内容简介
《高动态卫星通信信号载波同步技术》系统地探讨了卫星通信信号接收端载波同步技术的关键问题，特别是在高动态与低信噪比条件下实现载波同步的理论与方法。书中首先概述了卫星通信系统的应用场景与重要性，分析了高动态卫星通信系统的特性及其对信号同步技术的需求。随后，从参数估计理论出发，深入探讨了载波同步技术的理论基础，包括克拉美罗下限理论和信道编码理论，为后续算法研究提供了理论支撑。
在载波同步技术方面，《高动态卫星通信信号载波同步技术》从时域和变换域两个角度进行了系统分类与分析。时域载波同步技术涵盖了非数据辅助、数据辅助、判决反馈、贝叶斯估计以及编码辅助等多种算法，对其理论基础、实现步骤及性能进行了详细阐述。变换域载波同步技术则重点介绍了基于傅立叶变换及其他时频联合分析方法的算法，分析了其适用场景与优缺点。
针对高动态卫星通信信号的特殊需求，书中提出了具体的载波同步方案，包括大频偏信号的参数估计和调频信号的频率估计算法，为实际工程应用提供了理论指导与技术参考。
《高动态卫星通信信号载波同步技术》内容丰富，既注重理论深度，又兼顾工程实践，适合通信领域研究人员、高校师生及相关工程技术人员阅读参考。研究工作得到了国家自然科学基金及河南省相关科研项目的资助，体现了其学术价值与应用前景。
目录
第1章 绪论 （1）
1.1 卫星通信系统 （1）
1.2 高动态卫星通信系统 （6）
1.3 卫星接收机中载波同步技术 （28）
参考文献 （37）
第2章 信号同步参数估计理论 （38）
2.1 待估计参数对系统性能的影响 （38）
2.2 参数估计理论 （42）
2.3 克拉美罗下限理论 （54）
2.4 信道编码理论 （58）
参考文献 （67）
第3章 时域载波同步技术 （68）
3.1 非数据辅助载波同步技术 （68）
3.2 数据辅助载波同步技术 （94）
3.3 基于判决反馈的载波相位同步技术 （110）
3.4 基于贝叶斯估计理论体系的载波同步算法 （122）
3.5 编码辅助载波同步技术 （135）
参考文献 （161）
第4章 变换域载波同步技术 （164）
4.1 基于傅立叶变换的载波同步技术 （164）
4.2 其他时频联合载波同步技术 （200）
参考文献 （213）
第5章 高动态卫星通信信号载波同步方案 （215）
5.1 大频偏信号参数同步估计 （215）
5.2 调频信号参数估计 （240）
参考文献 （265）
前言/序言
卫星通信系统以卫星作为无线通信系统中的中继转发器，可以实现地面移动通信系统中远距离非平面场景下和恶劣通信环境下的通信。卫星通信系统自出现以来，不仅有效弥补了地面通信系统在特殊应用场景下的不足，而且极大地拓展了无线通信的应用范围。
近年来，卫星通信相关技术和业务发展迅速，不仅在军事任务中发挥着至关重要的作用，而且为我国工业生产和社会生活也带来了有目共睹的改变。在多次自然灾害（如汶川地震）边防建设和地理信息安全中都发挥了重要作用。作为世界各国争相研究的热点，卫星通信系统已被纳入我国国防军事建设和“十四五”规划建设的重中之重。在社会经济生活方面，目前卫星通信系统的应用已经深入到医疗、交通、农牧渔林业、建筑、水利等众多领域，渗透到人们生活的方方面面，如我国自主研发的北斗卫星导航系统，每年可创造千亿级产值，具有巨大的经济价值和重要战略意义。
卫星通信信号接收机是卫星通信系统的重要组成部分，实现通信信号同步处理是卫星通信接收端的主要功能之一。信号同步处理过程是指信号到达卫星信号接收机之后，经过放大、滤波、采样、量化等前置操作后，对接收信号未知参数进行估计的过程。完整描述信号特性的未知参数包括信号的频偏相偏、时偏和帧偏等，在这些参数中，载波频偏对信号同步接收和处理过程影响最大。载波同步过程是信号同步处理过程的关键，该部分同步算法性能的优劣直接影响定时同步、帧同步处理结果，决定卫星通信系统接收信号误码率。实现卫星通信中载波同步时，最复杂的情况就是接收信号的高动态性与低信噪比同时存在。低信噪比对通信系统的抗噪性提出了严格的要求，高动态性则考验着系统的接收带宽以及跟踪信号频率变化的能力。为此，实现并且完善在高动态性与低信噪比同存条件下的载波同步，对提高卫星通信系统的性能以及推广卫星通信技术有着十分重要的作用。
本书首先介绍了现代信号处理理论中的参数估计理论，然后从时域和变换域两个角度对现有载波同步进行了分类归纳，分析了常见信号载波同步算法的理论出处，列出了算法的具体实施步骤并对比了不同算法的同步性能，最终给出了不同算法的动态同步范围及应用场景。本书不仅为读者进行算法研究提供了理论参考依据，而且可为读者开展实际工程应用开发活动提供方案指导。
本书共5章，分为3个部分：第1部分（第1～2章）为高动态卫星通信系统，介绍了高动态卫星通信系统和载波同步技术的基本概念、高动态卫星通信系统主要应用场景、发展现状以及与信号同步相关的参数估计理论；第2部分（第3章）为时域载波同步技术，包括非数据辅助载波同步技术数据辅助载波同步技术、基于判决反馈的相位同步技术、基于卡尔曼滤波的载波同步技术和编码辅助载波同步技术，并按照算法所采用的不同理论基础进行了分类、归纳和原理介绍；第3部分（第4章）为变换域载波同步技术包括基于傅立叶变换的载波同步技术和其他时频分析频率估计算法。
本书内容受国家自然科学基金项目（62301624）、河南省科技攻关项目（242102211006）、河南省高等学校重点科研项目（23A510012）、中原工学院基本科研业务费专项资金（K2022QN020）支持，受中原工学院学术专著出版基金资助，并得到了中原工学院电信学院各位同事及领导的支持和帮助，在此表示感谢！
由于作者水平有限，书中疏漏之处在所难免，敬请同仁和读者批评指正。
作者
2024年6月
