太阳同步轨道卫星中继测控天线覆盖特性优化研究

我国天链一号数据中继卫星系统的初步建成,大大提高了低轨用户卫星的测控效率,但用户卫星中继测控天线有限的波束角影响了其对数据中继卫星系统的覆盖率。为此,文章提出一种垂直于卫星轨道面方向的准半球状增益中继测控天线布局方式,适用于整星尺寸较大或使用晨昏轨道的太阳同步轨道(SSO)卫星。这种方式充分利用该方向对中继卫星的长时间可视弧段,能有效提高中继测控的覆盖率,对天链一号数据中继卫星系统的覆盖率在95%以上。同时,单个中继测控弧段的平均时长约为60min,弧段之间的平均等待时间约为20min。其覆盖特性的各项指标相比于常规的对天面中继测控天线具有明显的优势,能显著提高中继测控任务的实时性和灵活性。     

OFDM系统中TURBO码译码算法研究

研究多径衰落信道下TURBO编码OFDM系统的特性,推导出一种TURBO码在OFDM系统具体应用方式,得到OFDM系统中TURBO的译码算法。并从推导结果确定,平均信噪比和信噪比弥散度是影响系统性能的两个重要参数。仿真结果表明,与IEEE 802.11 A定义的物理层性能相比,采用提出的TURBO译码算法,可以提高整个系统性能,信噪比改善2.9DB;在大平均信噪比和小信噪比弥散度条件下,系统性能较好,误帧率较低。     

用户星对中继卫星的跟踪规律研究

根据中继卫星系统中用户星跟踪中继卫星的要求，定义了用户星天线坐标系，推导出了用户星天线对中继卫星的跟踪规律。通过该跟踪规律可以推出用户星天线跟踪中继卫星的跟踪角度、角速度和角加速度。同时，在给定系统一定初始条件的情况下，利用该跟踪规律分别推出了用户星最大跟踪角度和角速度与用户星轨道高度和用户星轨道倾角之间的关系。最后利用STK(Satellite Tool Kit)对该跟踪规律进行了间接验证。     

中继卫星系统仿真软件设计与应用*

设计开发中继卫星系统仿真软件,并针对理想信道条件、I/Q幅相不平衡、幅频特性、群时延、相位噪声、功放饱和条件、非线性信道条件这七种信道,仿真16QAM和16APSK的误码率性能,并对仿真结果进行分析。利用仿真平台得出的非线性信道条件下误码率需求与所需信噪比之间的关系,可以作为完善系统技术指标的重要依据,为中继卫星系统后续建设和应用提供重要参考。     

非均匀信道增益控制的多载波卫星容量分析

设置转发器最佳增益,减小功放非线性影响,提高系统容量是多载波卫星通信系统容量分析的首要问题。对于数字信道化转发器,采用非均匀子信道增益调整的思想独立设置各信道增益可以有效消除大小载波抑制问题,提高卫星系统容量。为此,提出一种直接计算求解各子信道增益的算法。该方法不需要采用复杂的优化过程以及矩阵求逆,因此适合求解任意数量链路增益。理论推导得到链路最佳发射功率为地面站最大可提供功率,通过直接计算非线性等式即可获得各子信道最佳增益。同时考虑到功率利用率问题,通过选取转发器最佳工作点,在最小转发器输出功率准则下可以有效提高卫星功率的利用率。实验结果表明,该算法在具有与优化算法相近性能的同时降低了求解复杂度。     

基于综合信道模型的星地信道性能研究

全球导航卫星系统由位于不同轨道上的多颗卫星组成。卫星轨道和地面用户位置的差异造成了星地链路传播机制和统计特性的差异。信道的统计特性对于卫星系统的性能有着重要的影响。文章建立了星地信道综合模型,考虑了不同大气条件和传播机制的影响。基于此模型,给出了调制方式为二元相移键控时的误比特率与信噪比的关系。研究方法和结果可为全球导航卫星系统的仿真和设计提供借鉴。     

串行级联Turbo码在Ka频段静止卫星通信系统中的应用仿真研究

文章在分析Ka频段静止卫星信道特点的基础上,建立了信道仿真模型并进行了基带仿真;研究了不同天气条件下静止卫星通信系统的误比特率性能;基于这一模型,通过仿真研究了串行级联Turbo码在静止卫星信道条件下的性能。仿真结果表明,除了中雨、雷雨等恶劣天气状况之外,在通常的天气条件下,串行级联Turbo码可以提供约10dB左右的编码增益,可有效改善系统性能。     

应用于中继卫星通信系统的16QAM-TCM技术研究

网格编码调制技术可以在不改变信息传输频谱带宽的条件下,改善信噪比,减少发射功率,降低误码率,其实现的方法是分割星座图形成子集,逐步增大星座图中信号点之间的最小欧氏距离。本论文在项目组自研的中继卫星通信系统仿真平台上,仿真了8PSK与16QAM-TCM两种调制技术的解调性能,仿真曲线反映了误比特率需求与所需信噪比之间的关系。仿真结果表明：① 在理想信道条件、I/Q（Inphase/Quadrature, 同相/正交）幅相不平衡、幅频特性、群时延、相位噪声、功率放大器饱和点条件下,假设误比特率需求为1E-7,16QAM-TCM技术的信噪比需求与8PSK调制技术的信噪比需求相比,分别可节省8.85 dB、9.04 dB、8.45 dB、10.2 dB、8.5 dB、14.6 dB的信噪比;② 在非线性信道条件下,当信噪比增大时,8PSK调制技术的误比特率在1E-3数量级附近波动,不再变化;③ 假设需求的误比特率为1E-7,16QAM-TCM调制技术非线性信道信噪比仿真值与理想信道信噪比仿真值相比,损失了4.8 dB。     

中继卫星单址天线驱动控制系统设计

针对中继卫星单址天线与星体之间存在耦合效应以及单址天线需要高精度指向用户卫星的特点，将天线驱动控制系统作为星上一个相对独立的系统进行了设计。首先推导出了由两相永磁步进电动机驱动单址天线转动的动态方程，描述了系统存在的模型不确定性。考虑到步进电机的非线性特征，用DQ变换进行了反馈线性化处理，在此基础上设计了天线驱动控制系统的H∝回路成形控制器，并对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析。数学仿真表明：提出的控制策略能使单址天线获得较高的指向精度，同时减小天线对星体平台的耦合影响.     

遥感卫星自适应编码调制技术

文章首先针对遥感卫星数据传输中存在的问题,提出了自适应数据传输的概念;然后建立了遥感卫星动态信道模型,并在此基础上对自适应编码调制(ACM)技术在遥感卫星数据传输中的应用进行了详细分析,仿真验证了自适应系统与非自适应系统相比在数据传输中性能的提升,结果表明基于动态信道模型的信噪比估计方法使得系统性能提升效果显著,传输的数据量是非自适应系统的8.14倍,可有效解决系统资源浪费问题,最后对影响ACM性能的因素进行了分析,信噪比估计误差和延时对系统性能影响很大,移位门限技术可以有效的降低信噪比估计误差对系统性能的影响,而延时则需要对信道状态的预测来减小其影响。     

基于卫星中继的导弹飞控数据链链路分析

导弹飞控数据链路可极大地提高导弹的作战性能.分析了基于卫星中继的导弹飞控数据链链路特性,给出了其系统组成结构.完成了地星链路和星弹链路系统的分析与设计.最后给出了各链路的通信余量估算.对导弹飞控数据链的工程实现具有参考意义.     

和差通道相位差对差模跟踪接收机的影响分析

在数据中继卫星系统中,中低轨航天器常采用差模跟踪技术,完成对数据中继卫星的捕获跟踪,建立高速数据中继传输链路。文章根据某任务跟踪接收机实际设计参数,用Matlab／Simulink软件对和差通道相位差对跟踪性能的影响进行了仿真分析。     

DSSS卫星通信系统中多音干扰抑制研究

利用接收信号的快速傅里叶变换（FFT）和信号相关解调实现多音干扰的时域重建,并以此来抑制多音干扰。在加性高斯白噪声信道（AWGN）环境中,仿真分析了固定干信比条件下不同信噪比（SNR）和固定信噪比条件下不同干信比（JSR）时这一方法抑制多音干扰的性能,并与＂门限剔除＂抑制多音干扰和无干扰抑制进行了比较。在有无信道编译码两种情形下,这一方法对DSSS（直接序列扩频）卫星通信中的多音干扰有较强的抑制能力。     

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。     

基于信道特性的低轨卫星切换性能研究

在卫星与地面终端之间的星地链路中,存在复杂多变的信道环境,这些因素对系统的切换性能有着重要影响。文章首先建立星地信道模型,并将此模型应用于切换过程,通过仿真得到信道特性对于切换性能的具体影响。     

基于天链卫星的箭载Ka频段中继用户终端设计与实现

论述了一种利用中继卫星进行通信的通用型箭载Ka频段中继用户终端的设计方案,对微波信道技术、箭星指向算法技术、热控技术、通用化技术等关键技术进行了重点分析,最后给出了该通用型Ka频段中继用户终端的性能指标。     

基于网络效用的OFDM卫星移动通信系统呼叫接纳控制

在天地一体化网络中,OFDM卫星移动通信系统更有利于与地面无线网络融合。呼叫接纳控制是无线资源管理中的关键问题,本文针对OFDM卫星移动通信系统提出了一种基于网络效用和动态系统资源的星上呼叫接纳控制方法,采用集中式接纳控制,对卫星系统资源的集中管理可有效降低呼叫等待时延。所提出的接纳控制方法基于不同业务的网络效用函数,采用跨层设计思想,根据物理层卫星信道状态变化更新OFDM子载波传输能力,在呼叫接纳控制过程中动态调整分配业务带宽,实现整个网络效用最大化,同时保证业务的QoS要求。仿真结果表明,在系统业务负载饱和的情况下,该方法系统资源利用效率显著优于基于用户端最小阻塞概率的接纳控制方法和基于用户端业务QoS的接纳控制方法,非常适合于资源受限的卫星系统。     

Research and development of On-Board Processor for advanced mobile satellite communications

This paper describes the research and development of an On-Board Processor (OBP) for a mobile satellite communications system using a geostationaly satellite. The system, which based on Multi-Carrier Time Division Multiple Access, can realize high performance and facilitate the use of miniature hand-held mobile Earth terminals.

Our research and development results indicate as follows.

1. 1) The simultaneous-slot switching method will be the most suitable for an on-board base-band switching with consideration of traffic capacity, time delay, and hardware scale.

2. 2) The OBP performs channel exchange with regeneration that contributes to a reduction in the size of mobile terminals because of the coding gain.

3. 3) Many kinds of Application Specific Integrated Circuits are designed to realize large channel capacity and reduce the size and power consumption of the OBP. These OBP design can increase the channel capacity, which is equivalent to in 5.6kbps voice channel, up to over 500 channels within 5MHz frequency band

Some results are applied to the OBP being developed for the Japanese Engineering Test Satellite VII (ETS-VB).     

卫星MPLS网络中存在标签差错时TCP的吞吐量分析

卫星多协议标签交换(Multiprotocol label switching,MPLS)技术成为当前卫星通信系统研究的一个重要课题。本文分析了卫星通信链路高误码所导致的MPLS标签差错对标签交换路径(Label Switching Path,LSP)承载TCP/IP业务能力的影响。建立了卫星交换系统内"误插入"分组产生过程的数学模型,计算了受干扰LSP上TCPReno会话所能获得的吞吐量。仿真结果表明,本文提出的分析方法能够准确地衡量卫星MPMS网络中TCP业务性能的损失。