一种适用于空间应用的高速调制系统的设计和实现

为了适应空间科学技术的发展, 满足空间科学应用系统的数据传输速率、多进制数字调制方式以及实现调制体制灵活性的要求, 提出了一种适用于空间应用的高速调制系统的设计与实现方案. 该方案采用了基于FPGA和DAC的通信调制技术, 可在硬件设计不变的情况下, 实现QPSK, 8 PSK和16 QAM等多种调制方式下的高速数据传输. 分析了高速调制在硬件实现上的技术难点, 解决了高频率高精度同步时钟生成、高速数据转换、宽带调制等技术问题. 实测表明, 在载频为2 GHz时, 该调制系统在8PSK调制下速率可达750 Mbit/s, 且调制信号的矢量幅度误差(EVM)仅为3.3 %.      

数字调制信号误差矢量幅度校准研究

从计量领域的现状看,对于矢量信号分析仪的误差矢量幅度,分析其准确度尚没有业内统一的方法。通过对数字调制信号的调制过程和解调过程的分析,罗列出影响误差矢量幅度的各种因素。在此基础上,总结出一套对误差矢量幅度的测量结果的理论计算方法,从而提出一种EVM测量结果的不确定度评定方法。此方法能够有效地分析误差矢量幅度的数字特性。     

矢量信号调制质量分析方法研究与实现

采用矢量信号分析技术通过分析已调信号的特性，能够快速发现引起信号失真的原因，定位系统设计中的错误，该技术在信号分析仪器、数字通信等领域应用广泛。本文在深入研究矢量分析技术的基础上，建立了矢量信号分析模型，并对矢量信号分析中对结果影响较大的最佳判决未知和幅相补偿模块进行了详细分析。利用软件实现了矢量信号调制质量分析，能够快速的对EVM等指标进行计算，且易于嵌入其它系统和设备，使用方便。     

矢量信号调制质量分析方法研究与实现

采用矢量信号分析技术通过分析已调信号的特性，能够快速发现引起信号失真的原因，定位系统设计中的错误，该技术在信号分析仪器、数字通信等领域应用广泛。本文在深入研究矢量分析技术的基础上，建立了矢量信号分析模型，并对矢量信号分析中对结果影响较大的最佳判决未知和幅相补偿模块进行了详细分析。利用软件实现了矢量信号调制质量分析，能够快速的对EVM等指标进行计算，且易于嵌入其它系统和设备，使用方便。     

太阳辐射对环火段通信链路的影响分析及参数设计

深空探测的上合阶段(superior solar conjunction,SSC)，太阳强辐射成为影响地面站接收噪声温度计算分析的关键性因素之一。针对太阳辐射引起的高传输误码率甚至通信中断问题，以火星探测为例，提出一种定量化计算环火段太阳 地面站 探测器夹角∠SEP的方法，结合角度关系分析了环火段SSC阶段太阳对链路产生影响的原因，重点分析了地面站接收太阳噪声温度与空间链路、空口参数以及天线波束特性之间的关系。研究及仿真试验表明，当天线口径一定时，地面站的接收噪温峰值Tsmax和太阳对地面站的影响时长ti均与通信频率成反比; 在通信频率一定时，Tsmax与天线口径成正比，t_i与天线口径成反比；当天线口径固定为34m时，S频段下的Tsmax高达12830K，是Ka频段下的1.8倍，S频段的ti比Ka频段下的ti表现在∠SEP上延长近0.5°。当通信频率固定为S频段时，70m口径天线与18m口径天线相比，Tsmax高出1920K，但是ti表现在∠SEP上缩短约0.53°。结合太阳辐射对通信链路的影响分析，给出了不同∠SEP下的链路参数设计建议，为火星探测链路中的参数设置提供参考。     

基于电光调制技术的脉冲场强校准方法

研究脉冲场强的校准方法，分析S频段脉冲场强产生原理和校准装置组成。通过基于电光调制技术的铌酸锂光波导传感器法对脉冲功率产生的峰值场强进行测量，峰值场强(1～3)kV/m,脉宽(10～100)μs,占空比1%～10%,上升/下降时间小于100 ns,场强幅值测量偏差小于1 dB。通过分析不确定度来源对测量不确定度进行了评定，扩展不确定度1.7 dB。最后采用接收天线法对光波导传感器法的脉冲场强校准结果进行了验证。     

新型平面短路结构宽带振子天线的设计

提出了一种改进后的新型平面短路结构宽带振子天线.与普通振子天线相比,该天线的平面短路结构更利于与载体表面共形.通过对天线主要结构参数分析优化,这种新型天线,凭借着其独特的外形结构和阻抗加载技术,相比于同类天线不但实现了天线尺寸的小型化,而且有更好的带宽和辐射特性.软件仿真表明,该天线在超短波甚高频(VHF,Very High Frequency)工作频段(30~88MHz)内满足电压驻波比小于3,垂直极化,水平全向辐射,辐射强度在工作频段优于-10 dB,辐射增益平坦度在2 dB以内.计算结果与实测结果吻合良好,该天线在超短波通信系统中有较好的应用前景.     

应用于毫米波反射计的多项式校准方法

为了在毫米波波段准确测量波导器件的反射系数,提出了一种应用在反射系数测试前端(反射计)中的校准方法.该校准方法采用基于多项式的误差模型,使得每一个误差项的求解都转化成一个求解轨迹圆圆心的问题,同时不影响求解精度.采用一个滑动负载、一个滑动短路和一个短路器,在毫米波波段降低了对标准件理想程度的要求.实验中搭建了一个Ka波段的反射计,图解误差项的求解过程,分析了误差项的物理意义.把校准后的测量结果与商用矢量网络分析仪(VNA,Vector Network Analyzer)进行比较,吻合较好.同样比较了一组W波段反射计对波纹喇叭的测量结果,进一步验证了方法的合理性.      

基于RLS算法的阵列天线抗干扰性能研究

本文基于空域调零算法中的递推最小二乘算法，对不同阵列天线模型进行了导向矢量的建立，使用MATLAB仿真对比了4元共形阵列天线与4元平面阵列天线在同一干扰信号下的抗干扰性能。验证分析表明，共形阵列天线存在阵元间信号接收增益不一致的现象，会影响算法的抗干扰性能。相比之下，平面阵列中的加心圆阵抗干扰效果较好且算法稳定性较高，能在干扰信号方向上产生准确的“零陷”。     

同心锥形TEM室结构设计及性能研究

针对目前场强探头在实际使用中无法进行宽带场强校准的问题,研制了同心锥形TEM室宽带场强校准系统,该系统可实现200MHz～40GHz频段内(1～200)V/m场强范围的场强探头频率响应、线性响应、场强幅度范围等参数的校准能力,为满足宽频带、大动态的场强校准需求打下良好基础。本文主要介绍同心锥形TEM室的阻抗匹配段和屏蔽门自顶向下的结构设计,并对其电性能进行了实验验证。     

气溶胶光学特性偏振遥感反演算法

陆地上空大气顶的辐射主要由大气散射和地表反射组成,一般地表反射的贡献要大于大气散射的贡献,使得陆地上空气溶胶的特性提取非常困难,而偏振信息只强烈依赖于散射粒子的特性,发展基于偏振信息的气溶胶反演方法是非常有效的. 通过对矢量辐射传输方程求解进行研究,基于倍加累加法矢量辐射传输模式分析影响气溶胶反演的主要因素,确定多维参数查找表建立方法,利用POLDER(Polarization and Directionality of the Earth-s Reflectances)提供的反射率和偏振反射率数据,发展了一种利用反射率和偏振反射率查找表迭代查找反演气溶胶光学参数和地表反射率的算法,实现了对北京、香河、Dalanzadgad观测站上空气溶胶光学厚度、粒子半径、折射指数和地表反射率的反演.用AERONET(Aerosol Robotic Network)地基数据对反演结果进行了验证.     

基于TRL的非标准接口机载射频线缆测试方法

机载射频（RF）线缆是传输信号的主要介质，其回波损耗等性能参数影响飞机通导系统的工作，目前存在多种非标准接口线缆，需采用精密的转接引线，但其对阻抗、传输损耗等参数要求较高，且易发生性能衰减，导致测试结果产生较大误差。因此，针对应用精密转接引线进行测试时存在的问题，提出了基于TRL的非标准接口机载射频线缆测试方法。利用级联传输参数矩阵的方法对转接引线与待测线缆进行建模；利用改进的TRL校准方法对转接引线的参数进行去嵌入获取待测线缆的散射参数，进而评估机载射频线缆的性能。应用所提方法进行机载射频线缆测试实验，结果表明：除个别谐振点外，回波损耗最大误差约为1 dB，传输损耗最大误差约为0.2 dB，验证了所提方法的可行性和有效性。     

参数自适应误差自校准的Sigma-Delta闭环微机械陀螺仪

提出并实现了一种用于MEMS谐振陀螺仪的新型自适应自校准多级噪声整形(MASH) 微机电sigmadelta闭环测控电路方案。该技术针对高精度MEMS音叉陀螺仪的误差校准, 开发了在线自适应误差校准的MASH2-0闭环测控电路,且无需使用任何额外的机械校准方法。该技术不仅可以有效地消除由于MEMS音叉陀螺仪敏感元件加工误差和接口测控电路之间的参数失配在输出端产生的误差影响,并且能够校正由非理想信号传递函数而导致的信号链路传输中的频谱失真和增益失配。试验结果表明,与传统的闭环MEMS陀螺仪相比,所提出的自适应MASH2-0闭环测控电路技术可以实现更好的系统稳定性、动态范围和噪声性能。     

基于MARS的多径干扰抑制方法与实验研究

多径干扰是天线测量中普遍存在的环境干扰，它通常是由待测天线附近的设备对测试信号的反射所引起。针对天线定标中的多径干扰问题，提出采用数字吸波体反射抑制(MARS)技术对天线接收信号进行模式滤波，将信号中的多径干扰分量进行分离并滤除，进而降低测量环境中的多径效应。推导了相关公式，在天线平面近场测量系统中对该技术的效果进行了验证，实验中采用分布于待测天线附近的多个角反射器模拟环境中的反射源。结果表明该方法可以有效降低测量环境中多径效应对测量结果的影响，在待测天线最大辐射方向上的平均增益误差小于0.1dB，提高了天线测量精度。     

深空探测低信噪比通信研究

与传统无线通信相比, 深空通信由于传输损耗巨大、探测器能量受限且轨道多变等因素, 须解决信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)极低、数据接收不连续及信道参数多变等难题. 针对这些问题, 论述了在深空探测极低SNR下需重点研究的深空天线组阵、编码与调制、联合解调译码、喷泉码以及其自主无线电实现等关键技术, 以有效协助解决上述深空通信难题. 同时, 讨论了这些关键技术的发展趋势及其在未来深空通信中的应用.      

航天器多通道近场无线能量传输系统设计

针对航天领域空间交会对接、航天器配电、在轨服务与维护等领域对无缆化的需求，提出了多通道近场无线能量传输系统，建立了多通道磁耦合近场无线能量传输系统数学模型，分析了影响系统传输效率的重要参数，并对关键参数对系统效率的影响进行了仿真分析。通过线圈高效耦合设计，实现了多通道近场无线能量传输系统的效率最优。所提系统解决了能量的无线传输，并实现多负载接收的问题。通过一台1 000 W多通道近场无线能量传输样机进行了实验研究，结果表明，所提多通道近场无线能量传输装置具有传输效率高的特点，解决了航天器无线能量传输的多负载问题。      

同步式GPS欺骗干扰信号生成技术研究与设计

出于对"低、慢、小"无人机进行导航定位诱骗的实际需求，在实验室原有的异步生成式GPS欺骗干扰源的基础上，研制了一种小型化的同步生成式GPS欺骗干扰源。首先，在异步生成式GPS欺骗干扰源射频信号模型的基础上，考虑到干扰源信号处理延时、欺骗信号的传播延时、无人机上目标接收机所接收真实卫星信号状态以及无人机运动模型，建立了对同步欺骗信号仿真时间和状态参数进行精确计算的数学模型。其次，通过本地授时型接收机提供驯服后的基准时钟和秒脉冲（1PPS）信号，实现欺骗干扰信号与真实卫星信号系统时的同步，并通过高阶直接数字频率合成（DDS）技术精确控制信号参数、保证欺骗信号到达目标接收机接收天线相位中心时与真实信号的相位状态在成功诱骗所允许的误差范围之内。最后，通过商用接收机和无人机进行了实验验证，在无人机上目标接收机正常跟踪真实卫星信号的前提下，开启同步生成式GPS欺骗干扰源发射欺骗信号，能够使目标接收机逐渐偏离正常定位测速结果而产生受控的定位测速结果。结果验证了同步信号模型和所设计同步信号生成电路的正确性，且表明同步生成式GPS欺骗干扰源能够实现对商用接收机和无人机导航定位的诱骗。      

FDA对比幅法单脉冲测向的角度欺骗

基于相控阵的干扰机在对目标雷达施放干扰的过程中，其辐射信号会被敌方的无源探测雷达所捕获。基于频率分集阵列(FDA)干扰机结构，提出一种针对敌方相邻天线比幅单脉冲测向系统的角度欺骗方法。首先，在建立FDA模型的基础上计算出FDA雷达的半功率波束宽度。然后，将半功率波束宽度代入相邻天线比幅单脉冲测向系统，通过仿真，系统分析了FDA干扰机对比幅法无源测向系统的角度欺骗效果及误差影响。仿真结果表明，远场条件下，FDA干扰机对测向系统具有良好的角度欺骗效果。      

太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m²·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m²·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.     

基于方向调制的多目标卫星物理层安全测控技术

在巨型星座中，航天测控系统需对多目标卫星同时进行测控任务。由于无线信号的广播特性，全空域多波束测控系统在可视弧段内存在多个目标卫星和多个非目标卫星，有用信息在传输过程中易被非目标卫星拦截和窃听，测控链路的物理层安全问题亟待解决。考虑在地面站多波束发射机中引入方向调制技术，通过在发射信号中叠加人工噪声，并针对非目标卫星方向未知和已知两种场景分别设计基于正交投影和基于最大化信泄噪比(maximum signal-to-leakage-and-noise ratio, Max-SLNR)的波束成形算法，来有效提升测控系统的物理层安全性能。仿真结果表明，两种算法均能使非目标卫星方向上的接收信号星座图产生畸变，同时在目标卫星方向上保持标准的星座图分布。相较而言，正交投影算法更适用于非目标方向未知场景，达到无差别屏蔽非目标卫星方向截获的效果；而Max-SLNR算法综合考虑了对非目标卫星接收机性能的抑制，能够达到定向屏蔽非目标卫星的效果。