天基通信系统在智慧海洋中的应用研究

针对国家智慧海洋各类信息通信传输的需求和通信能力现状,综合考虑高轨和低轨通信卫星的通信能力,提出高轨+低轨天基通信系统架构,并对相控阵天线、终端网络架构和波束切换等关键技术,以及海上宽带接入、应急通信和航海监视等九大应用服务模式进行分析。最后提出了统筹规划与分步实施相结合、工程示范与商业应用相结合等通过天基通信系统后续发展智慧海洋的建议。     

面向应急管理的天基系统需求与构建设想

针对应急管理对天基系统提出的增强现场灾情信息传递保障能力和尽快完善天空地一体化应急观测体系的需求,在分析天基系统应具备的先进感知使能、通信使能、导航定位使能及智能使能基础上,提出了我国天基应急管理支援体系构建设想。通过发射中轨观测系统、高分光学强机动星座,以及增加地面机动测控数传站,加强和完善灾害应急遥感观测能力;通过天地一体化应急管理云平台实现灾情观测数据的处理和分发。为了尽快实现天基应急管理支援体系建设,提出应发展高、中、低轨协同的天基通信、导航、遥感卫星的建议。     

低轨遥感卫星Ka频段自适应编码调制应用效能分析

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星对地数据传输能力提升提出了迫切需求。当前低轨遥感卫星对地数据传输采用固定编码调制(CCM)和可变编码调制(VCM),未利用仰角增大时大气损耗减小带来的信道条件改善,对链路资源造成较大浪费。自适应编码调制(ACM)在VCM基础上,充分利用大气损耗的时变特性,可进一步提高链路的数据吞吐能力。为综合衡量数据传输性能,文章提出低轨遥感卫星传输效能因子指标,并对Ka频段降雨特性不同的喀什、北京、三亚地面站CCM,ACM,VCM的传输效能进行了对比分析。仿真结果表明:按链路可用度最大的原则设计时,ACM的传输能力明显优于VCM和CCM,显著提高了数传系统的综合传输效能。     

天基信息传输分发体系中新频段及新体制梳理

文章介绍了激光通信、太赫兹通信和量子通信等新的通信频段及通信体制在天基信息传输分发体系中的应用前景。激光通信链路可用于构建未来空间骨干网,附加在激光链路上的量子光通信链路可以极大提升链路保密性能,太赫兹通信链路可能在未来卫星星座及伴随飞行集群内部高速数据交换场合提供大带宽及灵活组网的通信能力。各种新形式的链路技术结合起来,可以为天基信息传输分发系统提供支撑。     

天基单星测角跟踪条件下的空间非合作目标定轨

针对天基单星测角跟踪条件下的空间目标定轨问题,给出了空间目标的可探测条件,提出了基于超短弧稀疏光学跟踪数据的空间群目标天基定轨方法,建立了低轨监测星对高轨非合作式光学跟踪测量模型和定轨模型,围绕非合作式空间群目标天基单星仅测角跟踪定轨的收敛性和精度开展了定轨试验,结果表明联合两段短弧数据定轨半长轴,精度可达百米量级。     

天基红外低轨星座对目标的跟踪算法研究

建立了天基红外低轨星座对自由段目标的观测模型,考虑了精确的目标运动模型。针对天基红外低轨星座的任务特点,从收敛速度、估计精度、估计有效性以及运算效率等方面比较了批处理滤波、EKF、UKF、高阶UKF和粒子滤波等算法的性能。仿真结果表明,综合考虑各种因素的影响,UKF具有最佳估计性能,能够对天基红外低轨星座中自由段目标进行有效跟踪。该文的理论分析和仿真实验对天基红外低轨星座的跟踪滤波器设计具有重要的指导意义。     

天基红外低轨星座的传感器管理方法

针对天基红外低轨卫星与目标高速相对运动以及导弹防御系统的特点,分析了天基红外低轨星座传感器管理的模型。根据只测角观测模型,使用GDOP作为控制跟踪精度的因子,综合考虑多目标观测成功率、卫星交接次数、传感器调度延迟以及实时运算等条件,使用单步前向预测的动态闭环控制结构进行传感器管理。仿真结果表明,提出的算法能够对天基红外低轨星座的传感器进行有效管理。     

基于天基测控的同步轨道卫星联合定轨方法研究

以美国现行的天基光学传感器SBV为例,分析了天基测控环境下光学传感器对同步轨道目标的覆盖特性,并构建了天基测控的观测模型。针对天基卫星星历误差对同步轨道目标定轨精度的影响,提出了抑制天基卫星星历误差的天地基联合定轨方法,将天基卫星和同步轨道卫星都作为待估计状态量,同时解算天基卫星和同步卫星轨道。仿真实验表明,天地基联合定轨方法能有效抑制天基星历误差的影响,能同时提高天基卫星和同步卫星的定轨精度。
     

基于空间交会的天基反卫作战方案

对位于高地球轨道天基平台攻击低地球轨道目标的方案进行了研究,讨论了高轨作战平台的攻击范围。采用完全推力法实现远程空间交会。为消除异面霍曼变轨方法等待时间过长的缺点,提出了两种主动调相方法。研究表明：用该法可实现天基武器由高轨至低轨的空间转移交会,引入主动调相轨道可明显缩短交会所需时间。     

载人航天天基测控通信探析

梳理了国内外空间站天基测控通信应用的概况，针对近地载人航天对测控通信系统的高要求，分析提出中继卫星系统的发展建议，以及导航卫星和低轨卫星星座系统的特点优势。调整中继卫星轨位、增加中继激光链路、采用全景波束全时监控模式，以及导航卫星和低轨卫星星座作为必要补充等途径，可为载人航天测控通信提供更好的灵活性、可用性和效费比。为载人航天天基测控通信发展提供了参考依据。     

星-地混合通信网络前向链路安全传输方案研究

针对星-地混合通信网络前向链路在部分非理想信道状态信息(CSI)及非理想CSI下卫星窃听链路的安全问题，提出一种将地面基站信号作为协同干扰的安全传输方案。优化目标为地面基站节点传输速率最大，确保卫星合法节点接收信号质量，同时利用地面基站发送信号阻塞卫星潜在窃听节点对卫星信号的侦听。通过半定松弛原理将其转化为可解的凸优化问题，分别设计分层迭代、高斯随机化和二分搜索算法对问题进行优化求解。仿真校验结果表明，所提方案能够降低网络对CSI误差的敏感性，提高网络的可靠性和保密性。     

星地遥感数据压缩的差分编码方法研究

为了提高星地传输的工作效率,文章以信息论为理论基础,提出一种差分编码方法用于星地遥感数据的传输。同时,鉴于地表覆盖本身的不确定度与应用需求的不同,提出了分区预测差分编码与保持立体测量精度的差分编码。这两种压缩策略可进一步显著提高差分编码的压缩比。     

频率偏置对Ka频段圆极化频率复用数传链路的影响

采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,仿真分析Ka频段双圆极化频率复用(简称"圆极化复用")链路可用情况随2个正交射频通道载波中心频率偏置量变化的关系,得出特定链路可用率下频率偏置量与临界接收仰角的定量关系。在此基础上,为了综合衡量频谱利用情况,提出有效频带利用率指标,并依据此指标对地面站的利用方案进行尝试性设计,以达到优化利用频谱资源的效果。研究结果表明:中心频率偏置量与有效频带利用率是对立统一体。增大中心频率偏置量,在特定链路可用率下可增长数传弧段,进而改善链路可用情况,但无法获取最大有效频带利用率。当载波中心频率偏置量为零时,通过选择合适的链路可用率可实现最大有效频带利用率。文章采用的分析方法和提出的有效频带利用率指标,可推广到其他频段的星地数传链路分析中,为Ka频段星地数传系统设计提供参考。     

基于航天测控通信系统LT码的应用研究

针对航天测控通信系统传输距离远,信道噪声干扰大等特点,研究了一种适用的LT编译码方案。基于对译码过程中预处理集分析给出的最优度分布理论模型,提出了一种混合型度分布函数。该函数为一种次优度分布,综合了部分常用度分布函数的优点,可有效提高编译码性能。优化后的LT编译码方案在航天测控系统中的应用进行了仿真,结果表明:译码效率提高了16.67%,且保持了良好的编码增益,适于系统的应用需求。     

深空通信中Ka频段自适应纠删编码研究

未来深空通信将采用Ka频段进行深空探测任务,但余量有限的Ka频段链路受地面站区域天气的影响较大,容易产生中断。将Ka频段链路的噪声温度建模为两状态马尔科夫链的Gilbert Elliot信道,结合异步CFDP传输模式,设计了低误差的天气状态预测模型,同时针对给定噪声阈值下天气状态转换对下行链路丢包率的影响,提出一种基于天气状态转换的RS码与弱鲁棒孤波分布LT码级联的分组纠删编码技术,通过预测模型实现自适应码率调整以保持Ka频段的数据链路连续性以及有效吞吐量。仿真表明算法可实现对数据分组的纠删保护,提高接收端的译码性能,增大系统吞吐量,提高文件传输效率。     

面向深空时变信道的数据传输策略

将呈现随机“好”、“坏”状态跳变的深空Ka频段链路噪声温度建模为两状态Gilbert-Elliot信道,考虑深空下行发送端只能获得延迟的信道状态信息（CSI）的限制,结合部分观测马尔科夫决策理论设计了基于延迟CSI预测信道状态的自适应最大化吞吐量传输策略。理论推导了在深空通信环境下最优传输策略的关键阈值,并给出了简化的闭合解计算式。通过地球-火星通信参数仿真,校验了该方案能有效提高吞吐量,提高文件传输效率。     

基于快速编译码的LDPC-CPM系统设计

低密度校验(LPDC)码是目前公认的性能最好的信道编码之一,而连续相位调制(CPM)是一种具有高频谱效率和高功率效率的调制方式,根据级联码理论将二者进行合理的级联设计将更好地发挥出他们的优点.在对LDPC和CPM进行详细分析的基础上,设计了一种CPM调制的快速编译码方法,并基于该方法设计了LDPC - CPM串行级联系...     

分层空时分组码结合OFDM系统在短波通信中的应用

MIMO技术利用多副收发天线对信息进行发送与接收,在无需增加频谱资源和天线发送 功率的情况下,可以利用MIMO信道提供的复用增益和分集增益提高信道传输的可靠性,降低 误码率。对于短波信道,将MIMO与OFDM有机结合,可以发挥两种技术各自的优点。MIMO各种 编码方案中STBC抗衰落性能强,LSTC频谱利用率高,而两者的结合L\|STBC是对两种编码方 案性能的折中。本文将L\|STBC与OFDM结合应用到短波通信中,所得系统抗衰落性能优于ST BC\|OFDM系统,传输性能优于LSTC\|OFDM系统,因此在设计短波通信系统时,可以根据信 道环境和要求来合理的选择通信系统方案。     

无人机协同测控中SC-FDMA技术设计

针对无人机协同任务测控传输的多机接入问题,提出基于分布式任务分配模型的高动态SC-FDMA技术。通过将贪婪原则、信道动态分配机制和多用户接入技术结合,利用集中映射方式设计子信道数目可调的映射规则,配置各无人机节点所占用子载波数目。仿真结果表明,与传统FDMA、CDMA、TDMA、OFDMA等相比,基于SC-FDMA设计的一站多机测控链路在峰均比、误码率、频带效率、重构时间等方面具有更均衡的性能,可改善系统可靠性、实时性、安全性和稳定性,更加适于无人机空地时变信道星状网互联,并且有效实现了任务分配、信道环境和链路状态的统一。     

基于链路聚合控制协议的堆叠网络设计与应用

文章介绍了国内最大卧式空间环境模拟器KM7A的系统网络架构,在该网络中应用了堆叠网络以及链路聚合控制协议(LACP),通过链路聚合控制协议对所有关键设备进行链路绑定,实现了关键设备和数据链路的冗余,大大缩短了主/备试验网络数据链路的切换时间,避免了单链路失效,提升了数据传输链路的稳定性和故障容错性。