阅读说明：本技术 一种非相干测量体制测距设备多普勒动态补偿方法 (Doppler dynamic compensation method for ranging equipment of incoherent measurement system ) 是由 杨克元 韩小娟 石伟 王健欢 李静澜 于 2020-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种非相干测量体制测距设备多普勒动态补偿方法,在非相干测量、测控数传一体化等体制下,地面测量设备在上行测量信号存在多普勒动态时,对测距结果的有效补偿。通过帧头发送时刻与上行采样时刻期间,对扩频码码片时间的积分,得到上行采样时刻的真实值,从而消除了多普勒动态对测距值的影响。该方法结构简单,易于实现,具有新颖性；该方法能够很好地应用于地面测量设备,采用本发明,可以提高多普勒动态下测距值解算的时效性和可靠性。(The invention provides a Doppler dynamic compensation method for ranging equipment of an incoherent measurement system, which is used for effectively compensating a ranging result when Doppler dynamic exists in an uplink measurement signal of ground measurement equipment under an incoherent measurement system, measurement and control data transmission system and other systems. The actual value of the uplink sampling moment is obtained by integrating the chip time of the spread spectrum code during the frame header sending moment and the uplink sampling moment, so that the influence of Doppler dynamics on the ranging value is eliminated. The method has simple structure, easy realization and novelty; the method can be well applied to ground measuring equipment, and by adopting the method, the timeliness and the reliability of calculating the ranging value under the Doppler dynamic state can be improved.)

一种非相干测量体制测距设备多普勒动态补偿方法

技术领域

本发明涉及一种非相干测量体制测距设备多普勒动态补偿方法，属于非相干测距体制技术领域。

背景技术

非相干测距体制中，星上设备(一般为测控应答机)将采样后的上行测量帧相位信息填充到下行测量帧中进行下发，地面设备接收并提取下行测量帧中的上行测量帧采样信息，结合该采样信息，以及测量出的伪距值，可以计算出含星上设备零值的距离值。

测量星上设备测距性能时，除了测试静态(无多普勒频偏或固定多普勒频偏)下的性能，还需要测试动态(多普勒扫频)下的性能。由于地面测试时，星上设备发射的下行信号无多普勒频偏，因此，当上行信号增加多普勒动态时，测量出的测距值会叠加相应的多普勒动态，这种情况下，难以统计测距值的抖动，因此需要在地面测试设备中消除多普勒动态的影响后再进行测距值的统计。

地面测试设备传统的多普勒补偿方法为：使用本地生成的多普勒动态波形，匹配接收到的采样信息。该方法初始匹配时间长，运算量大，且会随着测试设备和星上设备的钟差，产生具有累积效应的偏差。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种非相干测量体制测距设备多普勒动态补偿方法，地面测量设备在上行测量信号存在多普勒动态时，对测距结果进行有效补偿。

本发明的技术解决方案是：一种非相干测量体制测距设备多普勒动态补偿方法，该方法包括如下步骤：

(1)、地面测量设备在发送上行测量帧时，实时存储多普勒动态信号波形，所述多普勒动态信号波形的横坐标为码片个数，纵坐标为码片周期，反映了多普勒动态变化对伪码周期的影响；

(2)、地面测量设备在发送上行测量帧信号时，索引多普勒动态信号波形，得到帧头起始时刻对应的码片数P和帧头起始时刻对应的叠加多普勒动态之后的信号码片周期；

(3)、测控应答机对上行测量帧进行采样，得到采样信息并将该采样信息通过下行测量帧反馈至地面测量设备，所述采样信息包括采样时刻对应的比特数、伪码周期数和伪码相位信息；

(4)、地面测量设备接收测控应答机反馈的对上行测量帧的采样信息之后，将采样信息转换以码片个数为单位的数值，记做下行测量帧发射时刻T；

(5)、计算采样信息发射时刻相对于帧头起始时刻由于多普勒动态信号引起的时间差，所述时间差表示为以伪码码片数为单位的数值φ_up1；

(6)、将采样信息发射时刻相对于帧头起始时刻由于多普勒动态信号引起的时间差代入如下公式，得到地面测量设备与测控应答机之间的距离R

其中：φ_up2为地面测量设备测出的从上行测量信号发送时刻到下行测量信号接收时刻之间的时间差，包括星地之间的空间时延，星上产品和地面设备内部时延，单位为测量伪码码片，R_PN为测量伪码码片周期，c为光速，∑τ_cud为星地测控系统中测距链路上除了星地之间的空间时延，星上产品和地面设备内部时延之外的链路时延。

所述实时储的存储多普勒动态信号波形W的长度至少为n个伪码周期,n满足如下条件：

其中，D为地面测量设备与测控应答机之间的最大距离，为向上取整运算。

所述步骤(3)计算采样信息发射时刻相对于帧头起始时刻由于多普勒动态信号引起的时间差的具体方法为：

在多普勒动态信号波形中，对帧头起始时刻对应的码片数P到采样信息发射时刻T之间的伪码周期进行积分，得到采样信息发射时刻相对于帧头起始时刻由于多普勒动态信号引起的时间差所对应的以伪码码片数为单位的数值φ_up1。

所述存储多普勒动态信号波形W的横坐标分辨率Δf_x与星上设备伪码NCO所采用的位数N和工作时钟频率Fclk有关，具体关系如下：

所述存储多普勒动态信号波形W的纵坐标分辨率Δf_y与地面设备伪码NCO所采用的位数M和工作时钟频率Fclk_g有关，具体关系如下：

本发明提供的另一个技术解决方案是：提供一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现第一个技术方案所述方法的步骤。

本发明提供的又一个技术解决方案是：提供一种终端设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器中可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述的计算机程序时实现第一个技术方案所述方法的步骤。

本发明与现有技术相比带来的有益效果为：

(1)、本发明通过帧头发送时刻与上行采样时刻期间，对扩频码码片时间的积分，得到上行采样时刻的真实值，从而消除了多普勒动态对测距值的影响；

(2)、本发明每一个测量帧数据都可以计算出一个距离值，不需要经过长时间的波形匹配，时效性好：；

(3)、与传统方法相比，本发明提出的方法对星上设备和测量设备的钟差不敏感，不存在由钟差导致的匹配误差，无累积误差：；

(4)、本发明只需要存储多普勒动态波形，并进行积分运算即可求出上行测量帧采样时刻对应的真实时间，运算量小、实现简单。

(5)、本发明能够很好地应用于地面测量设备，采用本发明，可以提高多普勒动态下测距值解算的时效性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例上行测量帧真实采样时间积分过程；

图2为本发明实施例在某型号中的实测结果；

图3为本发明实施例处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提供了一种非相干测量体制测距设备多普勒动态补偿方法，该方法包括如下步骤：

(1)、地面测量设备在发送上行测量帧时，实时存储多普勒动态信号波形，如图2所示，所述多普勒动态信号波形的横坐标为码片个数，纵坐标为码片周期，反映了多普勒动态变化对伪码周期的影响；

为了确保所存储的数据长度能够满足单次测量的时间要求，所述实时储的存储多普勒动态信号波形W的长度至少为n个伪码周期,n满足如下条件：

其中，D为地面测量设备与测控应答机之间的最大距离，为向上取整运算。

为了减小多普勒动态引起的时间积分误差，所述存储多普勒动态信号波形W的横坐标分辨率Δf_x与星上设备伪码NCO所采用的位数N和工作时钟频率Fclk有关，具体关系如下：

所述存储多普勒动态信号波形W的纵坐标分辨率Δf_y与地面设备伪码NCO所采用的位数M和工作时钟频率Fclk_g有关，具体关系如下：

(2)、地面测量设备在发送上行测量帧信号时，索引多普勒动态信号波形，得到帧头起始时刻对应的码片数P和帧头起始时刻对应的叠加多普勒动态之后的信号码片周期；

(3)、测控应答机对上行测量帧进行采样，得到采样信息并将该采样信息通过下行测量帧反馈至地面测量设备，所述采样信息包括采样时刻对应的比特数、伪码周期数和伪码相位信息；

(4)、地面测量设备接收测控应答机反馈的对上行测量帧的采样信息之后，将采样信息转换以码片个数为单位的数值，记做下行测量帧发射时刻T；

(5)、计算采样信息发射时刻相对于帧头起始时刻由于多普勒动态信号引起的时间差，所述时间差表示为以伪码码片数为单位的数值φ_up1；

计算采样信息发射时刻相对于帧头起始时刻由于多普勒动态信号引起的时间差的具体方法为：

在多普勒动态信号波形中，对帧头起始时刻对应的码片数P到采样信息发射时刻T之间的伪码周期进行积分，得到采样信息发射时刻相对于帧头起始时刻由于多普勒动态信号引起的时间差所对应的以伪码码片数为单位的数值φ_up1。

(6)、将采样信息发射时刻相对于帧头起始时刻由于多普勒动态信号引起的时间差代入如下公式，得到地面测量设备与测控应答机之间的距离R

其中：φ_up2为地面测量设备测出的从上行测量信号发送时刻到下行测量信号接收时刻之间的时间差，包括星地之间的空间时延，星上产品和地面设备内部时延，单位为测量伪码码片，R_PN为测量伪码码片周期，c为光速，∑τ_cud为星地测控系统中测距链路上除了星地之间的空间时延，星上产品和地面设备内部时延之外的链路时延，包括电缆时延、天线时延等，该时延可在地面进行标校。

如图3所示，地面测试设备发送正弦形式的多普勒信号，经过星上测控应答机处理转发后，地面测试设备采用本发明的方法对测控应答机反馈的信号的多普勒进行动态补偿，补偿后消除了多普勒对测距的影响，得到比较稳定的测距值。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照本发明的实施例的方法、系统、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入处理器或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框中一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。