卫星通信信号处理方法、装置、电子设备及介质

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星通信信号处理方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

洪灾、地震、飓风等自然灾害和突发公共安全事件容易造成路基通信网络受损；同时，灾难发生后用户通信需求激增引发网络阻塞，甚至可能导致灾区通信中断。低轨卫星通信具有抗毁伤性、广泛覆盖性、备份性和机动灵活性等优势，在满足灾区救援工作高可靠通信需求、执行特殊通信保障任务等方面发挥不可替代的作用。对于区域性甚至全球性重大自然灾害造成的路基、空基通信网络全面瘫痪，卫星通信可能是唯一选择。考虑到地面终端发射功率有限、星地间障碍物遮挡、气象灾害导致路径损耗突增等诸多原因，单颗卫星的载荷能力通常难以维系上行链路的通信余量。加之救援单位、建制混乱且军民融合使得通信网络交叉、干扰严重，单星模式已然成为制约应急卫星通信系统能力提升的主要瓶颈。

低轨卫星星座系统卫星数众多，对于地球同一位置可实现多颗卫星覆盖；同时地面终端一般采用全向天线，发射信号可以被覆盖范围内的多颗卫星接收。因此，考虑多星协作分集接收方式，有效提高接收增益，纾解终端通信能力要求，改善上行链路可靠性。但分布式接收往往需要相干合并以保证上行业务数据段的正常解调和译码，而在线合并要求系统搭载星间链路，灾区附近卫星突发情况下未必具备条件；此外载荷资源受限，可能难以支持接收机完成全部信号处理工作。利用地面信关站强大的计算能力和实现效率，通过“星上缓存-地面计算”的策略可大幅降低载荷硬件开销，使弱功率信号多星联合接收成为可能。

然而为保障可靠链路传输，现有多星协作方案多基于深度直扩的波形体制，极高的扩频比和码片速率将大幅延长信号同步时间。此外，“星上缓存-地面计算”式多星协作系统由于将接收机的数字信号处理工作全部转移到地面执行，为此需要对扩频信号进行星上存储；根据香农采样定理，不断增加的信号带宽意味着更高的载荷缓存能力要求。随着扩频深度的指数级增长，星上存储资源将捉襟见肘。因此，需探索建立新的多星协作应急通信体制，在满足应急通信业务需求的同时，缓解载荷存储压力和资源消耗。

发明内容

本发明提供一种卫星通信信号处理方法、装置、电子设备及介质，用以解决现有技术中通信过程、尤其是恶劣环境下通信过程接收增益低、可靠性不足的缺陷，实现基于卫星的可靠通信。

本发明提供一种卫星通信信号处理方法，应用于地面终端，包括：

接收卫星导频信号，提取上行工作频段；

根据地面终端跳频图案，将本地信息转化为跳频上行业务信号；

根据上行工作频段发送跳频上行业务信号至卫星端，以使得卫星端能够根据卫星端跳频图案将所述跳频上行业务信号解跳，得到解跳信号并发送至信关站端译码为还原的本地信息作为信号处理结果；

所述地面终端跳频图案与卫星端跳频图案对应。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述根据地面终端跳频图案，将本地信息转化为跳频上行业务信号的步骤包括：

将本地信息经编码、星座映射、扩频后形成多个波形；

根据地面终端跳频图案，将多个波形以设定的时序调制到不同的频点。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述本地信息包括地面终端的位置信息和/或时钟信息。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述卫星通信信号处理方法还包括：

接收卫星端发送的完成信息；

所述完成信息为卫星端接收跳频上行业务信号完成后，发送的确认信息。

本发明还提供一种卫星通信信号处理方法，应用于卫星端，包括：

持续发射导频信号；

接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；

根据卫星端跳频图案完成跳频同步，并对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号；

将解跳信号发送至信关站端，以使得信关站端能够将解跳信号译码得到信号处理结果；

所述跳频上行业务信号为地面终端根据地面终端跳频图案，将本地信息转化得到的跳频上行业务信号；

所述卫星端跳频图案与地面终端跳频图案对应。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述根据卫星端跳频图案完成跳频同步的步骤包括：

根据地面终端位置信息和/或时钟信息，实时计算得到卫星端和地面终端间的传输延迟；

根据实时的卫星端和地面终端间的传输延迟，对设定的跳频图案进行时间统一补偿，完成位置信息辅助和/或时钟信息辅助的跳频同步。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号的步骤包括：

跳频同步状态下，将跳频上行业务信号中各频点的扩频信号经抽取滤波后存储，得到解跳信号。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述卫星端包括分集接收协议组中的多个卫星；所述分集接收协议组为信关站端根据地面终端的位置信息确定的，包括一个主星和至少一个从星的卫星组；

所述导频信号为主星发射的，包括频谱感知结果和预设终端位置信息的信号；

所述频谱感知结果为主星对设定频段内的电磁信号进行实时频谱感知得到的结果。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号的步骤包括：

接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；

跳频上行业务信号接收完成后，发送完成信息至地面终端。

本发明还提供一种卫星通信信号处理方法，应用于信关站端，包括：

接收卫星端中多个卫星发送的解跳信号；

分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到还原的地面终端本地信息作为信号处理结果；

所述解跳信号为卫星端通过卫星端跳频图案，将地面终端发送的跳频上行业务信号进行解跳得到的解跳信号；

所述跳频上行业务信号为地面终端根据地面终端跳频图案，将本地信息转化得到的跳频上行业务信号；

所述卫星端跳频图案对应于地面终端跳频图案。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述卫星通信信号处理方法还包括：

根据地面终端的位置信息，确定设定数量的卫星构建分集接收协议组，并设定一颗卫星为主星；

所述解跳信号为多个卫星通过用户链路接收的解跳信号；

所述用户链路为主星通过导频信号建立的地面终端至卫星的通信连接。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到还原的地面终端本地信息作为信号处理结果的步骤包括：

将多个卫星发送的解跳信号依次捕获、跟踪、解扩，得到多段符号级软信息；

针对每段符号级软信息，以设定方法进行参数预估；

根据参数预估结果，对每段符号级软信息进行权值确定；

对每段符号级软信息进行解调、译码，并根据权值分集合并，得到信号处理结果；

确定信号处理结果不满足设定的信噪比条件，则重复信号处理操作直至信号处理结果满足设定的信噪比条件或者达到设定的重复次数；

所述信号处理操作是指依次更新参数预估结果、更新权值确定结果、解调、译码、分集合并，得到信号处理结果；

所述参数包括符号级软信息的幅度和/或相位。

根据本发明提供的一种卫星通信信号处理方法，所述分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到还原的地面终端本地信息作为信号处理结果的步骤包括：

将多个卫星发送的解跳信号依次捕获、跟踪、解扩，得到多段符号级软信息；

将多段符号级软信息根据卫星来源设定为多个卫星软信息集合；

针对每个卫星软信息集合，以设定方法进行参数预估；

根据参数预估结果，对每个卫星软信息集合进行权值确定；

对每个卫星软信息集合进行解调、译码，并根据权值分集合并，得到信号处理结果；

确定信号处理结果不满足设定的信噪比条件，则重复信号处理操作直至信号处理结果满足设定的信噪比条件或者达到设定的重复次数；

所述信号处理操作是指依次更新参数预估结果、更新权值确定结果、解调、译码、分集合并，得到信号处理结果；

所述参数包括卫星软信息集合中符号级软信息的幅度和/或相位。

本发明还提供一种卫星通信信号处理装置，包括地面终端、卫星端以及信关站端；

所述地面终端能够：

接收卫星导频信号，提取上行工作频段；

根据地面终端跳频图案，将本地信息转化为跳频上行业务信号；

根据上行工作频段发送跳频上行业务信号至卫星端；

所述卫星端能够：

持续发射导频信号；

接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；

根据卫星端跳频图案完成跳频同步，并对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号；

将解跳信号发送至信关站端；

所述信关站端能够：

接收卫星端中多个卫星发送的解跳信号；

分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到还原的地面终端本地信息作为信号处理结果；

所述卫星端跳频图案对应于地面终端跳频图案。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述卫星通信信号处理方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述卫星通信信号处理方法的步骤。

本发明提供的卫星通信信号处理方法、装置、电子设备及介质，通过设定的跳频图案发送跳频上行业务信号，用跳频图案的伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，避免了现有技术基于深度直扩的波形体制带来的问题，适用于多星协作应急通信体制，能够在通信过程中、尤其是恶劣条件下的通信过程中，提高接收增益、改善上行链路可靠性，同时缓解终端通信能力要求和载荷存储压力，降低硬件资源消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的卫星通信信号处理方法应用于地面终端的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的卫星通信信号处理方法应用于卫星端的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的卫星通信信号处理方法应用于信关站端的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的分集接收协议组的示意图；

图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图4描述本发明的卫星通信信号处理方法。

如图1所示，本发明实施例提供一种卫星通信信号处理方法，应用于地面终端，包括：

步骤101，接收卫星导频信号，提取上行工作频段；

步骤102，根据地面终端跳频图案，将本地信息转化为跳频上行业务信号；

步骤103，根据上行工作频段发送跳频上行业务信号至卫星端，以使得卫星端能够根据卫星端跳频图案将所述跳频上行业务信号解跳，得到解跳信号并发送至信关站端译码为还原的本地信息作为信号处理结果；

所述地面终端跳频图案与卫星端跳频图案对应。

本实施例中，地面终端开机初始化，保持静默接收状态监听卫星导频，直至接收到卫星导频信号后进入步骤101；

卫星导频信号由单个卫星或分集接收协议组中的主星持续发射；其中分集接收协议组是由信关站根据地面终端位置信息设定的，包括一个主星和至少一个从星的卫星组；分集接收协议组中的卫星可以根据如下任一方法确定：

1、设定组内卫星数量M，选取与地面终端位置最近的M颗卫星作为分集接收协议组，并选取与地面终端位置最近的单颗卫星作为主星；

2、设定距离阈值，选取与地面终端距离在阈值内的卫星作为分集接收协议组，并选取与地面终端位置最近的单颗卫星作为主星。

信关站端获取地面终端位置信息的方法包括：

根据灾情位置、应急事件发生位置或者紧急通信需求位置，确定需要通信的位置范围；由导航卫星确定需要通信的位置范围内，所有地面终端的位置作为地面终端位置信息。

步骤103中，根据上行工作频段发送跳频上行业务信号至卫星端的具体实现步骤包括：

通过锁定主卫星导频信号，地面终端通过无干扰频段接入通信，发送跳频上行业务信号至卫星端；

无干扰频段的确定步骤如下。

单个卫星或分集接收协议组中的主星对指定频段内的环境电磁信号进行实时频谱感知，得到无干扰频段信息作为感知结果，并将感知结果加入导频。

本实施例的有益效果在于：

本实施例能够应用于应急事件所在地的卫星通信中。应急事件，如自然灾害（洪灾、地震、飓风等）、突发公共安全事件、紧急通信需求等发生时，往往伴随有路基通信网络受损或者未覆盖的情况，这种情况下，卫星通信具有抗毁伤性、广泛覆盖性、备份性和机动灵活性等优势，在满足灾区救援工作高可靠通信需求、执行特殊通信保障任务等方面发挥不可替代的作用。

但应急事件发生后，由于通信需求激增，卫星的载荷能力通常难以维系上行链路的通信余量；现有技术中，基于深度直扩的波形体制、极高的扩频比和码片速率将大幅延长信号同步时间。同时，不断增加的信号带宽意味着更高的载荷缓存能力要求。

随着扩频深度的指数级增长，星上存储资源将捉襟见肘。

本实施例通过设定的跳频图案发送跳频上行业务信号，用跳频图案的伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，避免了现有技术基于深度直扩的波形体制带来的问题，适用于多星协作应急通信体制，能够在通信过程中、尤其是恶劣条件下的通信过程中，提高接收增益、改善上行链路可靠性，同时缓解终端通信能力要求和载荷存储压力，降低硬件资源消耗。

根据上述实施例，在本实施例中：

所述根据地面终端跳频图案，将本地信息转化为跳频上行业务信号的步骤包括：

将本地信息经编码、星座映射、扩频后形成多个波形；

根据地面终端跳频图案，将多个波形以设定的时序调制到不同的频点。

本实施例中，由于多个波形是经扩频后形成的，每个频点上的波形携带1/N个比特的本地信息，故跳频速度快于信息速度，即本实施例采用的是快跳方案。

由于采用快跳方案，本实施例中的波形均为数字窄带扩频信号。

本实施例的有益效果在于：

通过采用快跳方案，进一步提升了通信过程中、尤其是恶劣环境下通信过程中的抗干扰能力，提高接收增益、改善上行链路可靠性。

根据上述任一实施例，在本实施例中：

所述本地信息包括地面终端的位置信息和/或时钟信息。

本实施例中，卫星端接收到地面终端的位置信息或时钟信息后，能够结合自身轨道信息，实时计算得到卫星端和地面终端间的传输延迟，并根据传输延迟对跳频图案进行时间统一补偿，完成位置信息辅助的跳频同步。

信关站端获取的地面终端位置信息用于为卫星端提供需求通信的位置范围或多个散点，以便卫星端以宽波束广播发送导频信号。由于宽波束广播发送的导频信号能够覆盖直径数百公里的范围，因此导频信号的广播不需要获得精确的地面终端位置信息。

而本实施例中，不同于信关站端获取的地面终端位置信息，地面终端根据上行工作频段发送地面终端的位置信息是确定唯一的。卫星端能够根据确定唯一的地面终端位置信息计算传输延迟，进而精确的对跳频图案进行补偿。

本实施例的有益效果在于：

地面终端通过发送精确唯一的位置信息，能够为卫星端的跳频图案补偿提供基础，使得卫星端能够基于位置信息辅助的跳频同步。

本实施例中，跳频同步的辅助手段不局限于位置计算，还可以通过时钟信息完成时钟信息辅助的跳频同步。

根据上述任一实施例，在本实施例中：

所述卫星通信信号处理方法还包括：

接收卫星端发送的完成信息；

所述完成信息为卫星端接收跳频上行业务信号完成后，发送的确认信息。

本实施例中，完成信息可以插播在导频信息当中，即卫星完成接收后，将确认收条（即完成信息）插播在导频中下发。

对于分集接收协议组的情况，只有主星发送导频信号，也只有主星下发确认收条（即完成信息）。

本实施例的有益效果在于：

本实施例通过完成信息的接收，能够使地面终端了解信号接收情况，为地面终端的用户，如受灾人员提供上行信息的发送结果。

如图2所示，本发明实施例还提供一种卫星通信信号处理方法，应用于卫星端，包括：

步骤201，持续发射导频信号；

步骤202，接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；

步骤203，根据卫星端跳频图案完成跳频同步，并对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号；

步骤204，将解跳信号发送至信关站端，以使得信关站端能够将解跳信号译码得到信号处理结果；

所述跳频上行业务信号为地面终端根据地面终端跳频图案，将本地信息转化得到的跳频上行业务信号；

所述卫星端跳频图案与地面终端跳频图案对应。

本实施例中，持续发射的导频信号是卫星到达地面终端上空后，根据预先配置的终端位置信息形成的宽波束。其中，预先配置的终端位置信息是信关站端获取的地面终端位置信息，其获取方法如下：

根据灾情位置、应急事件发生位置或者紧急通信需求位置，确定需要通信的位置范围；由导航卫星确定需要通信的位置范围内，所有地面终端的位置作为地面终端位置信息。

信关站端获取的地面终端位置信息用于为卫星端提供需求通信的位置范围或多个散点，以便卫星端以宽波束广播发送导频信号。由于宽波束广播发送的导频信号能够覆盖直径数百公里的范围，因此导频信号的广播不需要获得精确的地面终端位置信息。

也就是说，本实施例中，地面终端带有定位模块，导航卫星能够获知终端位置，并把位置信息发送到信关站端。信关站端根据获取的灾情位置、应急事件发生位置或者紧急通信需求位置，通过导航卫星定位灾区全部终端。

本实施例的有益效果在于：

本实施例能够应用于应急事件所在地的卫星通信中。应急事件，如自然灾害（洪灾、地震、飓风等）、突发公共安全事件、紧急通信需求等发生时，往往伴随有路基通信网络受损或者未覆盖的情况，这种情况下，卫星通信具有抗毁伤性、广泛覆盖性、备份性和机动灵活性等优势，在满足灾区救援工作高可靠通信需求、执行特殊通信保障任务等方面发挥不可替代的作用。

但应急事件发生后，由于通信需求激增，卫星的载荷能力通常难以维系上行链路的通信余量；现有技术中，基于深度直扩的波形体制、极高的扩频比和码片速率将大幅延长信号同步时间。同时，不断增加的信号带宽意味着更高的载荷缓存能力要求。

随着扩频深度的指数级增长，星上存储资源将捉襟见肘。

本实施例通过接收跳频上行业务信号，并根据跳频图案进行解跳，用跳频图案的伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，避免了现有技术基于深度直扩的波形体制带来的问题，适用于多星协作应急通信体制，能够在通信过程中、尤其是恶劣条件下的通信过程中，提高接收增益、改善上行链路可靠性，同时缓解终端通信能力要求和载荷存储压力，降低硬件资源消耗。

根据上述应用于卫星端的实施例，在本实施例中：

所述根据卫星端跳频图案完成跳频同步的步骤包括：

根据地面终端位置信息和/或时钟信息，实时计算得到卫星端和地面终端间的传输延迟；

根据实时的卫星端和地面终端间的传输延迟，对设定的跳频图案进行时间统一补偿，完成位置信息辅助和/或时钟信息辅助的跳频同步。

信关站端获取的地面终端位置信息用于为卫星端提供需求通信的位置范围或多个散点，以便卫星端以宽波束广播发送导频信号。由于宽波束广播发送的导频信号能够覆盖直径数百公里的范围，因此导频信号的广播不需要获得精确的地面终端位置信息。

而本实施例中，不同于信关站端获取的地面终端位置信息，地面终端根据上行工作频段发送地面终端的位置信息是确定唯一的。卫星端能够根据确定唯一的地面终端位置信息计算传输延迟，进而精确的对跳频图案进行补偿。

本实施例还可以进一步采用如下方案：

地面终端接收到以宽波束广播的导频信号后，先发送自身的位置信息到卫星端。卫星端根据地面终端发送的自身位置信息，以指向地面终端的凝视波束接收地面终端根据导频信号发送的、全向的跳频上行业务信号。随后根据地面终端发送的自身位置信息和卫星轨道信息进行时间统一补偿，完成位置信息辅助的跳频同步。

对于分集接收协议组的情况，主星获取地面终端发送的自身位置信息后，分集接收协议组内的所有卫星均通过指向地面终端的凝视波束接收地面终端根据导频信号发送的、全向的跳频上行业务信号。

本实施例的有益效果在于：

通过地面终端发送的精确唯一的位置信息，为卫星端的跳频图案补偿提供基础，使得卫星端能够基于位置信息辅助的跳频同步。

本实施例中，跳频同步的辅助手段不局限于位置计算，还可以通过时钟信息完成时钟信息辅助的跳频同步。

根据上述任一应用于卫星端的实施例，在本实施例中：

所述对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号的步骤包括：

跳频同步状态下，将跳频上行业务信号中各频点的扩频信号经抽取滤波后存储，得到解跳信号。

本实施例中，卫星载荷完成跳频同步后，将各跳内（即各频点）的数字窄带扩频信号依次搬移到基带进行抽取滤波，实现高速数据流的降速处理，并将抽取后的低速数据流进行分段存储

更具体地，各频点扩频信号依跳频图案搬移到基带得到解跳信号，解跳信号经过抗混叠低通滤波和抽取，形成采样速率不低于两倍带宽的抽样信号。

根据奈奎斯特提出的采样定理可知，采样速率的阈值，即不低于两倍带宽，能够保证信号的无失真传输。

本实施例的有益效果在于：

本实施例能够在保证信号无失真传输的基础上，缓解载荷存储压力和资源消耗。

根据上述任一应用于卫星端的实施例，在本实施例中：

所述卫星端包括分集接收协议组中的多个卫星；所述分集接收协议组为信关站端根据地面终端的位置信息确定的，包括一个主星和至少一个从星的卫星组；

所述导频信号为主星发射的，包括频谱感知结果和预设终端位置信息的信号；

所述频谱感知结果为主星对设定频段内的电磁信号进行实时频谱感知得到的结果。

本实施例中，分集接收协议组中的卫星可以根据如下任一方法确定：

1、设定组内卫星数量M，选取与地面终端位置最近的M颗卫星作为分集接收协议组，并选取与地面终端位置最近的单颗卫星作为主星；

2、设定距离阈值，选取与地面终端距离在阈值内的卫星作为分集接收协议组，并选取与地面终端位置最近的单颗卫星作为主星。

信关站端获取地面终端位置信息的方法包括：

根据灾情位置、应急事件发生位置或者紧急通信需求位置，确定需要通信的位置范围；由导航卫星确定需要通信的位置范围内，所有地面终端的位置作为地面终端位置信息。

本实施例中，频谱感知结果包括无干扰频段。

无干扰频段的确定步骤如下。

单个卫星或分集接收协议组中的主星对指定频段内的环境电磁信号进行实时频谱感知，得到无干扰频段信息作为感知结果，并将感知结果加入导频信号。

本实施例的有益效果在于：

本实施例通过多星协同系统，配合星上预处理-星上缓存-地面计算的技术特征，突破大动态、低信噪比环境下极高扩频比导致载荷存储能力不足的技术瓶颈，可大幅降低载荷硬件开销，使弱功率信号多星联合接收成为可能。

根据上述任一应用于卫星端的实施例，在本实施例中：

所述接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号的步骤包括：

接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；

跳频上行业务信号接收完成后，发送完成信息至地面终端。

本实施例中，完成信息可以插播在导频信息当中，即卫星完成接收后，将确认收条（即完成信息）插播在导频中下发。

对于分集接收协议组的情况，只有主星发送导频信号，也只有主星下发确认收条（即完成信息）。

本实施例的有益效果在于：

本实施例通过完成信息的接收，能够使地面终端了解信号接收情况，为地面终端的用户，如受灾人员提供上行信息的发送结果。

如图3所示，本发明实施例还提供一种卫星通信信号处理方法，应用于信关站端，包括：

步骤301，接收卫星端中多个卫星发送的解跳信号；

步骤302，分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到还原的地面终端本地信息作为信号处理结果；

所述解跳信号为卫星端通过卫星端跳频图案，将地面终端发送的跳频上行业务信号进行解跳得到的解跳信号；

所述跳频上行业务信号为地面终端根据地面终端跳频图案，将本地信息转化得到的跳频上行业务信号；

所述卫星端跳频图案对应于地面终端跳频图案。

本实施例是基于分集接收协议组的实施例。

分集接收协议组内各星在对接收信号完成解跳操作后，得到分段存储的窄带扩频信号；再将其通过馈电链路下发给地面信关站。地面处理中心（即信关站端）从多个相互独立而承载相同信息的支路获得接收信号，可获得分集处理增益并提高信噪比。

本实施例的有益效果在于：

通过设定的跳频图案发送跳频上行业务信号，用跳频图案的伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，避免了现有技术基于深度直扩的波形体制带来的问题，适用于多星协作应急通信体制，能够在通信过程中、尤其是恶劣条件下的通信过程中，提高接收增益、改善上行链路可靠性，同时缓解终端通信能力要求和载荷存储压力，降低硬件资源消耗。

另外，本实施例基于分集接收协议组实现多星协同，配合星上预处理-星上缓存-地面计算的技术特征，突破大动态、低信噪比环境下极高扩频比导致载荷存储能力不足的技术瓶颈，可大幅降低载荷硬件开销，使弱功率信号多星联合接收成为可能。

根据上述任一应用于信关站端的实施例，在本实施例中：

所述卫星通信信号处理方法还包括：

根据地面终端的位置信息，确定设定数量的卫星构建分集接收协议组，并设定一颗卫星为主星；

所述解跳信号为多个卫星通过用户链路接收的解跳信号；

所述用户链路为主星通过导频信号建立的地面终端至卫星的通信连接。

本实施例中，分集接收协议组中的卫星可以根据如下任一方法确定：

1、设定组内卫星数量M，选取与地面终端位置最近的M颗卫星作为分集接收协议组，并选取与地面终端位置最近的单颗卫星作为主星；

2、设定距离阈值，选取与地面终端距离在阈值内的卫星作为分集接收协议组，并选取与地面终端位置最近的单颗卫星作为主星。

信关站端获取地面终端位置信息的方法包括：

根据灾情位置、应急事件发生位置或者紧急通信需求位置，确定需要通信的位置范围；由导航卫星确定需要通信的位置范围内，所有地面终端的位置作为地面终端位置信息。

本实施例中用户链路的建立是基于主星完成的，即导频信号的发送仅由主星完成。

本实施例的有益效果在于：

本实施例通过多星协同系统，配合星上预处理-星上缓存-地面计算的技术特征，突破大动态、低信噪比环境下极高扩频比导致载荷存储能力不足的技术瓶颈，可大幅降低载荷硬件开销，使弱功率信号多星联合接收成为可能。

根据上述任一应用于信关站端的实施例，在本实施例中提供了两种基于权值的分集合并方案，即基于分段的分集合并和基于卫星的分集合并。

基于分段的分集合并方案中：

所述分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到信号处理结果的步骤包括：

将多个卫星发送的解跳信号依次捕获、跟踪、解扩，得到多段符号级软信息；

针对每段符号级软信息，以设定方法进行参数预估；

根据参数预估结果，对每段符号级软信息进行权值确定；

对每段符号级软信息进行解调、译码，并根据权值分集合并，得到信号处理结果；

确定信号处理结果不满足设定的信噪比条件，则重复信号处理操作直至信号处理结果满足设定的信噪比条件或者达到设定的重复次数；

所述信号处理操作是指依次更新参数预估结果、更新权值确定结果、解调、译码、分集合并，得到信号处理结果；

所述参数包括符号级软信息的幅度和/或相位。

基于卫星的分集合并方案中：

所述分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到信号处理结果的步骤包括：

将多个卫星发送的解跳信号依次捕获、跟踪、解扩，得到多段符号级软信息；

将多段符号级软信息根据卫星来源设定为多个卫星软信息集合；

针对每个卫星软信息集合，以设定方法进行参数预估；

根据参数预估结果，对每个卫星软信息集合进行权值确定；

对每个卫星软信息集合进行解调、译码，并根据权值分集合并，得到信号处理结果；

确定信号处理结果不满足设定的信噪比条件，则重复信号处理操作直至信号处理结果满足设定的信噪比条件或者达到设定的重复次数；

所述信号处理操作是指依次更新参数预估结果、更新权值确定结果、解调、译码、分集合并，得到信号处理结果；

所述参数包括卫星软信息集合中符号级软信息的幅度和/或相位。

本实施例提供的两种方案，即基于分段的分集合并和基于卫星的分集合并，有部分相同之处：

地面信关站首先对分集接收的各支路窄带扩频信号进行载波/伪码初始同步、跟踪、解扩，得到按跳分段的符号级软信息；将所有支路的符号级软信息进行解调、译码后的数据流按照一定权值进行分集合并。

其中，对分集接收的各支路窄带扩频信号进行载波/伪码初始同步的步骤即为捕获步骤。

本实施例中，权值更新的步骤包括：

基于拉格朗日对偶或元启发算法对各分段信号权值进行更新。

因此本实施例中权值的更新是不断优化的，信号处理结果在迭代过程中，信噪比逐次优化，直至满足设定的信噪比条件。

本实施例的有益效果在于：

本实例通过迭代优化信号处理结果的信噪比，能够提供更为可靠的通信效果，在满足应急通信业务需求的同时，缓解载荷存储压力和资源消耗。

下面将对本发明实施例提供的方法做总体的说明。

本发明实施例立足于特殊区域弱功率用户低互扰、高可靠应急通信需求，结合高带宽弱上行信号的星座分布式接收应用背景，提出一种基于“星上预处理-缓存-地面计算”的多星协作应急通信体制，突破大动态、低信噪比环境下极高扩频比导致载荷存储能力不足的技术瓶颈。

根据上述任一实施例，在本实施例中：

地面终端以有限的发射功率发送应急信息，经过星地之间的传输链路损耗，单星接收信号功率不足以完成数据解调和译码。而当地面终端附近存在同频段信号干扰时，星载接收环境将更加恶劣。本发明提供一种基于“星上预处理-缓存-地面计算”的多星协作应急通信体制，以提高接收增益，改善上行链路可靠性，同时缓解终端通信能力要求和载荷存储压力，降低硬件资源消耗。

首先需要解决如何在网络中组织分集接收协议组的问题，即对于某个终端选择哪些卫星组成一个分集接收协议组，而这与星座构型、终端位置和覆盖卫星位置等有关，需要根据终端与卫星仰角、覆盖时间等信息进行选星。多星协作分集接收构建过程发生在地面终端初始接入阶段，即在网络中没有协作模式存在的初始化状态时如何组织协议组。

考虑到环境电磁信号可能影响应急信号的可靠接收，需要对选定频段内的环境电磁信号进行实时感知，并通过星地链路实现空闲信道的信息交互。本发明基于最大仰角进行接入选择：用户相对于卫星的仰角越大则离卫星越近，反之则越远。因此最大仰角接入选择等同于最短距离接入算法。用户终端产生呼叫时，若有多个卫星同时覆盖当前呼叫用户，卫星对覆盖其所有卫星与其距离进行排序，最先选择离其最近的M颗卫星并分别判断是否有空闲信道，若有则接入该卫星。若无空闲信道，则继续寻找其它覆盖卫星中距离其最近的卫星。如此始终选择距离用户终端最近且有空闲信道的M颗卫星构成分集接收协议组，其中距离最近的一颗作为主星。

分集接收协议组构建后，组内各卫星与地面终端进行星地通信。预约接入模式下，卫星已知通信终端位置和上传流程大致启动时间，可以在终端发送上行数据业务前为终端分配凝视窄波束。每颗卫星与地面终端的通信流程相同，具体流程如下：

1.如图4所示，设定低轨星座参数如下：Walker星座，轨道倾角90°，16条轨道，每条轨道16颗卫星，轨道高度500km，卫星半俯角55°，终端最小仰角15°，则星座系统中可见星数为M=4颗，卫星过境时间约为3.7min。

2.各星地上行用户链路工作在L频段，跳速1000hops/s，每比特信息使用64跳传输，信息速率15.625bps，64个可用频点，各频点上窄带扩频信号扩频比256，码片速率256kHz，带宽312.5kHz，跳频总带宽20MHz。

3.地面终端开机初始化，保持静默接收状态监听卫星导频。

4.选择距离用户终端所在区域最近的4颗卫星构建分集接收协议组（图1），其中距离最近的一颗为主星（图1中卫星C）；主星对L频段内的环境电磁信号进行实时频谱感知，并将感知结果加入导频。

5.主星持续发射导频信号，到达终端上空后，根据预先配置的终端位置信息，形成凝视窄波束；地面终端收到导频信号后，提取上行工作频段，同时通过锁定主卫星导频信号，终端通过无干扰频段接入。

6.地面终端发射上行业务信号，同时携带基于北斗或GPS定位获取的自身位置信息；分集接收协议组内的卫星以40MHz采样率对其进行AD采集转换为相同速率的高速数字信号；同时结合自身轨道信息，实时计算出星地之间传输延迟，将跳同步误差补偿到1μs（千分之一跳）以内。

7.载荷完成跳同步后，各跳内数字窄带扩频信号经过数字解跳和基带滤波产生采样率40MHz、带宽312.5kHz的高速数据流，对其进行64倍抽取，得到625kHz的低速数据流，实现高速数据流的降速处理，并将抽取后的低速数据流进行分段存储，所需存储深度为625kHz*2*2Byte*3.7min=555MB，是现有基于深度直扩波形的应急通信体制所需存储深度（40MHz*2*2Byte*3.7min=35.52GB）的1/64（存储需求与原有体制相比减少了98.44%）。主卫星完成接收后，将确认收条插播在导频中下发。

8.分集接收协议组内各星在对接收信号完成解跳操作后，得到分段存储的窄带扩频信号；再将其通过馈电链路下发给地面信关站。地面处理中心从多个相互独立而承载相同信息的支路获得接收信号，可获得分集处理增益并提高信噪比。

9.地面信关站首先对分集接收的各支路窄带扩频信号进行载波/伪码初始同步、跟踪解扩，得到256段的符号级软信息（4条支路，每条按跳分段共64段）；将这256段符号级软信息进行解调、译码后的数据流按照一定权值进行分集合并；在分集合并之前，对每段信号分别进行参数估计，并根据估计结果更新复数权值，然后再次解调和译码，如此循环往复，直到系统输出信噪比最佳。

下面对本发明提供的卫星通信信号处理装置进行描述，下文描述的卫星通信信号处理装置与上文描述的卫星通信信号处理方法可相互对应参照。

本发明实施例还提供一种卫星通信信号处理装置，包括地面终端、卫星端以及信关站端；

所述地面终端能够：

接收卫星导频信号，提取上行工作频段；

根据地面终端跳频图案，将本地信息转化为跳频上行业务信号；

根据上行工作频段发送跳频上行业务信号至卫星端；

所述卫星端能够：

持续发射导频信号；

接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；

根据卫星端跳频图案完成跳频同步，并对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号；

将解跳信号发送至信关站端；

所述信关站端能够：

接收卫星端中多个卫星发送的解跳信号；

分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到还原的地面终端本地信息作为信号处理结果；

所述卫星端跳频图案对应于地面终端跳频图案。

本实施例的有益效果在于：

通过设定的跳频图案发送跳频上行业务信号，用跳频图案的伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，避免了现有技术基于深度直扩的波形体制带来的问题，适用于多星协作应急通信体制，能够在通信过程中、尤其是恶劣条件下的通信过程中，提高接收增益、改善上行链路可靠性，同时缓解终端通信能力要求和载荷存储压力，降低硬件资源消耗。

图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行卫星通信信号处理方法，该方法包括：

应用于地面终端：接收卫星导频信号，提取上行工作频段；根据上行工作频段和设定的跳频图案发送跳频上行业务信号至卫星端；

应用于卫星端：持续发射导频信号；接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；根据设定的跳频图案完成跳频同步，并对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号；将解跳信号发送至信关站端；

应用于信关站端：接收卫星端中多个卫星发送的解跳信号；分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到信号处理结果。

此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的卫星通信信号处理方法，该方法包括：

应用于地面终端：接收卫星导频信号，提取上行工作频段；根据上行工作频段和设定的跳频图案发送跳频上行业务信号至卫星端；

应用于卫星端：持续发射导频信号；接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；根据设定的跳频图案完成跳频同步，并对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号；将解跳信号发送至信关站端；

应用于信关站端：接收卫星端中多个卫星发送的解跳信号；分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到信号处理结果。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的卫星通信信号处理方法，该方法包括：

应用于地面终端：接收卫星导频信号，提取上行工作频段；根据上行工作频段和设定的跳频图案发送跳频上行业务信号至卫星端；

应用于卫星端：持续发射导频信号；接收地面终端根据导频信号发送的跳频上行业务信号；根据设定的跳频图案完成跳频同步，并对跳频上行业务信号进行解跳，得到解跳信号；将解跳信号发送至信关站端；

应用于信关站端：接收卫星端中多个卫星发送的解跳信号；分别将多个卫星发送的解跳信号经解扩、解调、译码后，根据设定的权值进行分集合并，得到信号处理结果。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。