有的非高速VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端可以用于二維或三維高速運(yùn)動(dòng)的高鐵或飛機(jī)的寬帶 衛(wèi)星通信。
[0035] 請(qǐng)參閱圖1所示，其中，服務(wù)器或嵌入式系統(tǒng)主要執(zhí)行以下步驟：
[0036] 步驟S110,從GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)獲取k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)的經(jīng)度、煒度和高度 數(shù)據(jù)；
[0037] 步驟S120,根據(jù)高鐵或飛機(jī)的經(jīng)度、煒度和高度數(shù)據(jù)計(jì)算高鐵或飛機(jī)k時(shí)刻在地心 坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xak、YdP Zak;
[0038] 步驟S130,計(jì)算通信衛(wèi)星k時(shí)刻在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xsk、Ysk和Zsk;
[0039] 步驟S140,根據(jù)k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xak、Yak和Zak和通信衛(wèi)星在 地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xsk、Ysk和Zsk計(jì)算k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)到通信衛(wèi)星的矢徑Rk;
[0040]步驟S150,利用差分法，根據(jù)k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)到通信衛(wèi)星的矢徑Rk計(jì)算k時(shí)刻高 鐵或飛機(jī)相對(duì)通信衛(wèi)星的徑向速度V;
[0041 ] 步驟S160，通過(guò)式(1-1)計(jì)算k時(shí)刻的多普勒頻率Fd:
[0042] Fd=(V/C)Fo (1-1)
[0043] 其中，C為光速，F(xiàn)o為信號(hào)中心頻率;以及
[0044]步驟S170,將k時(shí)刻的多普勒頻率Fd輸送至VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端。
[0045] 其中，在步驟S120中，根據(jù)高鐵或飛機(jī)的經(jīng)度、煒度和高度數(shù)據(jù)計(jì)算高鐵或飛機(jī)k 時(shí)刻在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xak、Yak和Zak是通過(guò)式(1_2)、式(1-3)和式(1 -4)計(jì)算得到：
[0046] Xak= (p+Hk)cos ΦkcosAk (1-2)
[0047] Yak= (P+Hk)cos ?HsinAk (1-3)
[0048] Zak= ((l-e2)p+Hk)sin Φ k (1~4)
[0049] 其中，AAk時(shí)刻高鐵或飛機(jī)的經(jīng)度，(i>k為k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)的煒度，Hk為k時(shí)刻高 鐵或飛機(jī)的高度，P為煒度Φ k處地球的曲率半徑，是通過(guò)式(1-5)計(jì)算得到：
[0050] p = a/(l-e2sin2 Φ k)1/2 (1~5)
[0051 ] 其中，a為地心坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)橢球的長(zhǎng)半徑，e為地心坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)橢球的第一偏心率。
[0052] 在步驟S130中，計(jì)算通彳目衛(wèi)星k時(shí)刻在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xsk、Yak和Zsk是通過(guò)式（1_ 6)、式(1-7)和式(1-8)計(jì)算得到：
[0056]其中，Hs為通信衛(wèi)星距離地球表面的高度，為36000千米;λ為通信衛(wèi)星所在的經(jīng) 度，由衛(wèi)星操作商提供，也可以在任意業(yè)內(nèi)文獻(xiàn)查詢，例如：對(duì)于亞洲7號(hào)衛(wèi)星，λ為東經(jīng) 105 · 5 度。
[0057] 在步驟S140中，根據(jù)k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xak、Yak和Zak和通信衛(wèi) 星在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xsk、Ysk和Zsk計(jì)算k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)到通信衛(wèi)星的矢徑Rk是通過(guò)式 (1-9)計(jì)算得到：
[0059]步驟S150,利用差分法，根據(jù)高鐵或飛機(jī)到通信衛(wèi)星的矢徑Rk計(jì)算k時(shí)刻高鐵或飛 機(jī)相對(duì)通信衛(wèi)星的徑向速度V包括：
[0060] 步驟S151，重復(fù)步驟3110至3140，計(jì)算1^+1時(shí)刻高鐵或飛機(jī)到通信衛(wèi)星的矢徑1^+1 ; 及
[0061] 步驟S152,通過(guò)式(1-10)計(jì)算k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)相對(duì)通信衛(wèi)星的徑向速度V:及
[0062] V=(Rk+i-Rk)/T (1-10)
[0063] 其中，T為k+1時(shí)刻與k時(shí)刻的時(shí)間差。
[0064]如圖1所示，本發(fā)明在步驟SI 10后還包括:步驟SI IOa，對(duì)從GPS接收機(jī)或北斗接收 機(jī)獲取的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析及濾波，其中濾波是采用截?cái)嗍娇柭鼮V波的方法，這 樣既可以有效剔除隨機(jī)誤差，又可以正確識(shí)別外部動(dòng)力學(xué)擾動(dòng)造成的顛簸，從而精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn) 多普勒補(bǔ)償。本發(fā)明在步驟S170前還包括:步驟S170a，將k時(shí)刻多普勒頻率轉(zhuǎn)換成VSAT寬帶 衛(wèi)星通信終端所需要的傳輸格式。
[0065]本發(fā)明的VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端是與服務(wù)器或者嵌入式系統(tǒng)的LAN端口連接，GPS 接收機(jī)或北斗接收機(jī)是與服務(wù)器或者嵌入式系統(tǒng)的串口連接。本發(fā)明在將上述設(shè)備連接好 后，要進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，以保證軟件可以正確接收GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)的經(jīng)度、煒度和高 度數(shù)據(jù)，并且可以正確送出多普勒補(bǔ)償數(shù)據(jù)。本發(fā)明先可以利用汽車獲得動(dòng)態(tài)GPS或北斗導(dǎo) 航數(shù)據(jù)，對(duì)方法進(jìn)行測(cè)試，再利用小型無(wú)人機(jī)進(jìn)行測(cè)試，最后申請(qǐng)?jiān)诟哞F或飛機(jī)的實(shí)際環(huán)境 中進(jìn)行測(cè)試。
[0066]本發(fā)明用于高鐵或飛機(jī)VSAT寬帶衛(wèi)星通信的多普勒補(bǔ)償方法可以應(yīng)用于C波段、 Ku波段或者Ka波段的VSAT寬帶衛(wèi)星通信環(huán)境，通信帶寬可以達(dá)數(shù)兆符號(hào)率，可以滿足高頻 和大帶寬對(duì)多普勒補(bǔ)償?shù)囊螅鋵?duì)高鐵和飛機(jī)的多普勒補(bǔ)償可以達(dá)到10Hz。
[0067]實(shí)驗(yàn)一
[0068]本發(fā)明使用亞洲7號(hào)衛(wèi)星（定點(diǎn)位置為東經(jīng)105.5度，發(fā)射頻率為Ku波段，14GHz)， 將GPS接收機(jī)和VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端放置在北京飛往上海的民航飛機(jī)內(nèi)，以筆記本電腦 作為服務(wù)器，連接GPS接收機(jī)和VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端。GPS接收機(jī)輸出飛機(jī)實(shí)際飛行軌跡 的經(jīng)度、煒度和高度數(shù)據(jù)到筆記本電腦，筆記本電腦運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的多普勒補(bǔ)償方法編 制的軟件，GPS輸出數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為1秒，全部數(shù)據(jù)記錄在筆記本電腦內(nèi)。
[0069]在飛機(jī)飛行過(guò)程中，GPS接收機(jī)和筆記本電腦內(nèi)根據(jù)本發(fā)明的多普勒補(bǔ)償方法編 制的軟件保持運(yùn)行，軟件根據(jù)筆記本電腦獲得的飛機(jī)GPS位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算多普勒頻率(補(bǔ) 償數(shù)據(jù)）。
[0070]將上述的全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理繪制在圖3中，圖3是北京飛往上海的A330機(jī)型飛機(jī)在 降落階段的示意圖。其中，1號(hào)曲線是飛機(jī)速度在地面的投影(地面飛行速度），單位:千米/ 小時(shí)；2號(hào)曲線是飛行高度，單位:米;4號(hào)曲線是通過(guò)本發(fā)明的方法計(jì)算得到的飛機(jī)相對(duì)于 亞洲7號(hào)通信衛(wèi)星的徑向速度，單位:千米/小時(shí)；5號(hào)曲線是飛機(jī)航向角，單位:度;3號(hào)曲線 是用利用本發(fā)明方法計(jì)算得到的多普勒頻率(補(bǔ)償）曲線，單位:赫茲(Hz)。通過(guò)對(duì)所有數(shù)據(jù) 的綜合分析表明，本發(fā)明計(jì)算的多普勒頻率(補(bǔ)償）曲線準(zhǔn)確無(wú)誤。
[0071 ]實(shí)驗(yàn)二
[0072]以北京飛往上海的民航飛機(jī)實(shí)際飛行中在空中的某一位置為例(江蘇省無(wú)錫市附 近），本發(fā)明輸入輸出數(shù)據(jù)如下：
[0073]輸入數(shù)據(jù)：
[0074] 通信衛(wèi)星:亞洲7號(hào)衛(wèi)星(定點(diǎn)位置為東經(jīng)105.5度）
[0075] 通信頻率：14GHz [0076]飛機(jī)位置經(jīng)度：120.3度 [0077]飛機(jī)位置煒度:31.6度 [0078]飛機(jī)位置高度:4860米 [0079]中間計(jì)算結(jié)果：
[0080] 瞬時(shí)地面速度:715千米/小時(shí) [0081] 飛機(jī)航向角：138.5度
[0082] 飛機(jī)對(duì)亞洲7號(hào)衛(wèi)星的徑向速度：173千米/小時(shí) [0083]輸出數(shù)據(jù)：
[0084] 多普勒頻率：2253Hz。
[0085] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì) 以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于高鐵或飛機(jī)VSAT寬帶衛(wèi)星通信的多普勒補(bǔ)償方法，其特征在于:將VSAT寬 帶衛(wèi)星通信終端與服務(wù)器或嵌入式系統(tǒng)連接，將GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)與服務(wù)器或者嵌 入式系統(tǒng)連接，服務(wù)器或嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行以下步驟： 從GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)獲取k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)的經(jīng)度、煒度和高度數(shù)據(jù)； 根據(jù)高鐵或飛機(jī)的經(jīng)度、煒度和高度數(shù)據(jù)計(jì)算高鐵或飛機(jī)k時(shí)刻在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo) Xak、Yak矛口 Zak ; 計(jì)算通信衛(wèi)星k時(shí)刻在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xsk、Ysk和Zsk; 根據(jù)k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)在地心坐標(biāo)系的坐標(biāo)Xak、Yak和Zak和通信衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系的坐 標(biāo)Xsk、Ysk和Zsk計(jì)算k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)到通信衛(wèi)星的矢徑Rk; 利用差分法，根據(jù)k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)到通信衛(wèi)星的矢徑Rk計(jì)算k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)相對(duì)通 信衛(wèi)星的徑向速度V; 通過(guò)式（1-1)計(jì)算k時(shí)刻的多普勒頻率Fd: Fd=(V/C)Fo (1-1) 其中，C為光速，F(xiàn)o為信號(hào)中心頻率；以及 將k時(shí)刻的多普勒頻率Fd輸送至VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高鐵或飛機(jī)VSAT寬帶衛(wèi)星通信的多普勒補(bǔ)償方法，其特 征在于:在從GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)獲取k時(shí)刻高鐵或飛機(jī)的經(jīng)度、煒度和高度數(shù)據(jù)后還 包括： 對(duì)從GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)獲取的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析及濾波，其中濾波是采 用截?cái)嗍娇柭鼮V波的方法。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高鐵或飛機(jī)VSAT寬帶衛(wèi)星通信的多普勒補(bǔ)償方法，其特 征在于:VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端將通過(guò)衛(wèi)星信道實(shí)時(shí)接收的衛(wèi)星通信主站傳送來(lái)的動(dòng)態(tài)頻 偏數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器或嵌入式系統(tǒng)，作為多普勒補(bǔ)償?shù)男?zhǔn)和效果評(píng)估。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高鐵或飛機(jī)VSAT寬帶衛(wèi)星通信的多普勒補(bǔ)償方法，其特 征在于:采用GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)數(shù)據(jù)中的時(shí)間戳作為計(jì)時(shí)工具。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高鐵或飛機(jī)VSAT寬帶衛(wèi)星通信的多普勒補(bǔ)償方法，其特 征在于:VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端是連接到服務(wù)器或者嵌入式系統(tǒng)的LAN端口，GPS接收機(jī)或 北斗接收機(jī)是連接到服務(wù)器或者嵌入式系統(tǒng)的串口。
【專利摘要】本發(fā)明是關(guān)于一種用于高鐵或飛機(jī)VSAT寬帶衛(wèi)星通信的多普勒補(bǔ)償方法，是利用獨(dú)立于VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端的服務(wù)器或嵌入式系統(tǒng)，與VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端和GPS接收機(jī)或北斗接收機(jī)連接，由服務(wù)器或嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行軟件，根據(jù)GPS或北斗導(dǎo)航的經(jīng)度、緯度和高度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算高鐵或飛機(jī)VSAT寬帶衛(wèi)星通信產(chǎn)生的多普勒頻率，并將多普勒頻率實(shí)時(shí)提供給VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端，對(duì)多普勒效應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而使得現(xiàn)有的非高速VSAT寬帶衛(wèi)星通信終端可以用于二維或三維高速運(yùn)動(dòng)的高鐵或飛機(jī)的寬帶衛(wèi)星通信，而不需要對(duì)其做任何軟、硬件的改動(dòng)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，且技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較低。
【IPC分類】H04L27/00, G01S19/37
【公開(kāi)號(hào)】CN105610752
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510991515
【發(fā)明人】李兆千, 程偉胤
【申請(qǐng)人】休斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日...