采樣周期。

可選的，所述針對每路待補(bǔ)償信號，根據(jù)所述待補(bǔ)償信號與所述參考信號之間的相對頻差，對所述待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償?shù)牟襟E包括：

將所述相對頻差轉(zhuǎn)換為頻率控制字；

根據(jù)所述頻率控制字控制相對應(yīng)的數(shù)字下變頻器的振蕩頻率，以對所述待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。

可選的，所述將所述相對頻差轉(zhuǎn)換為頻率控制字為：

其中，K為頻率控制字，M為所述數(shù)字下變頻器的位寬，f_clk為所述數(shù)字下變頻器的處理時鐘，f_Fitz為相對頻差。

可選的，所述方法還包括：

對進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償后的每路待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位補(bǔ)償。

可選的，所述對進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償后的每路待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)牟襟E包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)相差估計(jì)值，對每路待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位差補(bǔ)償；

根據(jù)所述參考信號和相位差補(bǔ)償后的信號，獲取誤差；

根據(jù)獲取的所述誤差，對所述預(yù)設(shè)相差估計(jì)值進(jìn)行更新。

可選的，所述方法還包括：

對所述參考信號，以及進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償和相位補(bǔ)償后的待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位恢復(fù)。

可選的，所述方法還包括：

根據(jù)相控陣天線導(dǎo)向矢量，獲取接收到的所述N路陣元信號的每一路信號的初始相位延遲系數(shù)；

獲取經(jīng)所述相位恢復(fù)后的N路信號的波達(dá)方向；

根據(jù)用戶星的角度信息，獲取估計(jì)方向和準(zhǔn)確方向的平均誤差；

根據(jù)所述平均誤差，更新相位延遲系數(shù)；

根據(jù)更新的相位延遲系數(shù)調(diào)整所述相位恢復(fù)中的延遲時間。

可選的，所述根據(jù)所述平均誤差，更新相位延遲系數(shù)的步驟包括：

將所述平均誤差與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較；

當(dāng)所述平均誤差大于或等于所述預(yù)設(shè)閾值時，更新所述相位延遲系數(shù)。

第二方面，提供一種頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：

預(yù)處理模塊，用于對接收到的N路陣元信號進(jìn)行預(yù)處理；

數(shù)字下變頻器，用于對N路經(jīng)預(yù)處理后的陣元信號分別進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，以獲得N路目標(biāo)信號；

通道頻偏補(bǔ)償器，用于針對每路待補(bǔ)償信號，獲取所述待補(bǔ)償信號與參考信號之間的相對頻差，其中，所述參考信號為所述N路目標(biāo)信號中的任一路信號，所述待補(bǔ)償信號為所述N路目標(biāo)信號中除所述參考信號之外的信號；以及，

用于針對每路待補(bǔ)償信號，根據(jù)所述待補(bǔ)償信號與所述參考信號之間的相對頻差，對所述待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。

可選的，所述獲取所述待補(bǔ)償信號與參考信號之間的相對頻差為：

其中，為相對頻差；m為通過所述參考信號與一待補(bǔ)償信號共軛的復(fù)乘得到的采樣信號；為所述采樣信號的自相關(guān)函數(shù)，N為采樣序列長度，T為采樣周期。

可選的，所述通道頻偏補(bǔ)償器，用于將所述相對頻差轉(zhuǎn)換為頻率控制字；以及根據(jù)所述頻率控制字控制相對應(yīng)的數(shù)字下變頻器的振蕩頻率，以對所述待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。

可選的，所述將所述相對頻差轉(zhuǎn)換為頻率控制字為：

其中，K為頻率控制字，M為所述數(shù)字下變頻器的位寬，f_clk為所述數(shù)字下變頻器的處理時鐘，f_Fitz為相對頻差。

可選的，所述通道頻偏補(bǔ)償器，還用于對進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償后的每路待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位補(bǔ)償。

可選的，所述系統(tǒng)還包括：

相位恢復(fù)模塊，用于對所述參考信號，以及進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償和相位補(bǔ)償后的待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位恢復(fù)。

可選的，所述系統(tǒng)還包括：

相位延遲系數(shù)優(yōu)化模塊，用于根據(jù)相控陣天線導(dǎo)向矢量，獲取接收到的所述N路陣元信號的每一路信號的初始相位延遲系數(shù)；獲取經(jīng)所述相位恢復(fù)模塊恢復(fù)后的N路信號的波達(dá)方向；根據(jù)用戶星的角度信息，獲取估計(jì)方向和準(zhǔn)確方向的平均誤差；根據(jù)所述平均誤差，更新相位延遲系數(shù)；根據(jù)更新的相位延遲系數(shù)調(diào)整所述相位恢復(fù)模塊的相位恢復(fù)中的延遲時間。

通過上述技術(shù)方案，通過頻偏補(bǔ)償器和相位恢復(fù)模塊，其采用任一路信號作為參考信號，對其余通道進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，可改善由相對運(yùn)動和本振誤差產(chǎn)生的N路信號頻偏非一致性；采用通道頻偏補(bǔ)償器對多路信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，不需要中繼星發(fā)射導(dǎo)頻信號，減少了中繼星的發(fā)射功耗，提升了頻帶利用率；通道頻偏補(bǔ)償器利用頻偏估計(jì)算法和自適應(yīng)相位補(bǔ)償技術(shù)對通道頻偏進(jìn)行補(bǔ)償，其中頻偏估計(jì)算法能粗略估計(jì)出被補(bǔ)償通道與參考通道間的相對頻偏，自適應(yīng)相位補(bǔ)償技術(shù)則能消除殘留頻偏的影響，能有效降低通道間的相對頻偏；采用補(bǔ)償通道間相對頻偏的方式，可以在不影響DBF合成效果的同時降低實(shí)現(xiàn)難度；基于指向誤差的判決方法，實(shí)時估計(jì)波達(dá)方向與實(shí)際方向的誤差，動態(tài)調(diào)整相位延遲系數(shù)，使系統(tǒng)具有自適應(yīng)特性。

本公開的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本公開的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本公開，但并不構(gòu)成對本公開的限制。在附圖中：

圖1是本公開實(shí)施例的TDRSS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本公開一實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本公開一實(shí)施例的相位恢復(fù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本公開一實(shí)施例的相位恢復(fù)實(shí)現(xiàn)流程示意圖；

圖5是本公開另一實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本公開一實(shí)施例的相位恢復(fù)模塊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)示意圖；

圖7是本公開一實(shí)施例的LMS算法流程示意圖；

圖8是本公開一實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本公開的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本公開，并不用于限制本公開。

針對TDRSS反向鏈路存在多路陣元信號經(jīng)過信道存在非一致的頻偏問題，本公開提供一種頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)及方法，基于多路陣元信號非一致性頻偏補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)聯(lián)動，以改善多路陣元信號非一致性頻偏對星下DBF指向精度的影響。

參見圖1，為本公開實(shí)施例的TDRSS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)(tracking and data relay satellite，TDRSS)包括中繼衛(wèi)星20和地面站10。中繼衛(wèi)星20把用戶星30的遙測數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲?0。中繼衛(wèi)星20可采用基于波束形成的相控陣天線。中繼衛(wèi)星20上有30個獨(dú)立的螺旋天線(陣元)，每一個陣元接收的信號都被獨(dú)立傳輸?shù)降孛嬲?0用于星下DBF。中繼衛(wèi)星20可采用FDM(頻分復(fù)用)體制來傳輸30路陣元信號。地面站10根據(jù)30路陣元信號的相對相位和幅度，進(jìn)行地面波束合成。

參見圖2，為本公開一實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)200包括：前級處理模塊201、A/D轉(zhuǎn)換器202、數(shù)字下變頻器203和通道頻偏補(bǔ)償器204。

在本公開的一實(shí)施例中，地面站10接收到的陣元信號有N路，則相應(yīng)的有N個A/D轉(zhuǎn)換器、N個數(shù)字下變頻器和N-1個通道頻偏補(bǔ)償器204分別對應(yīng)處理每一路陣元信號。在本公開的實(shí)施例中，N為大于2的整數(shù)。在一個實(shí)施例中，N為30。

參見圖2，地面站10的天線接收來自中繼星20發(fā)射的N路陣元的FDM信號。前級處理模塊201用于對接收的N路陣元信號進(jìn)行低噪聲放大、變頻、寬帶濾波和FDM預(yù)分離等處理。

A/D轉(zhuǎn)換器202用于對前級處理模塊201處理后的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

在本公開的實(shí)施例中，預(yù)處理模塊即包括前級處理模塊201和A/D轉(zhuǎn)換器202，對接收到的N路陣元信號進(jìn)行預(yù)處理，例如，低噪聲放大、變頻、寬帶濾波、FDM預(yù)分離以及A/D轉(zhuǎn)換等處理。

數(shù)字下變頻器203用于對N路經(jīng)預(yù)處理后的陣元信號分別進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，以獲得N路目標(biāo)信號。數(shù)字下變頻器203將從A/D轉(zhuǎn)換器202轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號中提取所需的窄帶信號，將其下變頻為數(shù)字基帶信號，并轉(zhuǎn)換成較低的數(shù)據(jù)流即目標(biāo)信號。數(shù)字下變頻器203可包括數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器(NCO)和低通濾波器(LPF)三部分。

其中，NCO主要由三部分組成：相位累加器、相位加法器和sin/cos表只讀存儲器。本公開一實(shí)施例中，數(shù)字控制振蕩器(NCO)的基本功能包括：接收頻率控制字K進(jìn)行累加；以相位累加器的輸出地址，對存有正(余)弦幅度值的存儲器進(jìn)行尋址；檢查該地址上的數(shù)值并輸出到數(shù)字混頻器。輸出的離散幅度編碼即為NCO的輸出結(jié)果。

數(shù)字混頻器將NCO輸出的信號與信號樣本相乘，乘積樣本再經(jīng)低通濾波器后輸出，完成數(shù)字下變頻。

在本公開的一實(shí)施例中，選取一路數(shù)字下變頻器203輸出的信號作為參考信號，將其余的N-1路數(shù)字下變頻器203輸出的信號作為待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。在一個實(shí)施例中，可將第一路信號作為參考信號。

通道頻偏補(bǔ)償器204針對每路待補(bǔ)償信號，獲取所述待補(bǔ)償信號與參考信號之間的相對頻差，其中，所述參考信號為所述N路目標(biāo)信號中的任一路信號，所述待補(bǔ)償信號為所述N路目標(biāo)信號中除所述參考信號之外的信號；以及，用于針對每路待補(bǔ)償信號，根據(jù)所述待補(bǔ)償信號與所述參考信號之間的相對頻差，對所述待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。在本公開的實(shí)施例中，通道頻偏補(bǔ)償器利用預(yù)設(shè)頻偏估計(jì)算法獲取參考信號與每一待補(bǔ)償信號間的相對頻差，并將相對頻差轉(zhuǎn)化成頻率控制字K，并反饋給對應(yīng)的數(shù)字下變頻器203。數(shù)字下變頻器203根據(jù)反饋的頻率控制字調(diào)節(jié)數(shù)字下變頻的振蕩頻率，以實(shí)現(xiàn)對待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償調(diào)整。

在本公開的實(shí)施例中，預(yù)設(shè)頻偏估計(jì)算法可為Fitz頻偏估計(jì)算法。首先，根據(jù)公式(1)計(jì)算出每路待補(bǔ)償信號與參考信號間的相對頻差。

其中，為相對頻差，采樣信號m為參考信號與待補(bǔ)償信號共軛的復(fù)乘得到的信號。為采樣信號的自相關(guān)函數(shù)，N為采樣序列長度，T為采樣周期。越長的采樣序列對應(yīng)著越好的估計(jì)效果，但較長的采樣序列會增加估計(jì)時延和算法復(fù)雜度。

然后，將根據(jù)式(1)得到的相對頻差通過公式(2)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的頻率控制字K，以反饋給相應(yīng)的數(shù)字下變頻器203。

其中，M為數(shù)字下變頻器的位寬，f_clk為數(shù)字下變頻器的處理時鐘，f_Fitz即為相對頻差。

參見圖3，其中，x_i(t)為待補(bǔ)償信號，x_ref(t)為參考信號。參考信號與待補(bǔ)償信號共軛的復(fù)乘得到的信號經(jīng)頻偏估計(jì)得到頻率控制字K，以調(diào)節(jié)NCO的振蕩頻率。

數(shù)字下變頻器203根據(jù)反饋的頻率控制字K調(diào)節(jié)下變頻的本地振蕩頻率，以實(shí)現(xiàn)頻偏的補(bǔ)償。由此，實(shí)現(xiàn)對N路陣元信號的頻偏補(bǔ)償。在本公開的實(shí)施例中，數(shù)字下變頻器203可根據(jù)通道頻偏補(bǔ)償器204反饋的頻率控制字動態(tài)的對數(shù)字下變頻的振蕩頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如，根據(jù)預(yù)設(shè)時間進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。例如，每隔預(yù)設(shè)時間即根據(jù)反饋的頻率控制字進(jìn)行數(shù)字下變頻振蕩頻率的調(diào)整。

本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)，采用補(bǔ)償通道間相對頻偏的方式，調(diào)整各路通道的信號與參考信息之間的頻差，可以在不影響DBF合成效果的同時降低實(shí)現(xiàn)難度；且采用通道頻偏補(bǔ)償器對多路信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，不需要中繼星發(fā)射導(dǎo)頻信號，減少了中繼星的發(fā)射功耗，提升了頻帶利用率。

由于頻偏補(bǔ)償時，受信噪比、采樣長度非理想等因素的影響，通道間可能會存在殘余頻差，在本公開的實(shí)施例中，通道頻偏補(bǔ)償器204還用于對進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償后的每路待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位補(bǔ)償，其通過自適應(yīng)相位補(bǔ)償算法補(bǔ)償兩信號間由微小頻差引起的相位不一致。參見圖3和圖4為本公開實(shí)施例的自適應(yīng)相位補(bǔ)償算法的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，該算法采用最小梯度法搜索最小值，通過循環(huán)以下三步估計(jì)兩信號的相位差，實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償。

在步驟S41中，根據(jù)預(yù)設(shè)相差估計(jì)值，通過式(3)對待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位差補(bǔ)償。

其中，x_i(k)為待補(bǔ)償信號，為預(yù)設(shè)相差估計(jì)值。

在步驟S42中，根據(jù)參考信號和經(jīng)相位差補(bǔ)償后的信號，獲取誤差。誤差通過式(4)獲取。

在步驟S43中，根據(jù)獲取的誤差，更新相差估計(jì)值。通過式(5)對相差估計(jì)值進(jìn)行更新。

其中，梯度可以表示為為預(yù)設(shè)相差估計(jì)值，μ為步長因子，可用于調(diào)節(jié)算法的收斂速度。

由此，本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償方法可通過頻偏補(bǔ)償和相位補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)待補(bǔ)償信號與參考信號的頻偏補(bǔ)償，通過N-1個通道頻偏補(bǔ)償器，消除接收到的N路陣元信號間的相對頻偏。

參見圖5，本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)還包括：相位恢復(fù)模塊205和相位延遲系數(shù)優(yōu)化模塊206。

相位恢復(fù)模塊205，用于對所述參考信號，以及進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償和相位補(bǔ)償后的待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位恢復(fù)。

相位延遲系數(shù)優(yōu)化模塊206，用于根據(jù)相控陣天線導(dǎo)向矢量，獲取接收到的所述N路陣元信號的每一路信號的初始相位延遲系數(shù)；獲取經(jīng)所述相位恢復(fù)模塊恢復(fù)后的N路信號的波達(dá)方向；根據(jù)用戶星的角度信息，獲取估計(jì)方向和準(zhǔn)確方向的平均誤差；根據(jù)所述平均誤差，更新相位延遲系數(shù)；根據(jù)更新的相位延遲系數(shù)調(diào)整所述相位恢復(fù)模塊的相位恢復(fù)中的延遲時間。

由于自適應(yīng)相位補(bǔ)償算法會破壞N路信號之間的相位特性，在本公開的一實(shí)施例中的相位恢復(fù)模塊205，采用LMS算法優(yōu)化N路信號的相位差，以降低由通道頻偏補(bǔ)償器204帶來的相位失真。參見圖6為本公開一實(shí)施例的相位恢復(fù)模塊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)示意圖，針對每一路信號，采用相應(yīng)的相位延遲系數(shù)進(jìn)行相位恢復(fù)。

相位延遲系數(shù)優(yōu)化模塊206根據(jù)相控陣天線導(dǎo)向矢量計(jì)算得到每一路信號的初始相位延遲系數(shù)。其中，式(6)所示為相控天線導(dǎo)向矢量，式(7)初始相位延遲系數(shù)。

其中，λ為波長，d為陣元間距。

計(jì)算相位恢復(fù)后輸出的30路信號的波達(dá)方向其為M個用戶星估計(jì)角度構(gòu)成的向量，可采用適當(dāng)?shù)牟ㄟ_(dá)方向估計(jì)算法，如MUSIC算法。用戶星的角度信息，可根據(jù)測控和星歷文件得到。

根據(jù)用戶星的角度信息計(jì)算估計(jì)方向和準(zhǔn)確方向的平均誤差以e(k)作為誤差函數(shù)，采用圖7所示的LMS算法流程更新相位延遲系數(shù)L，并據(jù)此調(diào)整相位恢復(fù)中N路信號的延遲時間。

相位延遲系數(shù)優(yōu)化模塊206檢測誤差函數(shù)e(k)與預(yù)設(shè)閾值的大小，當(dāng)誤差函數(shù)e(k)<ε時(ε為預(yù)設(shè)閾值)，即為系統(tǒng)允許的指向誤差最小值(可在沒有非一致頻偏情況下獲得)，此時說明頻偏補(bǔ)償及相位恢復(fù)效果能夠滿足系統(tǒng)需求，故停止更新相位恢復(fù)中相位延遲系數(shù)，同時保持通道頻偏補(bǔ)償器204輸出的頻率控制字K不變，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)e(k)≥ε時，可重新調(diào)整相位延遲系數(shù)，以及頻率控制字K。應(yīng)理解，調(diào)整頻率控制字K可通過調(diào)整采用系列的長度、采樣周期等實(shí)現(xiàn)。

在本公開的實(shí)施例中，通過相位恢復(fù)模塊205輸出的信號即可進(jìn)入地面終端站后級處理，完成數(shù)字波束形成、解擴(kuò)和解調(diào)等。

本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)，通過頻偏補(bǔ)償器和相位恢復(fù)模塊，其采用任一路信號作為參考信號，對其余通道進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，不僅能改善由相對運(yùn)動和本振誤差產(chǎn)生的N路信號頻偏非一致性問題，消除DBF指向周期性漂移，還能均衡其余通道在傳輸過程中產(chǎn)生的信號畸變。同時通過觀測估計(jì)方向和準(zhǔn)確方向的誤差，實(shí)時調(diào)整頻偏補(bǔ)償參數(shù)，使該補(bǔ)償方法具有自適應(yīng)性。

參見圖8，本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償方法的流程示意圖。該頻偏補(bǔ)償方法包括以下步驟：

在步驟S81中，對接收到的N路陣元信號進(jìn)行預(yù)處理。

在步驟S82中，對N路經(jīng)預(yù)處理后的陣元信號分別進(jìn)行數(shù)字下變頻處理，以獲得N路目標(biāo)信號。

在步驟S83中，針對每路待補(bǔ)償信號，獲取所述待補(bǔ)償信號與參考信號之間的相對頻差，其中，所述參考信號為所述N路目標(biāo)信號中的任一路信號，所述待補(bǔ)償信號為所述N路目標(biāo)信號中除所述參考信號之外的信號。

在一個實(shí)施例中，獲取所述待補(bǔ)償信號與參考信號之間的相對頻差為：

其中，為相對頻差；m為通過所述參考信號與一待補(bǔ)償信號共軛的復(fù)乘得到的采樣信號；為所述采樣信號的自相關(guān)函數(shù)，N為采樣序列長度，T為采樣周期。

在步驟S84中，針對每路待補(bǔ)償信號，根據(jù)所述待補(bǔ)償信號與所述參考信號之間的相對頻差，對所述待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。將所述相對頻差轉(zhuǎn)換為頻率控制字，頻率控制字如下式所示：

其中，K為頻率控制字，M為所述數(shù)字下變頻器的位寬，f_clk為所述數(shù)字下變頻器的處理時鐘，f_Fitz為相對頻差。

在一個實(shí)施例中，根據(jù)所述頻率控制字控制相對應(yīng)的數(shù)字下變頻器的振蕩頻率，以對所述待補(bǔ)償信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。

由于頻偏補(bǔ)償受信噪比、采樣長度非理想等因素的影響，通道間可能會存在殘余頻差，在本公開的實(shí)施例中，頻偏補(bǔ)償方法還包括：

對進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償后的每路待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位補(bǔ)償。

在一個實(shí)施例中，對進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償后的每路待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)牟襟E包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)相差估計(jì)值，對每路待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位差補(bǔ)償；

根據(jù)所述參考信號和相位差補(bǔ)償后的信號，獲取誤差；

根據(jù)獲取的所述誤差，對所述預(yù)設(shè)相差估計(jì)值進(jìn)行更新。

在一個實(shí)施例中，本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償方法還包括：

對所述參考信號，以及進(jìn)行了頻偏補(bǔ)償和相位補(bǔ)償后的待補(bǔ)償信號進(jìn)行相位恢復(fù)。

在一個實(shí)施例中，本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償方法還包括：

根據(jù)相控陣天線導(dǎo)向矢量，獲取接收到的所述N路陣元信號的每一路信號的初始相位延遲系數(shù)；

獲取經(jīng)所述相位恢復(fù)后的N路信號的波達(dá)方向；

根據(jù)用戶星的角度信息，獲取估計(jì)方向和準(zhǔn)確方向的平均誤差；

根據(jù)所述平均誤差，更新相位延遲系數(shù)；

根據(jù)更新的相位延遲系數(shù)調(diào)整所述相位恢復(fù)中的延遲時間。

在一個實(shí)施例中，所述根據(jù)所述平均誤差，更新相位延遲系數(shù)的步驟包括：

將所述平均誤差與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較；

當(dāng)所述平均誤差大于或等于所述預(yù)設(shè)閾值時，更新所述相位延遲系數(shù)。

基于指向誤差的判決反饋方法使系統(tǒng)能動態(tài)的調(diào)整頻偏補(bǔ)償參數(shù)，改善多路信號間的相對頻偏，從而消除DBF指向周期性漂移，提高星下DBF指向精度。

關(guān)于上述實(shí)施例中的方法，其中各個步驟執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該系統(tǒng)的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說明。

本公開實(shí)施例的頻偏補(bǔ)償系統(tǒng)及方法，通過頻偏補(bǔ)償器和相位恢復(fù)模塊，其采用任一路信號作為參考信號，對其余通道進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，可改善由相對運(yùn)動和本振誤差產(chǎn)生的N路信號頻偏非一致性；采用通道頻偏補(bǔ)償器對多路信號進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，不需要中繼星發(fā)射導(dǎo)頻信號，減少了中繼星的發(fā)射功耗，提升了頻帶利用率；通道頻偏補(bǔ)償器利用頻偏估計(jì)算法和自適應(yīng)相位補(bǔ)償技術(shù)對通道頻偏進(jìn)行補(bǔ)償，其中頻偏估計(jì)算法能粗略估計(jì)出被補(bǔ)償通道與參考通道間的相對頻偏，自適應(yīng)相位補(bǔ)償技術(shù)則能消除殘留頻偏的影響，能有效降低通道間的相對頻偏；采用補(bǔ)償通道間相對頻偏的方式，可以在不影響DBF合成效果的同時降低實(shí)現(xiàn)難度；基于指向誤差的判決方法，實(shí)時估計(jì)波達(dá)方向與實(shí)際方向的誤差，動態(tài)調(diào)整相位延遲系數(shù)，使系統(tǒng)具有自適應(yīng)特性。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本公開的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本公開并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本公開的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本公開的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本公開的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。

此外，本公開的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本公開的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本公開所公開的內(nèi)容。