低轨卫星高能效载波功率资源联合调度算法

结合多波束低轨（multi-beam low earth orbit, MB-LEO）卫星通信场景，研究了一种多目标载波功率联合优化（joint subcarrier scheduling and power control resource allocation, JSSPC-RA）算法。通过求解整数混合规划非凸优化问题，得到了不同通信需求下MC-DS-CDMA子载波和子载波功率的联合调度方案，实现了系统用户未满足容量和卫星总功耗的最小化。仿真结果表明，相对于传统的载波功率均分策略，JSSPC-RA算法能够在满足系统吞吐量需求的前提下大幅节省卫星总功耗；同时，通过调节权值系数，JSSPC-RA算法可以生成用户吞吐量需求与卫星总能耗折中的系统设计方案，适用于频谱、能量资源高度受限的MB-LEO卫星系统。     

卫星S波段测控信道总体设计

概述卫星S波段测控系统的主要功能,S波段测控信号在空间传输信道中的功率损耗和附加噪声,以及由于星上应答机两种不同的测距信号提取方法而造成的信道设计的区别之处。在此基础上,详细研究了射频功率分配和副载波频率干扰两个问题,包括:如何达到最大的已调载波的功率效率,在测距和数据信道(遥控和遥测)同时工作时,如何确定最佳分配已调载波功率的约束条件,如何建立有、无测距音提取滤波器两种情况的调制指数设计方程,以及如何进行副载波频率干扰计算。     

存在功率控制误差的多波束低轨卫星通信系统容量分析

传统的低轨卫星容量计算只采用单一的链路模型进行分析,忽视了同一地区链路可能存在不同状态的实际情况。采用二状态的马尔可夫信道链路模型,可以对农村地区的链路做出更准确的估计。考虑由于链路时延产生的功率控制误差,可使低轨卫星通信系统容量分析更贴近实际条件。     

一种新的卫星测控资源调度模型及其求解算法

针对低轨卫星测控资源优化调度问题,以卫星可见弧段为调度元素建立了一种新的复合独立集模型.新模型可分解为多个具有约束关系的子优化问题.在应用蚁群优化算法求解该问题时,蚁群分别对各子问题的可行域进行搜索,并引入局部搜索策略提高蚁群算法的求解质量.实验结果表明,该算法具有较快的收敛速度,能够生成较好的调度计划,测控网的利用率获得提高.     

比特交织编码调制技术在卫星通信中的应用

针对卫星移动通信信道频带和功率均受限的特点,将比特交织编码调制（BICM）技术应用到卫星通信系统,通过编码和高阶调制的结合,利用状态的记忆和适当的映射来增大码字序列之间的距离,进而提高编码增益,在保证系统频带利用率的同时,有效地提高了其功率利用率。在对卫星信道特点分析的基础上进行卫星信道建模,并分别在高斯（AWGN）信道、莱斯（Rice）信道和瑞利（Rayleigh）信道下对系统性能进行仿真,仿真结果证明了该种编码调制方式在卫星信道中的有效性。     

中继卫星系统支持多目标系统链路仿真分析

结合中继卫星系统支持多目标应用潜在背景,在系统链路设计时分析星间功率和带宽受限带来的系统载噪比降低,前向链路多个目标共分中继卫星前向转发器功率带来的系统余量不足,以及返向链路多用户干扰引入的误码损失等影响,进行前、返向链路计算和性能仿真,结果对工程设计和应用具有一定的借鉴意义。     

Ka波段数字信道化体制宽带通信卫星链路预算

对Ka波段数字信道化技术体制的宽带通信卫星的通信链路进行了预算。在地球同步轨道宽带通信卫星的两个移动用户的返向链路应用场景中,针对Ka波段的雨衰问题,根据国际电联(ITU-R)最新(2015年)发布的建议书建立并实现了完整的雨衰预测模型和计算软件,给出了上下行链路的雨衰预测值;针对数字信道化体制下突出的互调干扰问题,有别于现有透明转发器根据功率回退值的工程计算方法,采用转发器噪声功率比(NPR)指标对互调干扰噪声进行了量化计算。给出了返向上下行链路和复合链路预算的过程和完整预算结果,在获得通信速率20 Mb/s时复合链路余量为1.96dB,符合实际情况。所提方法有较高的工程参考价值。     

一种基于OFDM和跨层设计的星载交换方案

正交频分复用(OFDM)具有很高的频谱利用律和良好的抗多径衰落能力,而且OFDM信号中的各个子载波可独立使用,使得OFDM成为卫星通信中备受关注的新技术之一.基于OFDM提出一种全新星载交换方案,该星载交换方案具有灵活、高效、适应性强等特点.结合跨层设计思想,给出了此星载交换方案在一种工作场景下的性能优化算法,此算法可根据每个传输业务的QoS要求、业务速率、当前点波束星地上下行链路信道状态、点波束星地上下行链路发射信号功率上限,实现在各个传输业务之间自适应分配子载波并自适应配置每个子载波的调制制式,尽可能满足每个传输业务的QoS要求.     

基于效用最大化的DVB-RCS跨层动态带宽分配

针对已有效用函数的动态带宽分配(DBA)模型未考虑物理层信道条件来完成DVB-RCS(Digital Video Broadcasting-Return Channel via Satellite)卫星通信网的DBA,从而导致吞吐量下降这一缺点,本文提出一种跨层效用函数DBA模型.该模型建立基于信道条件的效用函数,以实现效用最大化的DBA,因此转化为非线性整数规划问题的求解.同时提出一种基于等效用增量的Greedy迭代算法求解该问题,求出效用最大化的带宽分配向量,降低了传统Greedy算法的计算量.仿真结果表明该模型在保证回传信道卫星终端(Return Channel Satellite Terminal,RCST)用户公平性的同时,提升DVB-RCS卫星通信网的吞吐量.     

卫星信道中APSK星座的优化设计

为通过高阶调制信号增加卫星信道的容量,在给出幅度相移键控(APSK)信号特征的基础上,根据最小欧氏距离最大化和平均互信息最大的原则对APSK星座进行优化。给出了APSK最小欧氏距离和不同星座普遍适用的信道容量计算方法。仿真结果表明,最小欧氏距离和信道容量仅与相对半径有关而与相对相位无关。信噪比相同时不同APSK星座的信道容量差别很小,卫星信道中星座的优化可考虑功率利用率为主。     

一种基于共面线的毫米波宽带预失真线性化技术

针对毫米波卫星通信前端发射系统中固态功率放大器的非线性失真问题,提出了一种新型毫米波模拟预失真线性化技术。该技术采用毫米波共面线集成非线性器件,与传统的基于微带线集成非线性二极管器件的方法相比,避免了接地电感等不连续性干扰,提高了工作频率,拓展了工作带宽,在毫米波频段实现了宽带预失真非线性补偿。试验结果表明:在Ka波段13GHz(25~38GHz)频率范围内,由该技术实现的预失真线性化电路在输入功率15dB变化范围内,实现了3dB左右的增益幅度扩张和20°左右的相位压缩。将该预失真线性化技术应用于改善一型工作频率为29.6~30GHz,输出功率为5 W的毫米波功率放大器的线性性能。双音信号测试结果表明:功放在1dB压缩点回退7dB的条件下,三阶交调失真改善度高于10dB,并在29.8GHz时达到19dB。该技术可用于满足现代大容量、高速无线通信,特别是毫米波卫星通信前端系统的需求,实现高质量、低误码率的数据无线传输链接。     

FY-2C星数传与云图广播转发器分系统

介绍了风云二号(FY-2)气象卫星数传与云图广播转发器分系统的功能、组成,以及频率配置、传输信号特性和增益与功率等主要技术指标.给出了C星分系统转发器的技术改进.阐明了采用的收发多工器、射电天文保护滤波器、固体功率放大器(SSPA)和功能转换开关等关键技术.测试结果和在轨运行状况表明,C星数传与云图广播转发器的性能符合设计任务书要求,在轨运行正常稳定.     

卫星动平台下动态门控调度的设计与实现

当运动节点构成的大规模动态平台执行分布式协作任务时,如何保证关键数据通信的实时性和确定性,这是一项新的挑战。文章以时间敏感网络（time sensitive networking,TSN）技术为背景,结合卫星构成的分布式动态通信平台上的链路特性,基于TSN中的门控调度技术,提出了一种适用于卫星链路场景下的动态调度算法。通过改进TAS（time aware shaper）调度算法,减少卫星动平台因通信距离动态变化以及空间摄动等因素造成的传输时延,从而增加动平台上卫星通信系统的确定性。同时根据动态卫星链路周期性运动特征,提出周期性门控调度机制,保证所有周期内相同时间点的门控调度一致。最后通过现场可编程门阵列（FPGA）设计的验证测试结果表明,提出的TAS改进方案可以适用于卫星网络的确定性调度,充分发挥时间敏感网络的优势。     

Communications transponder performance for Japanese Communications Satellite-2 and prospects for future systems

Communications transponder for the Japanese Communications Satellite-2 (CS-2a and 2b) to be launched into a geostationary orbit by N-II launch vehicle in February and August, 1983, has been developed. The transponder is provided with six-channel K-band ($\text{30}\text{20}\text{GHz}$) transponder including beacon transmitter, which operates in the highest frequency ranges ever utilized on an operational communications satellite, and two-channel C-band ($\text{6}\text{4}\text{GHz}$) transponder. Receiver front end of the K-band transponder consists of a direct mixer followed by a 1.8 GHz IF amplifier and provides 8 dB noise figure. 20 GHz output power is 4 W by final amplification at 5-W TWTA. C-band transponder provides 4 dB noise figure and 4.3-W output power. Key factors for future high capacity transponder are also presented.     

Space solar array reliability: A study and recommendations

Providing reliable power over the anticipated mission life is critical to all satellites; therefore solar arrays are one of the most vital links to satellite mission success. Furthermore, solar arrays are exposed to the harshest environment of virtually any satellite component. In the past 10 years 117 satellite solar array anomalies have been recorded with 12 resulting in total satellite failure. Through an in-depth analysis of satellite anomalies listed in the Airclaim's Ascend SpaceTrak database, it is clear that solar array reliability is a serious, industry-wide issue. Solar array reliability directly affects the cost of future satellites through increased insurance premiums and a lack of confidence by investors. Recommendations for improving reliability through careful ground testing, standardization of testing procedures such as the emerging AIAA standards, and data sharing across the industry will be discussed. The benefits of creating a certified module and array testing facility that would certify in-space reliability will also be briefly examined. Solar array reliability is an issue that must be addressed to both reduce costs and ensure continued viability of the commercial and government assets on orbit.     

遗传算法在卫星发动机安装调整优化中的应用研究

常规的发动机安装参数仅考虑发动机推力矢量偏差的影响,文章给出了一种新的发动机安装调整方法,综合考虑了发动机推力矢量参数、卫星质心和发动机安装过程中的几何约束等多种因素,选择遗传算法进行问题的求解。通过仿真示例进行了验证,结果表明:在满足发动机安装几何约束的前提下,文章提出的优化方法对减小干扰力矩有显著作用,发动机按照优化后的参数进行安装,可以进一步减小干扰力矩,从而节省燃料,延长卫星在轨服务寿命。此研究结果可为工程中确定发动机安装参数提供参考。     

全球导航星座星间链路技术发展建议

美国全球定位系统（GPS）的Block IIR和Block IIF系列导航卫星安装了UHF频段的星间链路收发设备,未来的GPS Ⅲ系列导航卫星将用Ka频段星间链路替代UHF频段星间链路,提高星间数据通信容量,增强抗干扰能力;俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）的新一代GLONASS-K系列导航卫星开始安装S频段星间链路收发设备;欧洲的伽利略（Galileo）卫星导航系统也在规划全球导航星座的星间链路体系;我国北斗（Compass）卫星导航系统正处在由区域覆盖向全球覆盖的过渡阶段,全球星座的星间链路正处在多种系统体制的抉择中。文章在对国外各种星间链路研究的基础上,从导航星座星间链路需求和特点出发,提出建议：1）建设高频段星间链路;2）加强星间天线与卫星总体的联合设计;3）星间网络协议要具有灵活性;4）尽可能保持每颗卫星的星间链路设备状态一致。文章考虑了现有国内技术储备和国外未来技术发展方向,提出的观点可以作为我国全球卫星导航系统对星间链路选择的参考,对我国Compass系统建设技术先进的星间链路有一定的指导意义。     

Space solar array reliability: A study and recommendations

Providing reliable power over the anticipated mission life is critical to all satellites; therefore solar arrays are one of the most vital links to satellite mission success. Furthermore, solar arrays are exposed to the harshest environment of virtually any satellite component. In the past 10 years 117 satellite solar array anomalies have been recorded with 12 resulting in total satellite failure. Through an in-depth analysis of satellite anomalies listed in the Airclaim's Ascend SpaceTrak database, it is clear that solar array reliability is a serious, industry-wide issue. Solar array reliability directly affects the cost of future satellites through increased insurance premiums and a lack of confidence by investors. Recommendations for improving reliability through careful ground testing, standardization of testing procedures such as the emerging AIAA standards, and data sharing across the industry will be discussed. The benefits of creating a certified module and array testing facility that would certify in-space reliability will also be briefly examined. Solar array reliability is an issue that must be addressed to both reduce costs and ensure continued viability of the commercial and government assets on orbit.     

基于改进遗传算法的移动目标成像侦测任务规划问题研究

基于先验信息调用成像侦察卫星监控陆地或海洋移动目标动态信息是卫星成像侦察面临的新 课题。在已知移动目标位置等先验信息基础上,动态构造目标可变潜在区域及其运动预测模 型,利用STK辅助构造其候选成像观测活动集合;在此集合及目标运动预测模型基础上 对动态可变区域成像卫星调度问题进行建模,并设计了一种基于模拟退火算法及遗传算法的 改进遗传算法对问题进行求解,得到近最优的移动目标成像侦测方案。最后通过实例及算法 对比验证了规划模型及算法对解决该类问题的合理性和有效性。
     

一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法

基于北斗三号卫星配置规划,提出了一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法。利用Ka星间链路指向切换灵活特性与激光链路高速通信特性,并克服激光终端异轨面通信困难,指向切换不便等缺陷,算法设计将轨道面内各卫星采集的Ka双向测距信息利用激光星间链路传入轨道面主卫星中,从而将测距信息集中处理并完成轨道面内各卫星的轨道信息更新。并且,本文还搭建了星内模拟仿真环境,对算法精度及性能进行验证。仿真结果表明,同轨道区域集中自主导航算法可在星内仿真环境中稳定运行,且其导航精度远优于分布式自主导航精度。