文章摘要
刘垚圻* ** ***,李红光* **,石晶林* **,周一青* **,张杰坦***,吴志强****.基于混合预测的低轨卫星多普勒频偏预补偿[J].高技术通讯(中文),2023,33(6):559~567
基于混合预测的低轨卫星多普勒频偏预补偿
Doppler frequency offset pre-compensation algorithm based on mixed forcast for LEO satellite communications
  
DOI:10. 3772/ j. issn. 1002-0470. 2023. 06. 001
中文关键词: 低轨(LEO)卫星; 多普勒频偏; 神经网络; 预补偿
英文关键词: low earth orbit (LEO) satellite, Doppler offset, neural network, pre-compensation
基金项目:
作者单位
刘垚圻* ** *** (*中国科学院计算技术研究所北京 100190) (**中国科学院大学北京 100049) (***中科南京移动通信与计算创新研究院南京 211135) (****中国空间技术研究院北京 100094) 
李红光* ** (*中国科学院计算技术研究所北京 100190) (**中国科学院大学北京 100049) (***中科南京移动通信与计算创新研究院南京 211135) (****中国空间技术研究院北京 100094) 
石晶林* ** (*中国科学院计算技术研究所北京 100190) (**中国科学院大学北京 100049) (***中科南京移动通信与计算创新研究院南京 211135) (****中国空间技术研究院北京 100094) 
周一青* ** (*中国科学院计算技术研究所北京 100190) (**中国科学院大学北京 100049) (***中科南京移动通信与计算创新研究院南京 211135) (****中国空间技术研究院北京 100094) 
张杰坦*** (*中国科学院计算技术研究所北京 100190) (**中国科学院大学北京 100049) (***中科南京移动通信与计算创新研究院南京 211135) (****中国空间技术研究院北京 100094) 
吴志强**** (*中国科学院计算技术研究所北京 100190) (**中国科学院大学北京 100049) (***中科南京移动通信与计算创新研究院南京 211135) (****中国空间技术研究院北京 100094) 
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中文摘要:
      低轨(LEO)卫星高动态特性导致多普勒频偏,加大了接收端的信号恢复难度。针对低轨卫星通信系统的多普勒频偏问题,本文提出基于混合预测的低轨卫星多普勒频偏预补偿(MF-DPC)算法,通过神经网络和线性拟合实现对轨道参数的混合预测,使用预测的轨道参数和传统轨道外推算法计算相对位置和速度,最后得到多普勒频偏,实现多普勒频偏预补偿。仿真结果表明,基于混合预测的低轨卫星多普勒频偏预补偿算法比基于TwoBody、J2和J4轨道外推预补偿算法的有效频偏占比提高60%以上;比基于简化常规摄动模型(SGP4)预补偿算法运算时间降低近10倍。基于混合预测的低轨卫星多普勒频偏预补偿算法为终端同步接入提供了快速可靠的预补偿机制。
英文摘要:
      The Doppler frequency offset caused by the high dynamic characteristics of low earth orbit (LEO) satellites increases the difficulty of signal recovery at the receiving terminal. Aiming at the Doppler frequency offset problem of LEO satellite communication systems, a mixed forcast Doppler pre compensation (MF-DPC) algorithm is proposed. The mixed forcast of orbit parameters is realized through neural network and linear fitting. The predicted orbit parameters and traditional algorithms are used to extrapolate the orbit to get the relative position and velocity. Finally, the value of Doppler frequency offset pre-compensation is predicted. The simulation results show that the effective frequency offset ratio of MF-DPC algorithm is 60% higher than that of comparison algorithms which are based on TwoBody model, J2 model and J4 model, and it is 10% lower than that of the algorithm based on the simplified general perturbation (SGP4) model. But its computation time is reduced by almost 10 times compared with the algorithm based on SGP4. It can be seen that MF-DPC provides a fast and reliable pre compensation mechanism for terminal synchronous access.
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