深空通信中继下行链路特性研究及仿真分析

在深空通信中,由于信号传输距离遥远,功率受限的下行链路信号衰减巨大。为解决上述问题,分析地球大气层和外层自由空间的传输特性差异,提出以地球同步轨道卫星为中继站的下行链路的构想,根据每一段链路特性的不同选择载波频率。仿真结果表明,中继链路可以提高信号传输的信噪比、增大信道容量、降低误码率,提高了深空通信下行链路的可靠性。     

QPS信号在大气空间中的衰减特性分析

量子定位系统（QPS）是一种高精度安全的定位技术。阐述了量子定位原理,重点分析了QPS信号在大气空间中的传输特性,得出不同波长在不同通信距离下信号的衰减,计算了一定波长不同能见度下实现QPS定位的通信距离。根据研究,可选择合适的波长以减小大气的吸收、散射及湍流对信号的影响,设计合适的卫星高度和基线长度提高其定位精度。所做的研究可为实际设计QPS定位系统提供理论参考依据。     

对流层散射传播机制与特性分析

文章从对流层的一般特性入手,介绍了目前对流层散射传播机制研究的三种主要理论模型,分析了对流层散射传播所具有的一系列突出优点,同时重点讨论了传输损耗特性和衰落特性,并提出了克服其不足的有效措施,最后对未来的研究重点进行了展望。     

太阳闪烁影响下的星际通信链路参数设计

针对太阳闪烁作用于星际通信链路而产生的幅度闪烁、频谱扩展、相位闪烁、时延扩展问题，提出一种适用于星际通信链路的参数设计方法。该方法根据通信链路与太阳的几何关系，计算太阳风中等离子体作用于无线电波的幅度统计特性、时间谱特性，将计算结果作为通信链路的频率选择、传输信号带宽设计、调制方式选择、锁相环路带宽设计的约束条件，并以某空间探测任务为例进行了S、X、Ka三种频段下的信号传输性能仿真分析，结果表明，在太阳闪烁指数m<0.3的情况下，采用Ka频段+8PSK调制相结合的方式，对于太阳闪烁的抵抗能力最强。该方法设计的参数能够降低太阳闪烁对通信链路的影响，可作为工程实际系统设计的参照。     

无人机测控链路信道传播损耗模型研究

无人机测控链路的稳定可靠是确保无人机充分发挥军事和民用效能的重要保证之一。针对无人机测控链路系统设计中的空间传播损耗精确计算问题,参考ITU-R（国际电信联盟无线电通信组）P.528传播损耗模型,从自由空间损耗、大气吸收损耗和可变损耗三个方面进行了仿真研究,获得了视距条件下三种损耗衰减值与传播频率、通信距离、通信终端高度等参数的一般关系。根据提出的传播损耗精确计算方法,对某无人机典型应用场景下的传播损耗进行了分析计算。与传统损耗模型的计算结果相比,采用的方法可以获得更加精确的计算结果,对无人机测控装备的设计研制具有重要的借鉴意义。     

任意周期信号非相干测距技术研究

飞行器测控系统上、下行链路信号关联性越小,则信号体制的可选择性越大,有利于在飞行器测控系统中引进先进信号传输处理技术并提高上下行信号设计的灵活性。分析了传统相干与非相干测距技术的不足;在比相测距法原理基础上,推导出利用任意周期信号实现飞行器非相干测距的方法;对影响测距指标的距离模糊问题、测距精度问题进行了研究分析;对所研究的方法进行了数值仿真。结果表明采用此方法不仅可使测控系统上下行信号设计达到独立设计的目标,而且在保证同等精度要求的条件下,上下行链路信号体制可通过不同形式进行组合使用,在现有传输体制基础上可进一步降低测控信号设计的复杂度,适用于空天、临近空间及航空等不同环境下的飞行器测控与信息传输应用。     

深空干涉测量对流层经典模型改进

对流层延迟修正误差是深空干涉测量的重要误差源之一。通过修正对流层经典天顶延迟模型和Niell映射函数NMF（Niell Mapping Function）构建了一种高精度区域对流层延迟模型。首先，结合我国深空网喀什深空站对流层延迟实测数据，对Saastamoinen模型的适用性进行分析，通过线性最小二乘拟合修正天顶干延迟参数，模型精度相对改善29.6%；然后，针对NMF低仰角情况下映射偏差较大的问题，构建偏差函数模型，显著改善了低仰角下的映射性能，经实测数据验证：仰角在0°~30°时，对流层延迟模型偏差相对改善约30%。改进后的对流层区域模型估计精度高，可为我国深空干涉测量对流层延迟修正提供参考。     

方同轴线的特性分析

利用保角变换，分析并计算了方同轴线的特性阻抗和传输损耗。研究的结果表明，方同轴线的特性阻抗和传输损耗与内外导体尺寸以及间距的关系较大，内导体相对较大且间距越小，特性阻抗就越小。该结果为合理选择方同轴线的尺寸结构提供了参考。     

太赫兹辐射大气传输特性分析及城市衰减预估

变化的气候状况、区域海拔及大气层气象参数影响着太赫兹电磁波的传播状况。首先从理论上对太赫兹波辐射大气传输损耗的三个部分:自由空间传输损耗、大气吸收损耗及大气颗粒散射效应进行了分析;为了揭示太赫兹波自然大气传输损耗与气象参数的定量关系,基于国际电联建议ITU-R.676分别针对水汽密度、温度及大气压强进行了系列计算;最后根据2013年气象统计数据,进一步选择了四个代表性城市地理环境,讨论其大气吸收损耗随季节气候的变化情况,并预估了0.3THz频段该城市区域的大气吸收损耗。     

一种高精度区域对流层延迟模型及验证

对流层延迟模型精度是影响我国深空探测干涉测量系统实时处理精度的因素之一。不同于传统的对流层天顶延迟和映射函数单独建模,建立一种同时考虑对流层天顶延迟和映射函数的混合模型。将测站不同仰角的对流层延迟观测数据作为输入,给出模型参数确定算法。通过将EGNOS模型和文中模型的预报值与深空站实测值进行比对,验证模型精度。计算结果表明,利用EGNOS模型,10°仰角时模型预报值与实测值差异高达2.6m,而采用文中模型,仰角大于等于10°时,预报值与实测值差异不超过0.25m,精度提高约1个数量级。文中建立的混合模型对我国深空探测干涉测量系统中数据的实时处理具有较高的应用价值。     

参数简化型折叠变换媒质散射特性仿真与研究

为降低超材料实现难度,对参数简化型折叠变换媒质的散射特性进行了仿真研究。基于理想参数折叠变换媒质,提出了一种参数简化模型,简化后三个方向的非均匀性被集中到其中一个方向。有限元仿真结果表明简化参数型折叠变换媒质的散射放大效果与理想参数模型接近,保持了波束聚焦的基本特性;超材料的介质损耗对器件散射放大功能的影响较小。研究发现:该参数简化模型保持了一定的散射放大功能,但材料参数大幅简化,明显降低了实际制备难度,而且无需对超材料的损耗条件有苛刻要求,扩大了其应用范围。     

基于Lowtran7的地空探测红外系统作用距离计算

利用基于对比度的红外系统作用距离模型,从作用距离公式中的目标辐射量和大气传输参数出发,分析地基探测和空基探测对应不同探测目标的辐射,利用光谱分割法对目标和背景辐射积分,通过调用Low tran7大气软件形成大气辐亮度和透过率的数据库.提出一种求解作用距离方程的新方法,并在其基础上建立作用距离计算系统,提高了计算效率和准确性.利用生成的数据库对设定的空中目标和地面目标进行仿真,仿真结果表明不同纬度季节大气组分存在差异,波长对大气传输参数的影响不可忽略,大气辐亮度越强,透过率越小,红外系统的作用距离越小,在同一大气情况下,随着天顶角的增加,作用距离减小,并给出整个天顶角范围内作用距离分布.计算得到的结果与实际数据对比表明建立的作用距离计算系统可以为红外对抗提供合理有效的参考.     

基于信干比的下行链路分组数据功率控制

针对宽带码分多址(WCDMA)系统下行链路的分组数据传输，提出一种基于信干比的功率控制方法。在本方法中，下行链路的功率控制是基于移动台得到的信干比(SIR)。吞吐量和传输延时是基于理想功率控制条件下进行仿真。份真结果表明，本方法可以大大提高下行链路的吞吐量和显著降低系统的平均传输时延。     

基于模式分集的星地激光通信技术研究

针对星地激光通信的大气湍流导致信号光损伤这一问题，实验搭建了一种能够补偿大气湍流的空间激光通信系统，采用模式分集接收结合最大比合并方法对大气湍流进行补偿，采用相干探测技术对高阶调制信号进行光电探测。在不同湍流强度下进行了传输实验，结果表明：模式分集空间激光通信系统的性能相比较于单模光纤接收系统有较大提升，随着湍流强度的增加，性能提升更加显著。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标误码率情况下，模式分集系统相比单模光纤接收系统分别降低了约4.2 dB、5.1 dB 和 5.5 dB的链路损耗。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标中断概率下，模式分集接收系统相比单模光纤接收系统分别降低了约3 dB、5.9 dB 和 4.3 dB的链路损耗。     

不同风速下海洋粗糙面散射系数的计算

在考虑风速的条件下,计算了海洋粗糙面的散射特性。用矩量法(MOM)计算了一维介质海洋粗糙面在Durden-Vesecky功率谱下的散射系数,由此获得了一定风速时的双站散射系数。仿真结果表明,计算值与文献数据非常吻合。由计算的不同风速下双站散射系数可知,风速对海洋粗糙面散射特性的影响较大。在一定的海拔高度上,散射角相同(除后向散射方向外)时,风速越大,散射就越强。     

高功率微波能量传输特性及电波环境效应研究

高功率微波能量传输是空间太阳能电站能源系统的关键技术。在能量传播过程中受降雨等因素影响发生衰减。计算结果表明,传输仰角越低,降雨强度越大,能量传输效率越低。非相干散射雷达观测的分析证实了高功率电波的注入使得电离层环境特性发生一定变化,导致电离层电子温度、电子密度增加和不稳定性的发生,并通过计算机模拟,初步探索电子温度、电子密度增加机理,这对研究高功率微波传输特性,建立传播效应模型具有重要的意义。     

单涡旋场激光传输特性研究

对单涡旋场激光传输特性进行了研究。用积分方程形式将整个流场分解成体元,每个体元中的折射率分布不均匀,用麦克斯韦积分方程替代微分方程求解整个流场的光场分布,给出了气动涡流折射率场的计算模型。当流场只存在一个理想涡流且涡流的折射率场有近似的解析形式时,基于非均匀介质散射理论,用Rytov散射近似,由积分方程计算观测平面上光场所受的流场扰动。讨论了不同激光传输距离下流场扰动时的光场空间强度分布。结果发现:随着激光传输距离的增加,光强急剧下降,中心位置光强与无流场扰动时自由空间高斯光束传输中心位置光强相近,但在两侧会形成一个暗环,使激光光场的空间强度分布发生改变,导致激光脉冲光束出现形变。研究说明了用积分方程描述气动光学效应的可行性,为精确计算复杂涡结构流场提供了一种新思路。     

曲线拟合参数估计法的目标散射中心提取

提出了一种基于几何绕射理论(GTD)模型的曲线拟合参数估计法,用于目标散射中心的提取.根据二维散射中心GTD模型,分角度分离目标的距离向散射中心,对不同角度的散射中心距离和幅相进行曲线拟合,提取目标二维散射中心参数,可估算散射体的曲率半径,较精确地计算转台中心至天线的距离.算例表明:对大角度成像、遮挡、平板散射等用该法重构的雷达散射截面(RCS)与原始数据较吻合.     

空间近场无线能量传输系统电磁屏蔽建模与仿真分析

建立空间近场无线能量传输系统电磁屏蔽仿真模型,开展传输功率、工作电压、传输距离、工作频率对电磁屏蔽影响的仿真分析,研究电磁屏蔽条件下这些参数对线圈及系统效率、功率变化情况及屏蔽效能的影响关系。仿真结果表明:在电磁屏蔽条件下,随着传输距离的增大,屏蔽体的影响逐渐加大;输入电压对屏蔽效能无太大影响;在电磁屏蔽条件下,负载电阻对系统效率的影响较小,但随着阻值的增大,输出功率会有所减小;系统效率和屏蔽效能会随着工作频率的增加而有微幅的减小。仿真模型能解决交变电磁场环境下空间近场无线能量传输系统参数与屏蔽影响准确分析问题;仿真结果可为空间近场无线能量传输系统增加电磁屏蔽后系统参数的设计提供依据。     

“交叉眼”干扰在单脉冲雷达中表现特征分析

“交叉眼”干扰技术被认为是最具发展前景的现代电子防卫手段之一。为开展其对抗技术研究,对单脉冲雷达在“交叉眼”干扰环境下的和、差接收信号进行了数学建模,并通过仿真计算分析了和、差接收信号所表现出的特征。初步分析结果表明：“交叉眼”干扰会导致单脉冲雷达差接收波束方向图发生畸变。畸变的严重性主要取决于干扰源和单脉冲雷达间的距离以及两干扰点源输出信号功率之比;“交叉眼”干扰同样会导致差、和接收信号功率之比出现异常。干扰源与单脉冲雷达间的距离越小和（或）“交叉眼”干扰的诱偏能力越强,差、和接收信号功率之比出现异常的角度范围越大。