类X-37B升力体再入飞行通信特性中断研究

针对再入非平衡等离子流场的数值仿真方法及等离子体鞘套对不同波段电磁波传输特性的预测开展研究。首先，利用某工程钝头体飞行器再入实测通信飞行测量数据，初步校验数值仿真等离子体特性和通信特性方法的正确性；其次，在典型弹道下针对升力体再入飞行器开展等离子体鞘套数值仿真，分别给出S波段、Ka波段与K波段电磁波衰减特性，研究指出结合当前国内中继星体制情况采用高频段电磁波Ka波段或K波段中继通信方式是解决通信黑障的技术途径之一；最后，研究了电磁波数衰减受传播方向角和攻角的影响规律。研究结果可为发展解决我国再入飞行器通信黑障的设计方案提供参考。     

V 频段卫星通信天线捕获跟踪系统研究

随着卫星通信向大容量、网络化发展,Q/ V 频段逐渐应用于卫星通信的星地馈电链路和星间链路。为了掌握Q/ V 频段卫星通信技术,课题开展了频率较高的V 频段卫星通信天线捕跟系统研究和关键单机研制。由于V 频段天线波束窄,天线指向精度要求高,课题选择了程控+自动跟踪的天线指向控制方法,天线捕获跟踪采用单通道单脉冲体制方案。针对V 频段1. 8m 天线,解决了反射面赋性设计、精加工和形面精度测试,馈源小型化、精加工和装配,以及天线增益测试等难题。解决了V 频段单通道调制器芯片电路稳定工作和参数优化方法,实现了低噪声、高增益和高的和差通道隔离特性。在单机研制基础上,搭建了V 频段天线捕跟系统,通过外场捕获跟踪试验,获取了V 频段卫星通信天线捕跟系统关键参数:天线增益大于56dBi,低噪放噪声系数小于4. 2dB,自跟精度优于0. 05°。通过课题研究,验证了天线捕跟系统优良的跟踪性能,突破了V 频段关键单机设备研制技术,为后续型号应用积累了工程经验。     

超视距雷达探测高超声速飞行器可行性分析

在前期开展再入飞行器RCS（雷达散射截面）特性试验和理论研究的基础上，对典型临近空间高超声速飞行器RCS特性开展了研究，分析了绕流和尾迹对飞行器本体RCS特性的影响。研究表明等离子体流场在头身部绕流、近尾尾迹和部分远尾尾迹的最大电子密度将远高于电离层最高电子密度，更高于典型天波超视距雷达工作频段对应的临界电子密度。因而等离子体尾迹将会对3~30 MHz频段电磁波产生较强的散射，使得等离子体尾迹的RCS远远大于飞行器本体的RCS。利用临近空间高超声速飞行器尾迹RCS的这一特点，有可能实现对临近空间高超声速飞行器的超视距探测。     

采用卫星中继克服航天器再入通信黑障的途径

在简述载人航天器再入过程、等离子鞘套特点和中继传输原理的基础上,分析了采用卫星中继克服再入通信黑障的具体途径。考虑到必须采用较高工作频率(Ka频段)的一次中继方法存在一定局限性,提出了一种采用二次中继的新方法,它可以将再入通信的工作频率向低扩展到多数载人航天器在轨常用的S频段。文章讨论了这两种方法的优缺点,论述了实施它们对中继站和再入航天器的主要要求,并就影响其效果和航天器设计的重要因素进行了分析。链路计算结果表明:两种方法都可满足传输需求,从总体上考虑二次中继方法更好一些。考虑到我国空间基础设施和相关技术背景条件,在近期内卫星中继将是解决再入通信黑障问题可实现的技术途径。     

中继终端:天基测控搭建太空“天路”

正神舟十一号飞船成功发射后,要确保与地面通信的实时畅通,就必须依靠中国航天科技集团公司五院西安分院研制的中继终端。通过与中继卫星天链一号实现"太空握手",中继终端成为天基测控的重要终端。中继终端的应用,使我国的天基测控通信得以成为现实,从而在太空中搭建了地面与卫星,卫星与飞船之间的"天路"。当神舟十一号飞船进入预定飞行轨道时,中继终端将计算出中继终端天线的指向数据。之后,中继终端中的转动设备将天线指向中继卫星天链一号,这样     

降低电磁波在再入等离子体中衰减的仿真分析

对电磁波在再入等离子体中的衰减特性进行了分析。在不减少辐射口面处等离子体电 子总数的条件下,提出一种极化方向电子密度周期变化分布降低电磁波衰减的方法。对于电 子密度均匀分布与再入过程中实际分布的等离子体模型,采用发射与接收天线,对电磁波在 等离子体中的传播特性进行仿真。得到了电子密度均匀分布与周期变化时的电场分布图,分 别计算了电子密度均匀分布与实际分布时的电磁波衰减,对原分布与周期变化分布时产生的 电磁波衰减进行比较。仿真结果表明,极化方向电子密度的周期变化,可有效改善电磁波的 传播特性,使电磁波衰减降低。
     

中继卫星在轨自动跟踪精度测试方法研究

针对中继卫星在轨自动跟踪精度测试基准值建立和有效数据获取的难题,根据在天线电轴跟踪零点附近角误差电压灵敏度正比于波束指向角误差灵敏度的特性,提出了采用角误差电压灵敏度作为基准值,天线稳定跟踪目标时的方位角误差电压和俯仰角误差电压作为测试数据,通过数据处理得出在轨自动跟踪误差,然后与差波束零点(天线电轴)与和波束接收信号最大值轴之差相加,得出在轨自动跟踪精度的测试方法。并制定测试方案和测试流程,在轨进行了实施。与地面测试结果进行比较,数据相近,验证了测试方法的可行性和有效性。采用该方法测试难度小,便于实施,测试结果不受天线安装误差、卫星姿态变化等因素的影响,解决了中继卫星在轨自动跟踪精度测试的难题。     

适合临近空间通信的Ka/V双频口径耦合天线设计

为了减缓飞行器在临近空间高速飞行时产生的等离子体鞘套“黑障”对其通信影响,根据ITU分配的临近空间3区业务频段,设计了一种在Ka/V双频段工作的口径耦合微带天线。该天线在中间缝隙开一圆孔,通过改变圆孔大小实现双频工作,并组成1×4的天线阵列,实现了在Ka和V两个频段的通信。设计结果表明：在Ka频段的-10dB带宽达到11.33%,V频段带宽达到2.52%,满足其在临近空间3区业务的通信频段。该天线易于实现,结构简单,可为临近空间通信飞行器天线设计提供参考。     

星地融合网络相控阵天线应用研究进展

卫星通信网络与地面移动通信网络融合，可提供低时延、广覆盖的泛在接入服务。相控阵天线作为星地传输端到端信息获取的射频前端，具有剖面低、波束成形灵活、多维参数捷变等优点，但也面临降低成本及功耗、增加宽带传输能力、提高宽角扫描性能等方面的挑战。与现有相关综述关注相控阵天线设计流程及制造工艺不同，对相控阵天线在星地融合网络中的应用研究进行综述。首先，阐述相控阵天线的不同架构和特点。其次，总结应对挑战的若干关键技术，包括波束凝视、高精度波束指向、低成本、多波束等。最后，展望在分布式星群组网、高频段演进和通信感知融合等场景中的发展趋势和研究方向。     

再入等离子鞘的电波传播特性

高速飞行器周围的“再入等离子鞘”对天线所辐射的电磁波产生严重的干扰。本文从计算高温电离空气的传播参数出发,给出了弹道式洲际导弹再入时等离子鞘的功率传输特性,并讨论了再入通讯频段选择等问题。     

A compact, light-weight high data-rate antenna system for remote-sensing orbiters and space exploration

Upcoming space missions utilizing hyperspectral or other high-resolution sensors will generate a vast amount of data in orbit. The average communication duration between a spacecraft in low Earth orbit (LEO) to a dedicated ground station is short and in addition, due to the high amount of data to be transferred at link times, a high-performance communication system on board of the satellite is indispensable.A solution that provides longer acquisition times with the ground station is to employ a high data-rate inter-satellite link to a geostationary relay satellite, which requires a flat, compact, steerable, light-weight yet robust antenna. Such an antenna system (antenna module plus pointing module) was developed for S-Band at the Institute of Astronautics (Technische Universität München), in cooperation with German space companies, research institutes and the German Aerospace Center (DLR). Its successful operation via the geostationary relay satellite Artemis was demonstrated in cooperation with ESA in 2007.This paper describes the evaluation of an antenna system in the Ka-Band, as a successor to be developed in the next two years for high data rates and the various applications of such an antenna system.     

国外中继卫星对航天器交会对接的测控通信支持

中继卫星系统的天基测控通信是近代航天技术的重大突破,它能够有效地满足航天器交会对接的测控通信需要。文章分析了美国＂跟踪与数据中继卫星系统＂（TDRSS）和欧洲＂阿特米斯＂（ARTEMIS）中继卫星对＂自动转移飞行器＂（ATV）与＂国际空间站＂（ISS）交会对接任务的测控通信支持,总结了国外中继卫星系统支持航天器交会对接...     

卫星点波束天线的多目标指向优化研究

卫星天线波束常常需要同时覆盖特定区域内多个目标,为保证目标接收卫星信号的增益要求,需对其指向进行优化。以我国某卫星点波束天线为研究对象,将天线功率辐射模型引入卫星指向计算模型中,完成了指向目标的增益计算。运用最优化原理分析了多目标指向增益优化模型,在无约束条件下,指向增益最优点在标称三目标构成的三角形重心位置;有约束条件下,最优点在满足相应约束下偏离无约束最优点。多目标指向优化理论研究对点波束天线的高精度指向及确保目标的通信特性提供了适用的工程模型,具有极强的工程应用价值。     

Advanced high capacity domestic satellite communications system

This paper describes a concept of multibeam high capacity transmission possible with a 30/20 GHz and 50/40 GHz domestic satellite communication system. The relationship between satellite antenna pointing accuracy and multi-beam antenna interference, as well as the relationship between satellite antenna pointing accuracy and multi-satellite interference are looked at.The ultra high capacity domestic satellite communication system will have multi-beam antennas with a 76.0 dB at both 20 GHz and 40 GHz. These antennas will provide 4950 beams that approximately correspond to the number of end office of the Japanese telephone network, and have a pointing accuracy of 0.005 degrees. This system will be equipped with 9900 30/20 GHz and 50/40 GHz transponder channels with bit rates of 800 Mbps. Its capacity will be 119 Tbps through use of 15 large communication satellite platforms.     

星载可移动多馈源单口径多波束天线研究

针对我国通信业务容量提升以及热点区域动态变化的保障能力需求,设计了Ka频段多馈源单口径可移动多波束天线,研究了波束馈源簇形成方式、相邻波束馈源交叠方案、天线转动方式、波束形成网络,以实现覆盖区域的高增益通信和波束灵活调整。通过高增益低旁瓣多波束天线的频率复用设计和波束形成网络技术研究,提升卫星通信系统的容量及天线覆盖的灵活性。重点改善波束扫描后的形状畸变和性能恶化问题,仿真表明,对波束幅相权值的优化可以保证天线转动前后波束增益和C/I性能稳定。     

地球同步卫星轨道漂移对天线指向的影响分析

位于地球同步轨道的卫星由于受各种空间因素的影响，其运行轨道会随时间逐渐偏离地球赤道面．轨道倾角由0°逐渐增大。这种轨道倾角漂移会导致对地通信的固定波束天线指向偏离地面站，引起天线指向失配误差，造成通信质量下降甚至丧失。文章分析了轨道漂移对天线指向的影响，并给出了天线指向调整的策略。     

面向卫星通信系统的低成本超表面相控阵技术

低轨通信卫星系统因其传输延迟小、通信容量大、发射运营成本低等优势,受到了国内外的广泛关注。然而,低轨通信卫星技术的发展对星载天线系统提出了挑战。为提高卫星星座的通信容量以及实现对用户的跟踪覆盖,波束扫描、波束可重构及多波束覆盖不可或缺。在低成本建设运营的背景下,迫切地需要一种低成本的天线系统方案。作为一种低成本新型相控阵技术,综述了超表面相控阵天线技术及其在波束调控中的应用。首先对超表面天线波束形成的方法进行了简单的研究,之后介绍了超表面电磁调控的机理以及实现可重构的手段,最后介绍了超表面相控阵天线在波束形成、波束扫描、多波束产生中的应用。该技术相较于传统相控阵技术,大幅降低了成本,且在电磁波极化、频率调控中展现出巨大的灵活性。通过对该技术的综述,展望了超表面相控阵在低轨通信卫星中的应用。     

Ka频段液晶相控阵天线设计与分析

随着5G通信、卫星通信、物联网的迅速发展，对于相控阵天线提出了更高的技术要求，要求其具有带宽更宽、成本更低、指标更优、尺寸更小等特点。为了满足移动卫星通信的需求，针对相控阵天线的技术指标要求，设计了一款工作于Ka频段的液晶相控阵天线。通过研究液晶相控阵天线系统的整体架构，对其各个主要功能模块进行了设计和选型，包括天线阵列规模大小评估，移相器、辐射器、馈电网络、偏置网络、波控电路等功能部件的选型，研究基于液晶移相技术的小型化相控阵天线及波束控制电路，最终完成天线设计与仿真，并完成原理样机的研制和测试。对关键技术指标进行论证，天线各项指标可满足Ka频段移动卫星通信的相关技术需求。相较于传统卫星终端，该液晶相控阵天线具备批量生产、体积小、通信位置灵活等特点，适用于各种安装平台，更符合现代化通信的需求，为军/民用移动卫星通信提供了一种有效可行的天线解决方案。     

基于修正模型的天线指向误差统计特性分析

作为评估天线性能的重要指标之一,天线指向精度直接影响着天线的跟踪观测性能。为了适应任务需求,提高天线及星地链路分析精度,本文基于指向误差修正模型对模型各分量的影响因素含义进行了系统分析,并定量研究了各个分量对指向误差的影响。基于各模型参数的分布特性,提出了一种指向误差概率分布模型,进一步完善了天线指向误差分析计算方法,最后利用天线的典型参数分析计算了天线指向误差角近似满足修正瑞利分布下的特征,可为后续星地链路统计分析提供参考依据。