载人航天空空通信子系统及其关键技术

介绍了实现神舟运输飞船与天宫目标飞行器间数据通信和传输的空空通信子系统的构成,以及空空通信机的功能及其主要性能指标。空空通信子系统采用抗干扰能力强、保密性优的直接序列扩频通信技术。分析了其中的核心中频解扩解调中的伪码同步和载波同步等关键技术,应用数字解调方案降低了子系统调试难度,提高了可靠性。     

一种FH／DS扩频接收机的码同步方案

设计优良的跳频(FH)/直扩(DS)扩频系统兼有DS系统和FH系统的特点。它能够克服二者的一些缺点,保持它们的优点,从而满足不同的系统性能要求。因为在系统中FH扩频方式与DS扩频方式同时使用,所以接收机就必须完成FH解跳和DS码的解扩。文中提出了一种FH/DS接收机的码同步方案。     

DS/FH扩频测控信号同步方案的捕获性能

针对航天测控信号的高动态以及由载频跳变引起的多普勒频率周期跳变的特点,提出了一种基于快速频率识别和辅助机制的直扩/跳频(DS/FH)混合扩频测控信号的一种同步方案。建立了跳频图案,伪码相位及多普勒频率的三维同步捕获状态转移过程的数学模型,推导出三维捕获的平均捕获时间表达式,及在伪码相位误差、多普勒频移和高斯白噪声条件下的检测概率和虚警概率表达式。仿真分析了在采用时域匹配滤波、频域多通道的直扩捕获方式下,信号和捕获系统参数对三维捕获性能的影响。理论推导与数值仿真结果表明了同步方案的有效性,并为信号设计及捕获系统参数选择提供了理论依据和实际参考。     

通信同步的干扰(Ⅱ)

干扰敌通信同步信号是通信干扰的重要手段。在讨论通信同步的前一篇文章的基础上,分析了破坏通信同步的可行性及方法,并指出破坏敌通信同步具有事半功倍的效果。     

LDPC编码系统的码辅助载波相位同步算法

深空通信具有传输距离远、信号衰减严重的特点,针对低信噪比条件下深空通信系统中LDPC编码系统载波同步实现困难的问题,提出一种新的具有较低复杂度的码辅助载波同步算法。分析了载波同步误差对译码性能的影响,基于最大似然准则推导了载波相位的迭代同步算法,算法利用LDPC译码器输出的软判决信息来辅助载波相位的估计,将译码器与载波同步器进行联合迭代,从而得到接近最大似然估计性能的载波相位估计,同时对载波相位进行迭代补偿。仿真结果表明,在低信噪比条件下,算法能够有效纠正载波偏差,并能够以较低的系统复杂度获得近似理想同步的LDPC码译码性能。     

关于N=31～64位最佳PCM群同步码的研究

在PCM信息传输系统(特别是遥控、遥测、遥感)系统中,最佳群同步码具有重要的科学和实用意义。最佳同步码盼判别准则是误同步概率P_f尽可能小。如何构成(和搜出最佳群同步码是最佳构码理论和搜索方法的研究核心。本文对误同步概率的公式进行推导,提出了实用的误同步概率公式。对某些有关的理论要点如保相关特性,最佳码的重要条件、最佳码的头1和尾0、游程条件、岐码现象和容错能力等作了说明。最后,列表提出N=31～64位最佳群同步码。当需要使用N>64位的超长群同步码时,用本文作者提出的方法,在现实条件允许的情况下,最多只能搜出字长70位的最佳码。     

基于循环谱的隐蔽通信性能分析

研究了基于扩频技术的隐蔽通信波形设计,采用大信号掩盖技术和跳码扩频技术,其中大信号和隐蔽信号分别以直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)和随机跳码扩频方式产生。对DSSS信号和随机跳码扩频信号的二阶循环平稳特性进行了理论分析,并通过仿真证明了循环平稳特性可用于隐蔽通信波形循环谱分析。首先,理论分析揭示DSSS信号的循环谱在与数据符号速率和码片速率相关的循环频率上,具有由信号的循环平稳性所产生的一系列特征峰值;然而,在随机跳码直扩信号中,扩频码带来的循环平稳性被破坏,导致其循环谱仅在与码片速率相关的循环频率上存在特征峰值;最后,利用循环平稳特性,结合判决门限进行隐蔽信号检测的仿真和分析。     

通信同步的干扰（Ⅰ）

主要讨论了无线电通信中的同步问题,其目的是为了进一步分析破坏通信同步的可行性及方法。     

基于码元同步环路的激光测距通信一体化算法优化研究

精密测距与高速通信一体化技术已发展成为星间激光链路的主要研究方向之一。为了探究基于空间激光通信系统的通信解调算法对测距性能的影响机理，根据现有的激光通信系统架构，分析了测距通信一体化系统的工作原理，搭建了基于码元同步的激光测距通信一体化系统模型，分析了基于Gardner同步环路信号跟踪系统的测距精度，并对鉴相算法进行了优化。理论和仿真证明，优化后的码元同步环能够同时实现码元同步判决和距离解算，并得到了4 dB的噪声容忍度提升，其测距方差主要与基带成型滤波参数、环路带宽、载噪比以及鉴相增益等因素有关。该算法简洁，不受载波相位影响，对高阶调制具有良好的兼容性，适用于空间激光链路系统，丰富了测距通信一体化理论，为后续一体化系统设计提供了仿真依据。     

基于谱相关的直接序列扩谱信号检测

直接序列扩谱信号是典型的低截获概率信号,由于其统计特性接近于噪声,通常的谱分析方法很难实现检测。由信号产生原理可以发现,直接序列扩谱信号中同时隐含了符号与码元的周期性,具有二阶循环平稳性,利用谱相关分析方法,能够在信号的循环频率处生成谱线,将信号从噪声背景中检测出来,并同时估计码元速率和符号速率。通过仿真实验,验证了该方法在低信噪比下的有效性。     

帧同步信号及特征码提取电路的设计

同步是数字通信中需要解决的一个重要问题。文中讨论了帧同步提取和特征码提取的问题,指出为了提高帧同步系统的性能,有必要增加同步保护和同步校核环节,并给出了实现方法和途径。在此基础上,给出了特征码提取的实现方法。     

一种利用ILSP的同步DS-CDMA信号快速盲解扩算法

针对同步DS-CDMA信号的盲解扩问题，本文提出了一种基于迭代最小二乘投影算法(ILSP)的快速盲解扩算法。本算法首先通过对截获信号的协方差矩阵进行特征分解，估计出由各用户扩频序列张成的信号子空间，然后结合扩频码序列的有限符号集特性，利用ILSP算法消除由特征分解产生的酉矩阵模糊问题，得到扩频序列的精确估计，最后利用估计得到的扩频序列对截获信号解扩得到信息码序列，完成DS-CDMA信号的盲解扩。仿真结果表明本算法在低信噪比条件下具有良好的盲解扩性能，且相较传统算法本文提出算法大大降低了计算复杂度 。     

基于Simulink的直接序列扩频通信系统的仿真

卫星通信系统测试扩频信号源需具备自检功能。文章利用MATLAB的可视化工具箱Simulink建立了直扩通信系统的仿真模型,为扩频信号源自检程序设计提供参考。采用滑动相关捕获算法、单△值非相干延迟锁定伪码跟踪环,实现了伪码同步。仿真结果表明,该系统可无误码地恢复发端原始信息。     

直接序列扩谱通信中的窄带干扰抑制

对直接序列扩谱信号预处理可以大幅度提高扩谱通信系统抗窄带干扰的能力。近年来对这方面的研究，从线性处理方法到非线性处理方法，到多用户检测方法；从简单自适应，到盲信号处理等，出现了许多好的思路，并一步步改善了扩谱系统抗多种窄带干扰的能力。文章综述了这方面的研究成果，对各种方法进行了分析和评价，重点讨论非线性方法以及码辅助方法，其中，非线性方法讨论的重点是基于隐马尔可夫链的非线性处理方法。     

直扩通信系统中码跟踪环的抗干扰性能

同步是通信的基础。文章分析了直扩通信系统码跟踪中常用的一种非相关延迟锁定环在连续波(CW)干扰、高斯白噪声和部分频带干扰下的跟踪误差方差,并通过仿真验证了理论推导结果,所得的结论对于延迟锁定环路的分析和设计有重要意义。     

直扩系统中基于频域限幅的抗窄带干扰算法

文章研究了一种基于频域限幅的直扩系统抗窄带干扰的算法。对接收信号在同步信息指导下进行频域幅度谱限幅,并采用限幅前保留的相位谱信息一起恢复时域信号。理论分析表明,接收信号的幅度谱被削减到低于发送信号幅度谱时,都可以完整地恢复发送信号的频谱,仿真结果表明该方法用于窄带干扰能够获得很好的处理增益。     

突发通信系统中的OFDM同步技术研究

在突发通信中,要求系统的同步能够达到快速准确,以便通信的顺利进行。文章针对应用于突发系统中的OFDM的同步问题做了深入研究,分析了系统中主要存在的三种同步:符号同步、样值同步以及载波同步的原理,并给出了具体实现算法。仿真结果表明,所给出的方案是可行的。     

一种非周期调制直扩信号扩频码估计方法

对卫星测控中一类扩频码周期与信息码周期之比为非整数的直扩信号进行了研究,得出这类信号可建模成非周期调制直扩信号,提出并讨论了一种基于差分主元分析（D PCA）的非周期调制直扩信号扩频码估计方法,该方法通过计算与差分序列协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量完成信息码个数、子序列、信息码同步点等参数的估计,解决了传统矩阵分解方法在估计码序列时码序列相位模糊问题,理论分析和仿真结果表明该方法可以在低信噪比下进行有效估计。     

利用谱熵解决零前缀正交频分复用系统的符号盲同步算法

针对低信噪比多径条件下的ZP OFDM系统符号盲同步问题,提出了基于谱熵的ZP OFDM系统的符号盲同步算法。该算法不需要数据辅助,对接收到的ZP OFDM信号进行双滑动窗的谱熵比运算,通过寻找其峰值点来实现符号同步。给出了算法的具体步骤和性能分析。算法是对接收信号的功率谱进行求熵运算,可以有效克服能量检测法易受信道噪声影响的缺点,并且不需要针对信道调整窗口宽度。仿真结果表明,在低信噪比多径信道条件下,算法仍然具有较好的同步性能。     

航天遥控系统准最佳地址同步码研究成果

指出了ESA、CCSDS标准所推荐的42个16位字长的航天遥控系统地址同步码的误同步概率太大,有改进的必要。然后,介绍了我们研究出的一组64个16位字长的准最佳地址同步码;并且用表格详细地就两者的汉明距离和误同步概率作了对比,表明我们的研究成果远优于上述两种国际标准中的地址同步码。另外,考虑到发展的需要,文中还给出了作者得到的一组(?)位准最佳地址同步码(共64个)。