一种用于双向频率传递的消多普勒频移方法与系统

摘要

本申请涉及一种用于双向频率传递的消多普勒频移方法与系统。所述方法包括：第一运动平台和第二运动平台同时互相发送目标频率传递信号并接收对方运动平台发送的待解算频率信号以及所述目标频率传递信号的反射信号；根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式；频率传递比较关系式中还包括第一多普勒频移分量和第二多普勒频移分量差值的多普勒频移差分项，根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除。采用本方法能够消除双向频率传递中的多普勒频移。

说明书

技术领域

本申请涉及时频传递技术领域，特别是涉及一种用于双向频率传递的消多普勒频移方法及系统。

背景技术

自由空间双向频率传递一般通过两个端点间互相发送标准频率信号来实现，可分为静态频率传递和动态频率传递。静态频率传递在两个静态的端点之间进行，动态频率传递的两个端点间存在相对运动速度。目前，静态频率传递技术已达到较高水平，并得到广泛应用，但考虑到卫星星间链路、无人机集群等高动态应用场景，静态频率传递技术不能满足动态条件下高精度频率传递的需求。动态频率传递的最大挑战在于相对运动造成的多普勒频移使得传递的频率偏离真实值，即在两个运动平台之间进行频率传递时，传递信号会受到相对运动造成的多普勒频移的影响，且多普勒频移的大小与相对运动速度成正比。为了实现动态条件下高精度和高稳定度频率传递，必须补偿运动平台之间相对运动造成的多普勒频移。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够消除运动平台之间的多普勒频移的用于双向频率传递的消多普勒频移方法及系统。

一种用于双向频率传递的消多普勒频移方法，所述方法包括：

第一运动平台和第二运动平台同时互相发送目标频率传递信号并接收对方运动平台发送的待解算频率信号以及所述目标频率传递信号的反射信号；其中，所述反射信号中包含第一多普勒频移分量，所述待解算频率信号中包括第二多普勒频移分量；

根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式；其中，频率传递比较关系式中还包括第一多普勒频移分量和第二多普勒频移分量的多普勒频移差分项；多普勒频移差分项为第一多普勒频移分量与第二多普勒频移分量的差值；

根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除。

在其中一个实施例中，目标频率传递信号为电磁波信号；电磁波信号包括光波、微波和太赫兹波。

在其中一个实施例中，反射信号的频率为

其中，

在其中一个实施例中，待解算频率信号的频率为

其中，

在其中一个实施例中，根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式，包括：

根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式为

其中，

在其中一个实施例中，根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除，包括：

在频率传递比较关系式中，通过将目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间进行频率比较，得到多普勒频移差分项的表达式为

根据目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除。

在其中一个实施例中，根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除，得到简化后的频率传递比较关系式；

对简化后的频率传递比较关系式进行解算，得到对方运动平台发送的原始发送信号的频率大小。

一种用于双向频率传递的消多普勒频移系统，系统包括第一运动平台和第二运动平台；第一运动平台和第二运动平台均包括传递信号发生器、信号处理模块、发射点、探测点器件和分束器；

第一运动平台和第二运动平台同时利用传递信号发生器通过发射点互相发送跟踪对方的目标频率传递信号；

第一运动平台和第二运动平台接收到目标频率传递信号后利用分束器对目标频率传递信号进行分束，并将分束后的目标频率传递信号反射给对方运动平台；

第一运动平台和第二运动平台根据探测点器件接收目标频率传递信号的反射信号和对方运动平台发送的待解算频率信号并将目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号发送到各自的信号处理模块；其中，反射信号中包含第一多普勒频移分量，待解算频率信号中包括第二多普勒频移分量；

信号处理模块根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式；其中，频率传递比较关系式中还包括第一多普勒频移分量和第二多普勒频移分量的多普勒频移差分项；多普勒频移差分项为第一多普勒频移分量与第二多普勒频移分量的差值；

信号处理模块根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除。

上述一种用于双向频率传递的消多普勒频移方法与系统，本发明利用本地运动平台发送目标频率传递信号主动跟随用于双向频率传递的另一个运动平台，根据同步探测得到的目标频率传递信号、另一个运动平台的反射信号以及另一个运动平台发送的待解算频率信号，在本地端构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率比较结果，在频率比较的过程中将本地端和另一个运动平台相对运动造成的多普勒频移作为共模项消除，通过频率比较实现频率传递,提高了动态条件下频率传递的精度，还可以在本地端复现另一个运动平台的原始发送信号的频率大小。本发明的应用场景包括地面，空中和太空中，并且将此本消多普勒频移方法应用于两个静止平台间的频率传递或有线频率传递时，还可以一定程度上抵消路径上折射率和气流等动态噪声因素对测量的影响。

附图说明

图1为一个实施例中一种用于双向频率传递的消多普勒频移方法的流程示意图；

图2为一个实施例中一种用于双向频率传递的消多普勒频移系统的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种用于双向频率传递的消多普勒频移方法，包括以下步骤：

步骤102，第一运动平台和第二运动平台同时互相发送目标频率传递信号并接收对方运动平台发送的待解算频率信号以及所述目标频率传递信号的反射信号；其中，所述反射信号中包含第一多普勒频移分量，所述待解算频率信号中包括第二多普勒频移分量。

第一运动平台和第二运动平台可以为自由空间中存在相对运动的两个平台，比如同轨道运行的两颗卫星，卫星与地面运动载体，第一运动平台和第二运动平台在相对运动过程中同时互相向对方发送目标频率传递信号，目标频率传递信号的反射信号为本地运动平台发送的目标频率传递信号在传递到对方运动平台后经对方运动平台反射回来的反射信号，利用第一运动平台主动跟随第二运动平台，可以在同一端构建同步探测到本地端发送的目标频率传递信号、目标频率传递信号的反射信号以及进行频率传递的第二运动平台发送的频率信号，从而建立包含了多普勒频移分量的两端之间的频率传递比较关系式，同理，第二运动平台也可以在在同一端构建同步探测到第二运动平台发送的目标频率传递信号、目标频率传递信号的反射信号以及进行频率传递的第一运动平台发送的频率信号建立包含了多普勒频移分量的两端之间的频率传递比较关系式。

步骤104，根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式；其中，频率传递比较关系式中还包括第一多普勒频移分量和第二多普勒频移分量差值的多普勒频移差分项；多普勒频移差分项为第一多普勒频移分量与第二多普勒频移分量的差值。

步骤106，根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除。

频率传递比较关系式中包含本地运动平台发送的目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号之间的频率比较结果，通过两个平台之间的发送的频率信号的频率比较结果，以及本地运动平台发送的目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性（频率相等的前提下，才能进行频率传递）从而在双向频率传递的频率比较过程中，将相对运动造成的多普勒频移作为共模项消除，消除了多普勒频移的影响，提高了双向频率传递的精度。

上述一种用于双向频率传递的消多普勒频移方法中，本发明利用本地运动平台发送目标频率传递信号主动跟随用于双向频率传递的另一个运动平台，根据同步探测得到的目标频率传递信号、另一个运动平台的反射信号以及另一个运动平台发送的待解算频率信号，在本地端构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率比较结果，在频率比较的过程中将本地端和另一个运动平台相对运动造成的多普勒频移作为共模项消除，通过频率比较实现频率传递,提高了动态条件下频率传递的精度，还可以在本地端复现另一个运动平台的原始发送信号的频率大小。本发明的应用场景包括地面，空中和太空中，并且将此本消多普勒频移方法应用于两个静止平台间的频率传递或有线频率传递时，还可以一定程度上抵消路径上折射率和气流等动态噪声因素对测量的影响。

在其中一个实施例中，目标频率传递信号为电磁波信号；电磁波信号包括光波、微波和太赫兹波。

在其中一个实施例中，反射信号的频率为

其中，

在具体实施例中，经一次反射后的信号相对于平台的运动速度是单次发射相对运动速度的两倍。

在其中一个实施例中，待解算频率信号的频率为

其中，

在其中一个实施例中，根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式，包括：

根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式为

其中，

在其中一个实施例中，根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除，包括：

在频率传递比较关系式中，通过将目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间进行频率比较，得到多普勒频移差分项的表达式为

根据目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除。

在其中一个实施例中，根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除，得到简化后的频率传递比较关系式；

对简化后的频率传递比较关系式进行解算，得到对方运动平台发送的原始发送信号的频率大小。

在具体实施例中，频率传递比较关系式中省略了多普勒频移的二阶微小量，且在

这样就在

同时在本地端对各频率信号进行平行探测的基础上，将所探测的三个信号利用低噪声信号处理技术便可实现高精度频率比较。

进一步，通过传递链路和平台对称化的系统设计，可以在对方运动平台上也建立

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种用于双向频率传递的消多普勒频移系统，系统包括第一运动平台和第二运动平台；第一运动平台和第二运动平台均包括传递信号发生器、信号处理模块、发射点、探测点器件和分束器；

第一运动平台和第二运动平台同时利用传递信号发生器通过发射点互相发送跟踪对方的目标频率传递信号；

第一运动平台和第二运动平台接收到目标频率传递信号后利用分束器对目标频率传递信号进行分束，并将分束后的目标频率传递信号反射给对方运动平台；

第一运动平台和第二运动平台根据探测点器件接收目标频率传递信号的反射信号和对方运动平台发送的待解算频率信号并将目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号发送到各自的信号处理模块；其中，反射信号中包含第一多普勒频移分量，待解算频率信号中包括第二多普勒频移分量；

信号处理模块根据目标频率传递信号、反射信号以及待解算频率信号，构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式；其中，频率传递比较关系式中还包括第一多普勒频移分量和第二多普勒频移分量的多普勒频移差分项；多普勒频移差分项为第一多普勒频移分量与第二多普勒频移分量的差值；

信号处理模块根据频率传递比较关系式、目标频率传递信号和对方运动平台发送的原始发送信号的同频传递特性对多普勒频移差分项进行消除。

在其中一个实施例中，目标频率传递信号、所述反射信号以及所述待解算频率信号能够在各自运动平台的本地端同步探测得到。

在其中一个实施例中，信号处理模块还用于根据所述目标频率传递信号、所述反射信号以及所述待解算频率信号，构建所述目标频率传递信号与所述待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率传递比较关系式为

其中，

在其中一个实施例中，如图2所示，平台A为本申请中的第一运动平台，B平台为本申请中的第二运动平台，传递信号发生器A可以生成电磁波信号作为目标频率传递信号

平台A利用传递信号发生器通过发射点发送

在其中一个实施例中，传递信号发生器为相干光源生成光波信号时，相干光源采用光学频率梳，平台A上两束相干光源的频率为

在其中一个实施例中，探测点器件采用低噪声探测器；信号处理模块由分频器、混频器、滤波器和相位计等部件组成；信号处理模块用于利用低噪声信号处理技术实现频率信号之间的高精度频率比较。

上述一种用于双向频率传递的消多普勒频移系统中，本发明利用本地端发送目标频率传递信号主动跟随用于双向频率传递的另一个运动平台，在平台中设置多个探测点同步探测得到的目标频率传递信号、另一个运动平台的反射信号以及另一个运动平台发送的待解算频率信号，在本地端构建目标频率传递信号与待解算频率信号对应原始发送信号之间的频率比较结果，通过频率比较结果将本地端和另一个运动平台相对运动造成的多普勒频移作为共模项消除，提高了动态条件下频率传递的精度，还可以在本地端复现另一个运动平台的原始发送信号的频率大小。本发明的应用场景包括地面，空中和太空中，并且将此本消多普勒频移方法应用于静态频率传递或有线频率传递时，还可以一定程度上抵消路径上折射率和气流等噪声因素对测量的影响。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。