面向深空通信的LTP多会话数据聚合策略

针对LTP单会话传输中信道利用率不足的问题,本文基于多会话传输机制及数据聚合方法,提出了一种面向未来深空通信的LTP多会话数据聚合策略。结合深空信道非对称的特点,从避免上行信道拥塞的角度,对多会话聚合过程进行了简要的数学分析,得到了Bundle聚合数下界。在地月、地火场景中仿真分析了Bundle聚合的影响因素及聚合机理。结果表明聚合策略能有效提高深空信道利用率,非常适用于上下行速率比偏低、Bundle长度较小的深空通信场景。     

面向深空通信的DTN网络跨层包大小的优化设计

基于延迟/中断容忍网络中束协议/利克里德传输协议(LTP)栈,提出一种用于深空通信的跨层包大小的优化方案。该方案可以根据信道误比特率、文件大小、信道传播时延和链路数据速率等条件得到最优的束大小、LTP块大小和LTP段大小,最小化深空通信中的文件传递时延。文中针对跨层包大小对文件传递时延的影响进行了分析,并且给出了跨层包大小的优化方案。同时,仿真并分析了信道误比特率、文件大小、信道传播时延和数据速率对最优的LTP段大小的影响以及跨层包大小优化方案所带来的性能增益。理论分析和仿真结果表明,在深空通信环境中,该优化方案可以根据特定的空间任务和环境特性优化跨层包大小,相比于未优化跨层包大小的方案,有效地提高了网络的吞吐量。     

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。     

深空探测光量子通信信道的主要参数

深空探测器距离地球路程遥远,保持探测器与地面站高效、实时的信息通信,将探测器采集的科学数据及时、完整地传输回地球,是亟待解决的问题。量子通信可以在确保信息安全、增大信息容量以及提高检测精度等方面突破经典通信的物理极限,研究量子通信在深空探测中的应用意义非常。通过对深空量子通信信道的研究与分析仿真,得到光束发射角、接收器口径、收发端距离等与可靠量子通信的关系,为深空量子通信的工程实现提供设计、仿真依据。     

深空通信中延迟否定确认型CFDP的延时估算

根据深空通信的通信环境和长距离传输协议的时延,分析了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)高级在轨系统中延迟否定确认信息型文件传输协议(CFDP)的文件传输机理,给出了应用此协议时延时的计算方法.仿真分析了影响延时的误码率、传输速率,以及协议数据单元(PDU)的大小和数量等的影响,获得了典型应用条件下深空通信中对误码率的要求.结果表明:CFDP可在深空探测大延时条件下正确传输文件,满足有效性要求.     

深空通信DTN应用研究

容延迟网络（DTN）体系结构依靠一种新的严格的框架,能够集成深空环境异构网络技 术,为解决深空通信面临的许多重要问题提供了有效解决途径。分析了未来深空通信网络面 临的难题;阐述了深空通信网络协议的研究现状;深入剖析了DTN体系结构,并从研究和项 目两个层面详细介绍了深空通信DTN研究进展;讨论了深空通信中应用DTN的一些关键技术问 题,并分析了DTN在我国未来深空测控通信的应用前景。
     

脉冲展宽对深空激光通信的影响与补偿研究

深空激光通信系统下行链路的脉冲位置调制PPM（Pulse Position Modulation）信号在经过大气信道传输和单光子探测器接收时,将出现脉冲展宽效应,引起通信系统性能下降。分析了大气信道中的淡积云云层散射、大气湍流与气溶胶散射和单光子探测器的抖动特性所引起的脉冲展宽效应。在此基础上,仿真分析了淡积云云层物理厚度对不同PPM调制阶数下通信速率的影响,并研究了单光子探测器引起的脉冲展宽产生的抖动损失。为补偿脉冲展宽的影响,提出了一种基于时隙似然比解调的补偿方法,通过仿真验证了该方法能够有效降低深空PPM激光通信链路中脉冲展宽对通信误码率的影响。该研究对分析和提升深空PPM激光通信系统的链路性能具有一定的参考意义。     

深空通信中的一种级联编码调制及其迭代接收

在深空通信中,由于通信距离大幅增加,通信信号的自由空间传播损耗很大,提高系统的功率利用效率是深空通信系统设计需要考虑的重要问题之一。提出了基于LDPC码和FQPSK调制的级联编码调制体制,首先提出该编码调制体制的系统模型,通过修改相应的算法给出适合FQPSK的迭代解调解码算法,通过计算机仿真分析了该体制的误码率性能。研究结果表明：该体制利用FQPSK的恒包络特性克服信道非线性问题并使功放工作在饱和区,利用LDPC码实现低信噪比通信,同时在接收端通过迭代解调解码获得增益,从而能够缓解深空通信中由于传输距离过远而带来的极低信噪比通信问题。     

海上无人船自组网随机接入仿真研究*

海上无线通信具有传播环境复杂、多径干扰、信号衰减和时延较大等特点,传统的通信传输系统无法满足无人船之间、岸船之间稳定可靠的通信业务需求。针对海气界面组网观测中以无人船为核心的快速机动组网协同观测任务,研究基于信道感知的无人船自组网随机接入协议,采用优先级机制满足海上环境下网络负载较大时敏业务的低延迟传输需求,为无人船组网观测信息传递提供可靠性和实时性保证。终端采用一发多收机制提高数据传输成功率和网络系统吞吐量。最后,基于OPNET搭建仿真网络模型,从接入成功率、平均端对端时延、系统吞吐量等方面仿真分析所设计的随机接入协议性能。     

深空通信文件传输协议的交织技术研究

引入喷泉编码技术应用于深空通信,对CCSDS文件传输协议进行改进,提出了一种针对深空环境长时延、高误码率、丢包率大和链路易中断等特点的基于数据包交织的文件传输协议。根据深空通信文件传输的业务需要设计了两种不同的级别概率分布,接收端只需要接收到一定数量的数据包,就能够恢复出整个原始信息,无需或需要很少反馈确认信息。仿真验证交织技术能够简化传输协议,减少文件传输时延,增大系统的吞吐量并保证通信的有效性。
     

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。     

一种话音和数据联合帧中的自适应动态容量分配算法

文章采用压缩的思想,提出了一种在自适应调制的基础上,通过压缩话音符号周期的方法进行话音和数据比特联合传输的方案。在给定的系统模型中,根据信道估计器给出的信道状态信息,发送端自适应选择调制方式,并在此基础上对话音符号周期进行压缩,以提高数据传输的吞吐率。仿真计算表明：该方案能有效提高一帧中数据比特所占的百分比,从而提高数据的吞吐率。     

小型固体火箭控制系统设计与半实物仿真验证

对小型固体火箭进行了滚转通道最优控制系统的设计,通过半实物仿真系统对其控制效果进行了验证。基于小扰动法与固化系数法,实现了对小火箭滚转通道最优控制律的设计;采用dSPACE实时仿真机,完成了小型固体火箭半实物仿真平台的搭建;在舵机无反馈装置的情况下,利用电台实现了舵机控制参数的传递,达到了控制系统闭环仿真的目的。设计的半实物仿真平台,不仅完成了对控制系统的验证,而且还具有小火箭发射过程的全程模拟能力。半实物仿真结果表明,设计的最优控制参数可满足小火箭滚转通道的稳定控制。     

登月舱软着陆的非线性神经元控制

本文针对登月舱软着陆过程的控制问题，提出了一种非线性动态逆与状态反馈控制相结合的神经元控制系统设计方案。该方案包含两分：（１）借助前馈神经元网络通过学习逼近任意非线性映射的能力，建立被控系统的非线性动态逆神经元模型，用神经元网络实现被控非线性系统的线性化；（２）在线性化模型的基础上构造系统的神经元最优状态反馈控制器。本文给出的仿真结果显示出神经计算学在航天飞行器控制问题中所具有的潜在能力。     

基于最优控制/自抗扰控制的直/气复合控制系统设计研究

为提升控制系统的性能,对直/气复合控制导弹的控制系统设计进行了研究。以俯仰通道为例,用最优控制理论设计了基于状态反馈的导弹俯仰通道控制回路,用线性二次型调节器(LQR)获得控制律。给出了加权矩阵的选取方法:依次调整表征过载偏差、角加速度和角速度的权重,使求出的反馈增益系数满足要求。针对状态反馈控制律无法快速抑制直接力开启带来的干扰问题,用自抗扰控制(ADRC)理论改进了控制器,通过构建状态观测器在线实时估计外界干扰并予以补偿,快速抑制扰动。仿真结果表明:用最优控制/自抗扰控制设计的控制器跟踪速度快,动态过程平稳并具有较强的干扰抑制能力,提高了系统的鲁棒性。     

FY—1C卫星高分辨率云图传输技术

介绍了FY－1C星传输系统的任务、方案、主要技术指标和组成。系统采用极化隔离加带外频谱抑制的方法，达到了信道隔离的技术指标。概述了星载记录器由磁带记录器向固态记录器转变的技术因素以及磁带记录器、FLASH和DRAM固态记录器的研制过程。简述了传输系统在轨测试和运行状况。     

基于间接Radau伪谱法的滑翔段轨迹跟踪制导律

针对高超声速飞行器滑翔段制导问题,提出一种利用间接Radau伪谱法求解最优反馈控制律的全状态标称轨迹跟踪制导律。将标称轨迹跟踪问题转化为线性时变系统状态调节器问题,基于Pontryagin极大值原理进一步将状态调节器问题转化为线性两点边值问题;利用间接Radau伪谱法求解所得的线性两点边值问题,获得最优反馈控制律,并在此基础上设计了易于在线执行的闭环轨迹跟踪制导律。数值仿真结果表明,该制导律对飞行器初始状态量的较大范围偏差和飞行环境参数的有限扰动不敏感,具有良好的鲁棒性,并且能够满足实时性的需求。     

金星探测——独特的深空之旅

概括了深空探测的重要意义。根据金星在太阳系中的特殊地位、金星探测的科学意义及对技术创新的意义,以及金星是早期深空探测的重点,认为金星是深空探测的重要目标之一。分析了金星探测特有的创新技术、金星的特殊环境、最近距离的行星探测等意义。提出了一种金星探测器的方案设想,介绍了飞行过程、科学载荷配置和探测器构型,可作为未来金星探测器方案设计的参考。     

一种适用于封闭场景下的遥测信号接收方法

常规的遥测信号接收多是在开阔场景进行,被测对象除了在起飞或降落时短暂低仰角,大部分时间其信号是视距传输,其遥测信道近似于高斯白噪声信道。随着遥测应用场景的逐步扩展,封闭场景下的遥测需求逐步被提出,应用模式和信道条件发生了巨大变化。针对某封闭场景,分析常规遥测接收方法存在的一些问题,提出一种双天线加盲均衡的分集合成和接力接收方案,有效解决了封闭场景下的遥测信号中断问题。方案成功应用于某测试系统,实测结果表明,方案能够极大提升遥测系统的健壮性。     

深空探测重力模拟飞行器方案设想

为解决失重环境对航天员生理健康的影响,在调研国内外重力飞行器研究现状的基础上,结合重力模拟飞行器的原理及人造重力舒适度影响因素,提出了一种通过自旋产生人造重力的深空探测飞行器方案设想。最后给出了重力模拟飞行器建设的实施规划、总体方案、在轨组装流程及技术难点。深空探测重力模拟飞行器稳定运转可为空间工作生活的航天员提供与地面无异的重力环境,将为执行深空探测任务提供必要的环境保障。