遥感卫星高速数传信息流设计

随着卫星遥感技术水平的提高,遥感数据的类型和数据量快速增加。为适应多类型、高速率遥感数据传输的复杂需求,对数传信息流进行了顶层设计,定义了数传与遥感系统数据接口以及数传帧格式,对遥感数据传输所需码速率进行了分类计算,为设计固定的下行数传码速率提供了依据。进而针对不同类型的遥感数据提出了基于分组优先级虚拟信道动态调度策略的数传信息流设计方案,确保不同类型遥感数据的传输满足不同的应用需求。对高速遥感数据确保满足较低的缓存容量需求,对低速遥感数据确保满足实时性传输需求。采用动态仿真技术对数传信息流设计方案进行了试验验证。设计方案可为后续新一代遥感卫星数传系统设计提供参考。     

可变编码调制在遥感卫星中的应用效能研究

随着遥感卫星观测数据量的日益增加，卫星数据传输能力已成为制约遥感卫星使用效能的瓶颈因素。为充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源，采用可变编码调制（VCM）技术，通过对星地数传信道条件的动态评估，在保证链路传输误码率和链路余量的前提下，自适应地进行当前信道条件下的最优编码调制方式切换，充分利用系统链路余量，提高卫星星地数据传输效能。利用该方法，对VCM数传链路效能进行仿真分析，与相同符号速率的固定编码调制（CCM）体制相比，VCM传输效能平均提升42.1%，可为遥感卫星的数传通道设计提供借鉴。     

面向空间应用高可靠图像数传设备的设计与实现

针对空间高速图像数传任务需求, 设计并实现了一种采用SpaceWire总线传输协议的高速图像数传设备. 该设备的硬件以FPGA为控制核心, 完成对SpaceWire协议芯片的初始化配置、收发数据包处理、中断和异常状态处理等操作. 重点阐述了FPGA的可靠性设计, 包括状态机设计、异步时钟域设计和数据包传输与链路错误的恢复设计. 测试表明该设备能够稳定可靠地实现140 Mbit/s的图像数据传输, 对于链路的突发错误在一定时间内具有错误数据恢复能力, 能够有效保证传输数据的正确性和稳定性.      

卫星双向时间频率传递调制解调器研制进展

卫星双向时间比对调制解调器是卫星双向时间比对系统的核心设备,文章介绍了北京无线电计量测试研究所自主研发的卫星双向时间比对调制解调器(BIRMM modem)的研制情况,该设备具备1Mchip/s,2.5Mchip/s,5Mchip/s三种码速率,最多可拓展10个通道,中频输出频率70MHz。通过本地上星比对试验对BIRMM modem的核心性能指标进行了分析及评估。测试结果表明： BIRMM modem的时间比对精度优于0.3ns。     

Ka频段低轨遥感卫星可变编码调制应用效能研究

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星的星地数据传输能力提升提出了迫切需求,导致X频段星地数传通道压力急剧增加,而Ka频段可用带宽是X频段的4倍,理论上可大幅提升传输能力。当前低轨遥感卫星的星地数据传输通常采用固定编码调制（CCM）和可变编码调制（VCM）,均未利用地面站仰角增大时大气衰减减小所带来的信道条件改善,对链路资源造成浪费。针对此问题,对指定地面站和链路可用度,综合考虑自由空间损耗和大气衰减随接收仰角增加而同时减小的特性,提出基于DVB S2标准的Ka频段星上VCM系统实现方案,给出传输效能评估标准,并对降雨特性不同的喀什站、北京站、三亚站CCM,VCM的Ka频段传输效能进行了对比仿真分析,以寻找出适合不同站点的星地数传方案。仿真结果表明：干旱少雨的喀什站更适合采用CCM,且链路可用度高达99.82%;雨量中等的北京站可根据用户使用需求灵活选择CCM或VCM;而降雨丰富的三亚站更适合采用VCM,不仅可将传输效能提升8.37%,还可将链路可用度提升11.23%。     

C波段统一载波的微波集成下变频器

本文所介绍的是专为卫星工程地面站研制的C波段统一载波的微波集成下变频器。它具有三通道特性,每通道具有净增益20分贝,噪声系数小于8分贝,前中输出干扰电平小于12微伏。和与差信道问随机均方根相位差值小于0.3度;三通道间隔离度大于60分贝;一致性小于±0.5分贝。通过正确选择一本振频率,可以对27个信号进行跟踪和遥测。     

CCSDS无损数据压缩算法的实现与应用研究

无损数据压缩是航天应用和遥感系统的重要业务之一。对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)推荐的数据无损压缩标准进行了分析研究,讨论了其推荐算法的基本原理和编码方法,然后基于DSP(数字信号处理器)实现了该算法并对代码进行了优化。实验结果表明,DSP实现的CCSDS标准的无损数据压缩算法的数据处理速率可达11Mbit/s,可用于那些不需要很高数据吞吐率的星上数据处理任务。最后讨论了CCSDS无损数据压缩标准是如何融入CCSDS体制的星载数据系统中的。     

FTN传输条件下极化码帧间物理层安全结构设计

极化码是适用于物理层wiretap信道安全模型的一种编码方式,针对在超奈奎斯特（FTN）条件下传输的极化码,设计了一种无需获知窃听信道信噪比（SNR）的帧间链式加密的安全结构。通过混淆结构将对合法接收端可靠而对非法窃听端阻塞的码元进行扩散,利用物理层主信道和窃听信道的差异,在每一帧中生成主信道可译而窃听信道不可译的密钥序列,对下一帧进行加密,实现安全容量的帧间传输。仿真结果显示,在FTN加速场景和窃听信道SNR相对于主信道波动的前提下,提出的极化码帧间安全结构可在wiretap信道的平均信道退化程度为0 dB时实现信息的安全传输。      

“微放电专刊”寄语

正微放电效应是在真空条件下,电子在外加射频场的加速下,在两金属表面间或介质表面上激发的二次电子发射与倍增效应。航天器有效载荷系统中微波部件一旦发生微放电,造成射频输出功率下降,微波传输系统驻波比增大,反射功率增加,信道阻塞,严重时物理损坏微波部件,所在通道有效载荷寿命缩短,甚至导致击穿使得航天器有效载荷失效。     

为地球环境“站岗”的欧洲哨兵－3A卫星入轨

哨兵－3主承包商为泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS），合同于2008年4月签署，合同总价3.05亿欧元。卫星将运行在高度为814km、倾角为98.6°的太阳同步轨道，降交点当地时间10：00，重访周期27天。卫星的遥测、跟踪和控制采用S频段天线，下传速率为123kbit/s或2Mbit/s，上传速率为64kbit/s，下行链路采用X频段，速率为520Mbit/s。星上数据存储容量为300Gbit（寿命末期）。     

基于遗传算法的SOFDM信道资源动态分配策略

对卫星正交频分复用(Satellite Orthogonal Frequency Division Multiplexing,SOFDM)传输体制进行信道资源分配时,采用传统定界分类法存在效率较低,功率资源浪费较大等问题。文中提出一种改进的信道资源动态分配新策略,引入生物遗传算法,对信道传输特性进行适应性评估,按照"优胜劣汰,适者生存"的进化原则对信道子载波频率和功率资源进行有效分配。仿真分析结果表明,新策略获得了优于传统定界分类法的效果,在算法运行时间与传统方法基本相当的情况下,采用生物遗传算法的SOFDM系统能够更加合理地分配系统频率资源,使系统功率资源产生约1dB的增益,并有效降低系统误包率。     

基于FPGA的高性能电离层测高仪数控系统设计

为建立天地一体化电磁观测系统,实现电离层等的实时准确观测,为地震机理的研究与地震预报工作提供科学有效的数据,提出了一种高性能电离层测高仪数控系统设计方案将应用于电磁卫星的地面同步验证系统中,给出了数控系统的时序控制单元、发射单元和接收单元等的具体实现.在收发延迟可变的雷达时序控制下,发射单元利用直接数字合成技术产生1～30MHz的脉冲信号,40位类巴克码对脉冲信号进行二进制相位调制编码,随后交替发射正交极化波;接收单元利用高速模数转换器实现信号的数字化,采用FPGA技术进行下变频处理.本数控系统的设计可直接获取回波信号的极化信息,高度分辨率为1.5km,探测周期小于2min.实验结果表明,该数控系统方案切实可行.      

基于线性编码补偿方法的非固定丢包率下的分布式融合估计器

为解决无线信道非固定丢包率建模和丢包补偿问题，研究了具有非固定丢包率的网络化多传感器融合估计问题。假定无线信道丢包率是非固定的，利用对过去得到的有限个测量值进行线性编码的方法对丢包进行补偿，针对系统矩阵中存在的非高斯非白噪声随机干扰，首先设计了一种利用每一时刻数据包到达变量的局部最优估计器，其次推导出融合估计误差协方差与传感器传输概率之间的函数关系。最后通过算例仿真验证所提方法的有效性。      

应用于MIMO-OFDMA下行链路的分组调度算法

提出了一种基于效用函数的应用于多输入多输出正交频分复用接入 (MIMO-OFDMA, Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access )系统下行链路的分组调度算法.该算法在调度时不仅考虑物理层的信道状况,还利用基站发送缓冲区的状态信息和用户反馈回来的ARQ(Automatic Repeat-request)信息来帮助基站做出调度决策.针对系统中多种业务的不同服务质量(QoS,Quality of Service)要求,分别设计了其效用函数,并将调度决策问题转化成一个系统总效用函数值最大化问题.同时考虑到实际的长期演进计划(LTE,Long Term Evolution) 系统中对子载波共享的限制条件,提出了一种可以降低实际复杂度的启发式算法用于求解该最优化问题.仿真结果表明,该算法不但在保证实时业务用户QoS要求方面要好于传统的调度算法,还能获得较好的系统总容量和丢包率性能.     

异步双卫星MIMO系统中的空时编码方案

双卫星多输入多输出（MIMO,Multiple-Input Multiple-Output）系统中不同路径间传播时延的差异会造成接收信号不同步。针对该系统中接收信号不同步问题,提出一种时间反转全码率全分集空时编码方案。该方案中对发送的符号序列进行空时编码后,利用交织改变符号向量发送的时间顺序并对发送数据进行分组。将其中一组数据进行时间反转并插入保护间隔,使接收机在信号不同步的情况下仍然能够获得全码率和全分集增益,同时保留低复杂度最优译码算法的适用性。仿真结果表明,与传统方案相比,提出的空时编码方案能够获得最优的性能。另外,系统采用高阶调制方式或信道条件较差时,该方案的性能增益更大。     

WIOBSS: The Chinese low-power digital ionosonde for ionospheric backscattering detection

The ionospheric laboratory of Wuhan University has developed an ionosonde over about seven years. The prototype is designed as a portable, low-power digital MF (medium frequency) and HF (high frequency) radio system with high range and Doppler resolution. The first system is used for ionospheric oblique backscattering detection and called WIOBSS (Wuhan Ionospheric Oblique Backscattering Sounding System). WIOBSS is a portable monostatic ionosonde for both ionospheric research and HF channel management, adopting alternate transmitting and receiving patterns to transmit long coded pulse trains for high pulse compression gain. The almost perfect sequences are applied to modulate the pulse train for sounding without range sidelobes and the echo phase is used to estimate the Doppler velocity and velocity fluctuation. This paper introduces the new techniques adopted by WIOBSS and presents some observations.     

北斗导航星座星间通信速率控制方法

北斗导航星座可以通过星间测距和传输链路实现自主定轨和性能增强。导航卫星间进行数据传输时，卫星相对位置时变，传输信道特性也随之不断发生变化。针对导航卫星间传输链路时变特性，提出了一种基于星历的星间通信速率控制方法。在满足传输服务质量的需求下，根据导航卫星自有的高精度星历资源定量计算星间最优通信速率，通过速率的动态调整提高星座的传输效能。仿真结果表明，采用所提方法，北斗导航星座星间传输效能可以提高1.92倍，验证了方法的有效性。      

共轴式无人直遥测数据加解密方法及实现

介绍了某共轴式双旋翼无人直升机(简称无人直)遥测数据传输中所采用的数据加解密方法.该方法具有加密强度高,加解密运算简单,错误扩散小,以及无信息扩散等特点,在实现时充分考虑了遥测数据的字、帧结构和遥测信道编码.经过试飞,证明了该方法的可行性和可靠性.     

基于双椭球模型的双星系统稳定性研究

太阳系中存在着数量众多的双星系统。研究双星系统对于认识小行星的起源和演化有着重要意义。本文以双椭球模型,使用Joshua推导的四阶精度相互势,对双互锁双星系统进行研究。并通过KTC定理证明其稳定性。研究结果验证了卫星和主星存在相对滚转角速度是双互锁系统的一种可能的绕转方式。     

空间太阳能电站微波能量传输验证方案设计

微波能量传输技术作为空间太阳能电站（SpaceSolarPowerStation,SSPS）的关键技术之一,目前的研究和验证工作均集中在各单项技术的突破和验证,缺乏针对SSPS系统特点的全面优化设计。文章根据SSPS的工作模式给出了全面验证空间太阳能电站微波能量传输的验证系统方案设计,对收发天线进行了一体化设计,利用了幅度近似高斯分布的发射阵列场分布设计和低反射的接收整流阵列设计,以高精度来波方向测量和高精度移相控制为波束指向控制的技术途径。对验证系统的波束收集效率进行了分析,收集效率可达94.2%,比传统均匀分布系统高出17.6%。验证系统可从系统规模缩比、波束扫描范围、发射天线口径场分布、整流天线处功率密度、反向波束控制方法等方面模拟SSPS微波能量传输工作模式,推动SSPS系统技术的发展。