面向卫星载荷的大瞬时带宽微波光子信道化接收变频技术研究进展

随着卫星通信技术的飞速发展，以及卫星多功能融合技术的需求，未来卫星通信正朝着多频段、大带宽、多波束、配置灵活的方向发展。目前广泛应用于各个领域的卫星通信射频前端，主要采用传统的微波技术进行微波信号的信道化接收变频，带宽限制在GHz以下，无法满足大瞬时带宽信道化接收变频需求。将微波光子技术引入卫星通信射频前端可有效突破电域信道化接收变频技术瓶颈，简化射频前端的系统架构，提高卫星载荷性能。本文首先介绍了星载微波光子信道化接收变频技术的特点及基本结构。接着分类介绍了微波光子信道化接收变频的工作原理、主要实现方法及研究进展，最后给出大瞬时带宽微波光子信道化变频技术发展趋势及应用前景，为大瞬时带宽微波光子信道化接收变频设计及应用提供技术支撑。     

宇航微波开关研究现状及发展趋势

宇航微波开关大量应用于各类通信卫星中，是卫星有效载荷的基本组成单机之一，其主要功能是备份高失效率的微波通道单机，或作为路由器实现微波通道信号切换。国内外多家宇航公司对微波开关开展了多年的研究。在设计方面，微波开关涉及的学科领域包括高频电磁学、低频电磁学、力学和热学；在生产工艺方面，微波开关涉及高精密机械加工、热处理、表面处理以及精密装配，这是一种多学科交叉的空间高精密电子产品。主要对宇航微波开关国内外的研究现状、典型产品、技术方案和产品性能等方面进行了重点介绍，同时对微波开关中的关键技术进行了仿真分析，最后总结与分析了微波开关的发展趋势。     

多端口射频开关矩阵单元的设计及应用

多端口射频开关矩阵是卫星有效载荷单机产品自动检测系统的主要组成单元,文章主要介绍了多端口射频开关矩阵产品的射频链路构造设计、控制电路设计和控制软件设计,并给出了应用范围。     

阴影环境下陆地移动卫星信道模型及仿真研究

在对陆地移动卫星信道传播特性分析的基础上,建立阴影环境下移动卫星信道的混合模型,并采用随机数产生器实现了该信道模型的统计特性仿真。通过与实测数据的统计特性进行比较,验证了该信道模型和仿真实现方法的正确性。由于移动卫星信道是一个复杂的时变随机信道,所以,通过随机数产生器产生的统计特性具有很好的普适性。     

星载多体制变速率高速数字成形滤波器设计

卫星信道带宽资源有限,为了抑制码间干扰并提高频带利用率,必须在星载调制器中使用成形滤波器。随着对卫星数据传输速度需求的不断提高,可变速度编码调制(VCM)和自适应编码调制(ACM)应运而生,其核心思想是在不同的星地信道条件下使用预设的或自适应得到的调制体制和调制速率。基于该思想,提出一种基于多路并行且工作于固定频率时钟下的星载高速多体制变速率数字成形滤波器设计方案。仿真和实现结果表明,方案可行,性能良好,可以应用于星载高速多体制变速率调制器。     

神舟号飞船微波重力水平开关发展及应用

全电子化微波重力水平开关是俄罗斯水银式微波重力水平开关的国产化替代产品。该产品采用加速度计检测重力场倾角,经检测电路放大后推动单刀双掷微波磁自锁开关实现状态切换。从而彻底解决了水银开关存在的诸多问题,使信号衰减最小,可靠性和寿命也大幅提高,在神舟号系列飞船的返回舱得到成功应用。重力开关技术已拓展应用于探月三期返回器伞绳天线和信标天线的选通控制。预测了该技术的下一步发展方向是智能化多端口重力开关系统。     

基于MIMO技术的卫星高速数据传输系统研究

多输入多输出（MIMO）系统作为提高频谱效率的一种有效方式,已经成为未来无线通信系统实现高速可靠数据传输的突破性技术之一,受到国际众多研究机构的普遍关注。文章通过研究MIMO信道模型、信道容量、卫星信道特征,构建了全新高速数传系统模型,解决了卫星大容量数据实时传输和频带限制之间的矛盾。     

基于天链卫星的箭载Ka频段中继用户终端设计与实现

论述了一种利用中继卫星进行通信的通用型箭载Ka频段中继用户终端的设计方案,对微波信道技术、箭星指向算法技术、热控技术、通用化技术等关键技术进行了重点分析,最后给出了该通用型Ka频段中继用户终端的性能指标。     

光控相控阵雷达光延时技术研究

介绍光控相控阵雷达的基本组成,并提出可编程多通道光纤真时延迟网络结构。制作开关控制的3级光纤真时延迟线结构,实现并验证8个扫描角度的可编程波束成形延迟网络。以2GHz微波信号进行测试,三级延迟线通道间微波相移间隔分别为0.16π、0.32π、0.48π,通过开关控制与组合,实现0.16π相移量的0~7倍连续可调。最后仿真计算形成的波束方向图。     

基于时间同步1553B协议的开关指令协同管理方法

为充分利用智能化卫星综合电子系统资源,确保故障工况下的业务连续性,在系统层面实现高可靠开关指令发送控制。在设备内冗余的基础上,建立综合电子系统内设备间冗余,有效提升了可靠性。该方法发送开关指令时,需实现多设备间同步。针对这一需要,文章提出了一种基于时间同步1553B协议的指令协同管理方法。在星载软件中进行分布式指令协同管理,将指令发送与指令执行排布在不同通信帧内。星内总线控制设备负责分发开关指令给指令执行设备,各指令执行设备基于帧同步信号实现指令同步发送。经地面试验和在轨飞行验证,该方法在正常工况和故障工况下,均能正常输出脉冲宽度满足指标要求的开关指令。目前已在多颗智能卫星上得到应用,可为后续航天器设计提供参考。     

基于宽带数字波束形成的多通道均衡校正技术

宽带数字波束形成技术是实现多目标测控的一种较为理想的系统方案。首先介绍多目标测控系统的总体架构,然后给出一种基于频域均衡的宽带DBF通道校正算法,采用具有线性相位结构的FIR滤波器进行信道均衡。仿真及实测数据表明,算法能够准确补偿由于通道间差异引起的信号幅相误差,完成测控系统多通道校准。     

星载SAR数据的标准化自适应数传打包技术

同传统的光学遥感卫星相比，合成孔径雷达（SAR）卫星可显著提高对地观测的分辨率和对恶劣气候和适应力。但由于SAR的工作特点，不同的“脉冲重复频率（PRF）”设置导致距离线数据间的时间间隔不同，不同的采样窗口长度又导致雷达回波数据的长度不能保证连续一致。为解决SAR与数传设备的接口问题，本文提出了一种基于CCSDS建议的“虚拟信道数据单元（VCDU）”数传帧格式标准的SAR数据打包方案。该方案能够自适应地解决SAR数据间隔或长度变化时的数传打包，通用性强，硬件实现简单，容易推广使用。     

通信卫星及其应用技术的发展趋势

一、卫星技术 1.有效载荷技术 (1)转发器 卫星转发器的主要发展趋势是减小有效载荷硬件的重量和体积,提高有效全向辐射功率、频谱效率和可靠性。 ·接收机技术 包括低噪声前端、单片微波集成电路等集成技术和介质滤波器。特别是介质滤波器,如双模或三模谐振腔滤波器,体积和重量缩小为原来的十分之一,它们可为射频信道的分离、组合提供理想的微波滤波网络,使多用户卫星通信系统的频谱效率有大幅度提高,双模滤     

一种射频同轴矩阵开关的设计

针对在微波测试仪器和系统中信号路由选择、传输环路备份的灵活性和可靠性的需求,设计了一种具有1×5、2×4、3×3三种工作模式的射频同轴矩阵开关.首先,确定了矩阵开关的整体结构,并设计了一种平衡旋转式的电磁驱动系统;然后,在确定了同轴射频组件的微波传输频率和介质撑的材料后,通过理论计算和仿真优化得到了其最终尺寸;最后,为了避免矩阵开关本身结构特性所造成的指标恶化,通过减小搭接处的传输簧片宽度和对搭接处的射频连接器内导体进行台阶变换,抵消了其产生的电容效应,从而补偿了同轴组件到边缘线型传输线过渡段的不连续性.对设计进行仿真验证的结果表明:矩阵开关的性能指标满足要求.对设计出的产品进行实测,在DC～20 GHz的频段,开关的电压驻波比小于1.2,插入损耗小于0.5 dB,隔离度大于90 dB,满足设计要求.结果 表明:矩阵开关具有比普通微波开关更加灵活的传输切换方式.矩阵开关在保证传输切换灵活性的前提下避免了因此而产生的指标恶化,因此具有一定的经济效益.     

小型化电子回旋谐振微波离子推进器研究

常规的电推进技术是针对大卫星应用而研制的，体积大、功耗高，不能满足小卫星飞速发展的实际需要。针对小卫星对电推进器的要求，提出了利用电子回旋谐振微波放电技术，采用微波同轴放电腔体的小型化离子推进器。由于同轴传输线不存在截止波长，放电腔体的直径选择非常灵活，可以适应小卫星的低供电能力和对体积重量的要求。实验样机的直径为50mm，在微波功率为30W，加速电压1．2kV，减速电压0．2kV的条件下，等离子体的电子密度达到了4．6×10^16／m^3，推进器的离子束流也达到6mA。实验样机的体积大大低于常规波导谐振腔微波离子推进器，实现了小型化，基本满足了小卫星对电推进器的体积重量要求。     

基于互相关向量估计的自适应盲均衡算法

基于互相关估计的盲MMSE均衡算法以批处理方式估计信道输出向量和信道输入信号之间不同延时的互相关向量,得到MMSE均衡器系数。由于涉及到大型矩阵乘积,若在线实现,计算量较大。根据该算法对信道阶数过估计不敏感特性,推导出基于互相关向量估计的盲MMSE均衡的自适应实现算法。自适应算法将矩阵和矩阵相乘转换为矩阵和向量的相乘,大大减少了均衡系数更新计算量,计算量仅为O(K2)(K为矩阵维数)。仿真结果显示自适应算法的收敛性能远远优于目前存在的自适应算法。     

基于微波光子技术的高通量卫星研究进展

高通量卫星(High Throughput Satellite,HTS)是新一代宽带通信卫星的统称.一方面可用于远程教育、远程医疗、应急救灾等公益事业,另一方面可以为个人和企业提供宽带多媒体和高速率的Internet等商业应用.首先介绍了高通量卫星通信的概念,对基于微波光子技术的高通量卫星进行需求分析,接着对国内外高通量卫星的发展现状进行了详细介绍并进行了对比分析.在此基础上,给出了基于微波光子技术的高通量卫星通信系统组成初步构想,最后给出了总结和展望.基于微波光子技术高通量卫星可实现星载宽带信号光域窄带处理、大规模交换转发和光控波束形成,不仅能够解决当前高通量卫星应用中的问题,满足多用户多业务需求,还兼具频谱效率高、宽带大、吞吐量高等优点,有助于推动卫星载荷向宽带化、阵列化、一体化、小型化和通用化发展,具有重要的意义.     

LEO-LEO微波掩星探测温度和水汽廓线研究进展

低地球轨道卫星间(LEO-LEO)微波掩星探测技术利用水汽吸收线附近信号,通过测量信号的折射和吸收作用,能够在没有辅助背景信息的情况下独立反演温度和水汽廓线,从而克服GNSS-LEO无线电掩星技术在大气中低对流层存在的"温度–水汽模糊"问题.目前,国内外还没有实现在轨的LEO-LEO掩星探测.为了促进我国LEO-LEO...     

三频GNSS接收机的RAIM算法研究

新一代全球导航卫星系统（GNSS）将为民用用户提供多个可用频点。为了使接收机能够充分利用多频点的卫星信号,提高系统的完好性,提出了一种能够用于三频GNSS接收机的接收机自主完好性监测（RAIM）算法。该算法通过建立三频线性化测量方程,将各频点的伪距信息融合起来。对三频伪距测量误差进行预白化处理,从而可以沿用奇偶矢量法的基本原理进行故障检测和隔离。经过详细理论推导,得到了三频RAIM算法中奇偶矩阵与单频奇偶矩阵间的简单转换关系,极大程度地降低了故障检测和隔离的计算复杂度,更易于在GNSS接收机中实现。仿真结果表明,三频RAIM算法可以提高传统单频RAIM算法的故障检测率和隔离率,尤其在伪距偏差较小的时候,性能改善更为显著。     

主从式卫星编队相对轨道的自主确定

为实现主从式卫星编队飞行中心星与环绕星的自主定轨，采用微波雷达测量卫星间相对距离、距离速率、方位角和仰角。根据动力学方程给出了导航算法，并利用扩展卡尔曼滤波（EKF）提高微波雷达相对速度的测量精度。仿真结果表明，该导航算法对主从式卫星编队较有效，且能获得较佳的导航精度。