国外通信卫星系统灵活性发展研究

正提升单位带宽的效费比,是传统地球静止轨道(GEO)通信卫星运营商持续追求的命题。过去数十年间,为达到这一目标,运营商采取众多技术途径,包括提高载荷功率以支持更大带宽传输、延长设计寿命以增加收入、多波束频率复用以提升容量等,推动了卫星平台承载能力的不断升级、载荷通信性能的快速改善。最明显的结果是,全球在轨通信卫星总容量在2013年首次突破1Tbit/s,2016年则翻番至2Tbit/s。但容量激增也引发     

基于A2C算法的低轨星座动态波束资源调度研究

巨型低轨星座为载人飞船、空间站、遥感卫星等用户航天器提供低时延、大容量的通信通道存在波束资源分配优化的难题。针对采用离散时间的深度强化学习A2C(advanced actor-critic)的智能优化框架进行了研究，结合遗传算法中个体和基因概念、形成了可有效满足多用户、动态、并发接入需求的波束资源调度算法。基于仿真分析，提出的算法可在多种典型场景下具有适用性，支持在20 s内完成超过3 000个任务的有效规划，任务成功率不低于91%。通过算法优化实现复杂度的降低，相对传统遗传算法可节约时间45%以上。同时对传统A2C算法框架中的收敛问题进行了优化，解决了传统全连接A2C算法无法收敛的难题，同时相比DQN(deep q-network)算法框架收敛速度提升38%以上。     

欧洲"Ka频段卫星"升空

2010年12月27日,欧洲通信卫星公司的“Ka频段卫星”（Ka—SAT）由俄罗斯质子-M运载火箭从拜科努尔发射场成功发射,Ka—SAT是一颗全部携带Ka频段转发器的直播卫星,由欧洲阿斯特留姆公司建造,该卫星发射质量为6150kg,具有82个点波束,覆盖欧洲和地中海盆地,通信总容量超过70Gbit／s。它可为10077个家庭用户提供宽带业务,是迄今为止全球设计最先进的多点波束卫星．卫星下行链路数据率达到10Mbit／s,上行链路为1Mbit／s,该卫星天线系统由加拿大MDA公司提供,合同价值为460万美元．     

宽带卫星通信系统发展现状与展望

随着全球信息高速公路因特网的飞速发展和普及,以及交互式多媒体业务的迅速增加,各行各业对宽带的需求越来越紧迫。宽带卫星通信将以其灵活、大范围的覆盖能力,成为无地面网络覆盖地区宽带接入的最佳解决方案。宽带通信卫星正引领着卫星通信的重大变革。Ku等商用频段能够提供的总容量已经无法满足与日俱增的用户带宽需求。Ka频段新型卫星宽带通信系统由于其较宽的可用频段、远端设备小巧、点波束增益高、安     

新型宽带宽波束圆极化卫星导航终端天线的设计与实现

卫星通信与卫星定位系统的应用发展，对终端设备天线的性能提出了更高的应用需求。为实现宽频带宽波束圆极化天线的设计，采用正交移相馈电网络对含有背腔的交叉偶极子天线馈电，实现了宽带圆极化单向辐射特性，同时利用磁电偶极子对交叉偶极子进行加载，展宽了天线的波束宽度，促使天线在50.7%的相对带宽内S11＜-10dB，在1.3~1.75GHz的频带内轴比小于3dB，轴比小于3dB的圆极化波束宽度可达180°，增益不小于6.6dB。经实测验证，所设计的天线具有宽频带宽波束特性，同时具有结构紧凑、性能稳定的优点，适用于卫星通信与导航终端系统。     

一种新型路径共享真时延波束合成架构的设计

为满足宽带天线通信系统多输入多输出的要求,提出了一种新型路径共享真时延波束合成架构。通过真时延单元提供的一定延时差弥补信号到达天线的时间差,合成多路信号来提高输出能力。相比于传统的波束合成架构,该架构通过真时延单元共享,节省芯片面积。该架构具有中心对称性与可扩展性,可支持2M个输入和2K个输出。基于HHNEC 0.18 μm CMOS工艺设计四入四出波束合成器单元,对提出的架构加以验证。仿真结果表明,工作频带为0.5~1.5 GHz,延时分辨率为80 ps、最大延时为720 ps。在天线间距为10.5 cm的情况下,能够提供±43°和±13°四个扫描角度。输入输出回波损耗≤-10 dB,带内整体增益为约26 dB,增益平坦度≤3 dB。版图面积（包括I/O焊盘和ESD）为3.69 mm×3.62 mm。      

基于非正交码的波束形成网络幅相测试方法

针对目前数字波束形成网络幅相一致性测试系统中扩频码受限于正交码的问题,提出了一种基于非正交码的数字波束形成网络幅相测试方法。基于非正交码的幅相测试精度受多址干扰影响,提出了使用解相关算法提高幅相测试精度的方法,该方法以噪声略有增加为代价消除了多址干扰。理论分析给出了幅相测试的理论下界,并分析了系统误差、通道间耦合对幅相测试精度的影响。仿真结果显示,当采用非正交码时,测试设备不使用解相关算法无法达到预设的精度要求;使用解相关算法后,基于非正交码的幅相测试可以达到理论下界,在带内信噪比为10dB条件下,幅相测试精度为±01dB/1°,可以满足实际系统需求。     

基于DDMZM的星载微波光子混频器设计

微波部件由于分布式参数的影响，存在一定的频率选择性，难以实现宽带多频段兼容的变频系统，已不能满足高通量星载通信载荷的需求。微波光子技术以其大带宽和无频率选择性的优势为高通量天基通信需求的实现提供了可能性。基于双驱动马赫增德尔调制器(DDMZM）对星载通信转发设备混频单元的方案进行探索，通过理论分析链路模型，使用VPI软件对链路进行仿真优化来寻找DDMZM的最佳偏置点。试验结果表明调制器偏置在最小点时，变频效率高，且具有一定的载波抑制功能，可实现宽带、多频段以及抗干扰等性能，优于微波变频性能。     

多星联合任务规划方法

针对多星对地观测系统联合任务规划问题,考虑卫星载荷具备连续侧摆能力和多种数据压缩模式的新特点,构建了多星联合任务规划模型,在此基础上设计多星联合任务规划和数传调度算法框架,实现了卫星连续侧摆成像规划算法和基于任务优先级的数传任务调度算法,最后采用实际算例进行试验,结果表明文章提出的多星联合任务规划方法能在提高完成任务数量的同时降低卫星资源消耗,满足实际应用需求。     

祝融号火星车科学探测模式设计与验证

受通信能力低、能源不足等限制，祝融号火星车有效载荷科学探测需提高探测效率，以有限资源获取尽可能多的有效探测数据。祝融号火星车的巡视探测科学任务着眼于火星局部地区，包括火星车行驶时载荷探测和火星车停止时定点就位载荷探测两个主要工况。统筹考虑祝融号火星车移动能力、通信能力、能源能力、热控能力等约束，合理划分工程活动和科学探测活动可用的资源，协调使用火星车的桅杆和移动系统，优化组合各载荷工作模式，设计了高效载荷探测模式。该探测模式与基于工作模式表的自主探测控制方式相结合，解决了资源受限情况下的多载荷协同探测难题。祝融号火星车有效载荷系统圆满完成了预期探测任务，设计的科学探测模式全部得到在轨验证。结果表明这些模式设计合理有效，满足安全、自主、高效开展科学探测的需求。     

多终端在星上多频时分多址系统中的分配

由于卫星资源有限并且昂贵,多频时分多址(MF-TDMA)接入方式被广泛应用于现代宽带通信系统的上行链路设计中。时隙分配算法的有效性是高效利用MF-TDMA系统资源的保证。针对卫星系统的特性,提出了一种基于函数权值的卫星时隙的分配算法,通过最优化权值的方法,有效地提高了资源利用率。通过仿真分析了不同业务的时延性能和信道利用率,并且与几种典型的分配算法进行了比较。仿真结果表明,文中的分配算法能够有效地提高信道利用率,在终端数量较多时,优势更为明显。文中提出的新算法简单,计算时间短,能够有效地在卫星网络中实现。     

基于遗传算法PID整定的卫星姿态控制研究

文章针对新一代资源卫星建立了带有有效载荷的卫星姿态动力学方程,并且使用遗传算法PID参数自整定的方法进行了卫星姿态控制,有效地消除了可转动载荷对卫星姿态的影响。仿真结果表明,使用遗传算法PID参数自整定方法,对卫星的姿态系统具有较好的控制性能,并且克服了传统PID调参困难的缺点。     

国内及区域性移动通信卫星方案设想

概要介绍了中国移动卫星通信市场的基本需求;提出了建立中国移动通信卫星系统的一些基本设计考虑,包括系统的设计目标及任务、通信体制的选择、轨道的选择、频段的选择等;并摘要介绍了中国及亚太地区区域性移动通信卫星方案的基本性能参数,如卫星ＥＩＲＰ,ＳＦＤ,Ｇ／Ｔ值等,并证明了利用静止轨道通信卫星进行手持机通信的可行性。     

极化复用方式下高性能数传基带奇偶合路实时处理方法

数传基带奇偶合路实时处理,是极化复用方式下卫星过境弧段即时判读星载设备状态及获取空间科学探测成果的前提和基础。面向空间科学卫星高速数传实时处理需求,针对传统合路处理方法受限于内存拷贝与排序操作导致处理性能较低的问题,提出一种使用环形队列对数据进行内存管理并基于各虚拟信道奇偶单路传输帧计数自然有序特征进行合路处理的新方法,有效规避频繁的内存移动与复杂耗时的排序操作,显著提升奇偶合路实时处理性能。空间科学卫星任务的工程实践结果表明,所提方法的实时合路性能满足ASO-S卫星1 Gbit·s–1和CASEarth卫星1.6 Gbit·s–1的高速数传实时处理需求。      

SPORT卫星构型方案设计

根据SPORT卫星有效载荷探测的需求, 结合卫星总体设计及构型布局设计原则, 在运载对卫星构型布局约束条件下, 针对天线单元的两种探测形式, 给出了两种卫星构型设计方案. 其目的在于为有效载荷在星上的布局提供可视化平台, 确定有效载荷在星上的位置和方向, 避免有效载荷间的位置干涉和相互遮挡, 观察有效载荷的工作空间, 初步确定科学目标实现的方式, 为卫星平台的结构方案设计提供依据. 经探测任务初级系统的可行性论证, 两种方案均可满足SPORT卫星有效载荷探测的需求.      

天基网络体系及自适应资源动态管理

随着天基网络应用范围的不断扩大和承担任务重要性的持续提升，天基网络及通信卫星星座建设将在未来网络通信中发挥越来越重要的作用。天基资源管理技术对于天基网络业务负载的实时性和高效性保证具有重要的意义。文章就天基网络的现状和业务特点进行分析，针对天基信息网络的资源管理系统功能和特点，对资源动态管理技术，包括实现场景、功能重构和资源分配进行研究，针对实时的资源分配，基于首价密封（First price sealed bid，FPSB）拍卖博弈提出了一种自适应分布式资源分配方法，并进行了相应的分配方案设计。最后通过对天基网络场景的仿真，证明了该方法在提高天基网络资源利用率和系统运行效率上的优势。     

一种卫星信道的反馈优化接入机制

提高卫星信道资源利用率，探索高效可行的端站接入机制是卫星通信发展亟待解决的问题之一。当前卫星通信DVB-RCS标准基于带宽预先规划的接入机制与端站随遇接入的需求矛盾凸显，因此提出一套信道反馈优化接入机制，综合考虑各端站数据业务需求，在不改变原有协议信令特征的基础上，探索性地引入谦虚度激励方法，创造性地构造动态协商反馈模型并加以求解，达到提高端站接入数量、满足随遇接入需求、提升信道利用效率、最大化整体带宽通信业务效益的目的。通过试验验证，带宽分配反馈优化机制比传统模式提高近1倍接入率，最大端站数接入时算法耗时约只有0.67s，可为卫星信道使用提供技术参考。     

小型控制力矩陀螺扰动建模及性能指标分析

为实现遥感卫星的高精度指向能力,对遥感卫星星上常用执行机构控制力矩陀螺扰动及性能指标评定进行了研究。首先,充分考虑小型控制力矩陀螺的静动不平衡量以及框架轴的安装误差,根据动量定理和动量矩定理建立了完整的星载小型控制力矩陀螺的动力学模型,并对所建立模型的正确性进行了理论分析和仿真验证;其次,将含有扰动特性的小型控制力矩陀螺应用到星上,建立了整星动力学模型,并选用合适的框架伺服控制系统和转子伺服控制系统,完成整星的姿态稳定控制任务;最后,采用数值仿真的方式分析了陀螺转子静动不平衡因素以及框架角测量误差对星体姿态精度和稳定度带来的影响。结合任务要求,对小型控制力矩陀螺设计提出静动不平衡量等指标要求,以期使其满足星上光学有效载荷的成像要求。     

离散拓扑业务模型中多媒体LEO网络性能分析

针对快速发展的多媒体卫星网络,提出一种新的低地球轨道卫星网络性能的定量研究模型。该模型考虑了星座动态拓扑变化和全球业务需求变化的复杂特点,建立了离散时间下的业务和拓扑映射关系;依据马尔科夫过程理论和卫星链路带宽约束条件,对实时和非实时两种类型业务采用概率分析方法,推导出定量计算阻塞概率、排队时延等网络性能参数的公式。大量仿真结果表明理论分析方法的正确性和有效性。该研究方法可用于多媒体低地球轨道卫星网络QoS路由管理和资源分配设计的参考。     

嫦娥四号任务科学目标和有效载荷配置

嫦娥四号探测器由中继星、着陆器和巡视器组成.其科学目标为:月基低频射电天文观测研究,月球背面巡视区浅层结构探测研究以及月球背面巡视区形貌与矿物组分探测研究.共配置6台有效载荷设备,其中3台载荷设备配置在着陆器上,分别为降落相机、地形地貌相机和低频射电谱仪,其余3台配置在巡视器上,分别为全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪.本文主要论述了嫦娥四号任务的科学目标、着陆区概况、有效载荷配置及系统设计、各有效载荷任务和主要技术指标等.