天线组阵技术研究及其在我国深空测控通信系统中的应用

研究深空通信系统中天线组阵技术实现方案,并通过数值仿真对几种基本的天线组阵方案和算法的性能进行比较分析。仿真结果表明,采用SUMPLE算法的全频谱合成技术能够获得很好的合成效率,是适合我国深空探测工程测控通信系统设计的有效方案,有望在我国后续的深空探测工程中得到应用。     

基带滤波调制技术深空测控应用性能分析

深空测控的下行链路包括测控和数传2种典型的传输信道,其中数传信道一般具有发射功率大和数据传输速率高的特点,其带外辐射容易对测控信道产生干扰。以典型月球探测器为例,分析比较了数传信道采用常规BPSK（二进制相移键控）调制和基带滤波BPSK调制时,对测控信道的带外辐射影响,并对基带滤波BPSK调制的误码率性能进行了仿真分析,相应结论对未来深空探测任务测控系统总体设计具有十分重要的参考意义。     

CCSDS建议在深空通信导航中的应用研究

结合深空通信导航技术的发展趋势,通过分析CCSDS(空间数据系统咨询委员会)的研究领域、应用CCS-DS建议的空间任务,梳理出与深空通信导航相关的CCSDS建议。详细论述了深空任务中射频与调制、带宽频率调制、再生伪码测距以及相对差分单向测距等技术体制的CCSDS建议内容。并重点分析了CCSDS建议对我国深空测控网建设的影响,提出了我国深空测控设备符合CCSDS标准的技术要求。     

我国深空测控设备的发展途径探索

深空测控通信是目前航天测控通信领域中难度最大、技术最尖端的部分,而深空探测将是下世纪继续升温的世界性的航天热点。本文讨论了我国深空探测的必要性,重点从深空测控设备的角度出发,讨论了月球探测中针对ＵＳＢ设备的改造方案以及从长远和发展的眼光出发、针对火星探测的深空测控设备方案和发展方向。     

MSL测控特点以及自主火星探测测控关键技术

火星科学实验室任务测控通信与导航技术代表了目前该领域的最新方向。在结合火星科学实验室任务特点并对其对测控通信系统设计性能、导航性能进行分析的基础上,以未来的自主火星探测以及火星采样返回任务为潜在工程应用目标,结合我国月球和深空探测测控系统的现状,梳理了我国未来自主火星探测中火星中继网络、火星探测器精密定轨,以及火星大气进入、下降和着陆过程中的信号检测与估计等关键技术。该研究对后续的自主火星探测测控通信系统的设计具有一定的参考价值,对推进我国深空探测测控系统的发展具有重要意义。     

深空测控通信技术发展趋势分析

为满足21世纪我国深空探测任务的需要，参考国外深空测控通信系统的先进技术，归纳和总结了未来相关技术发展的7个趋势，为我国深空测控通信技术的发展提供一些参考。     

太阳噪声对地面站噪声温度影响分析

分析了太阳噪声对NASA深空站天线接收系统噪声温度的影响,并根据目前我国航天测控系统各种口径天线接收系统噪声温度的实测数据,给出了太阳噪声对系统噪声温度影响的测量方法、数学模型,从而为月球探测和深空探测通信链路估算中外部噪声温度的计算提供技术依据。     

一种CCSDS深空标准的LDPC码高效实现

针对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)深空通信标准LDPC(低密度奇偶校验码),为减少定点量化后的译码性能损失,提出了一种改进的译码修正算法。通过分析矩阵结构特点,并引入交错译码结构以及流水结构,设计了一种适合该标准深空通信LDPC码编译码器的高效实现结构。使用此结构,在Xilinx公司的XC5VSX95T芯片上实现了CCSDS深空通信标准的(8 192,4 096)LDPC码,在40次迭代情况下可以达到47m的吞吐率。实践表明:该设计可以灵活地移植应用于其他码率的CCSDS深空通信标准LDPC编译码器设计。     

深空站站址纬度选择问题的分析

探讨了深空站站址纬度选择问题,从测控通信覆盖和深空站大口径天线的工作性能2方面,分析深空站纬度位置选择的原因并得出了最佳结论,对我国深空站的站址选择提出了建议。     

ARA LDPC码在深空测控通信系统中的应用

介绍了CCSDS推荐的应用于深空通信的低密度校验(LDPC)码,根据码字的原型图对这类累积重复累积(ARA)码的特性进行了讨论。ARA码不仅具有良好的性能,同时其编码复杂度低,译码器具备有效的并行实现结构,此外码字具有很好的系列性。结合我国"嫦娥一号"卫星测控通信系统的设计讨论了LDPC码的应用问题,采用LDPC码能够获得更大的编码增益,在我国深空测控通信系统中具有广阔的应用前景。     

无线光通信系统中极化码编译码技术

大气无线光通信系统中的湍流运动会降低系统误码性能。为此,将Polar编译码技术引入无线光通信系统中,研究了极化码编码方法及其加入循环冗余校验的列表连续消除(Cyclic Redundancy Check-Successive Cancella-tion List,CRC-SCL)译码原理,并分别在高斯和湍流信道条件下进行了误码性能的蒙特卡洛仿真。结果分析表明,Polar编码对大气湍流信道的无线光通信系统可靠性有明显改善,在误码率为10-3时,相较于未编码系统,基于CRC-SCL译码的Polar编码技术可获得约6.3 dB的编码增益。同时,码长越长,码率越低,编码系统误码性能越佳。     

GF（q）域上的低密度校验（LDPC）码的译码及其在深空通信中的应用

低密度校验码是一类能有效逼近香农限的好码,而高进制的LDPC码具有比二进制LDPC码更好的性能,但其译码复杂度太高不利于工程应用。本文提出了一种基于协同优化算法的低复杂度的高进制LDPC码的译码算法,并讨论了其在深空通信中的应用。     

拉普拉斯白噪声下的分组Turbo码

目前,传统航空测控通信所采用的纠错码大多是建立在高斯信道基础上的。然而,航空测控环境中不可避免存在着多种尖锐的噪声,测控通信纠错码的可靠性能在非高斯信道中尚未得到充分的研究。分析了一类国际航空遥测的分组Turbo码（BTC）在拉普拉斯白噪声信道下的译码和性能。将传统Chase迭代译码算法引入到拉普拉斯白噪声信道中,建立相应的数学模型,同时,基于该数学模型设计了3种不同的译码接收器下的BTC译码方案。仿真结果验证了该数学模型的正确性与可行性,在误码率为10^-4时最佳译码方案相比于硬限幅接收机有3.7 dB的增益,相比原有的高斯信道下的接收机仅有0.6 dB的性能损失。     

月地及月地以远测控通信与若干关键技术发展趋势

通过研究国内外主要测控通信技术现状与发展动态,梳理出了目前我国在月地及月地以远距离测控通信技术遇到的挑战:面临测量精度尚不能满足科学探测更高的要求,数据传输能力难以满足更高的数据传输速率需求,关键器件自主可控较为薄弱,激光通信高精度快速捕获手段单一,以及星载终端设计与关键技术在轨验证较少等。针对这些问题,提出了对天线组阵、激光测控通信技术、Ka波段及毫米波低温接收机、超导纳米线单光子探测器、深空光学跟瞄系统、窄线宽激光光源的产生技术、光通信调制技术和高功率低噪声放大器的迫切需求,并介绍了国外最新的用于深空测控通信的新概念与前沿技术,即一体化微波/光学混合通信系统与微波光子射频信号稳相传输技术。最后,结合我国现状,讨论了我国测控通信重点发展方向及其关键技术的建议,可供构建月地及月地以远测控通信系统参考。     

Achieving the capacity of half-duplex degraded relay channels using polar coding

In this paper, a novel transmission protocol based on polar coding is proposed for the half-duplex degraded relay channel. In the proposed protocol, referred to as the partial message relaying, the relay only needs to forward a part of the decoded source message that the destination needs according to the exquisite nested structure of polar codes. Theoretically, it is proved that the scheme can achieve the capacity of the half-duplex relay channel under the decode-and-forward （DF） cooperation strategy while enjoying low encoding/decoding complexity. Practically, in order to minimize the global transmission power, the optimization of the power allocation is performed between the source and the relay by using information theoretic tools. Furthermore, a joint iterative soft parallel interference cancellation receiver structure is developed to suit to the proposed scheme. Simulation results show that the proposed scheme outperforms the conventional scheme designed by low-density parity-check （LDPC） codes.     

Dual Speed PN Ranging System for Tracking of Deep Space Probes

A new pseudonoise (PN) ranging system is proposed for trackingof deep space probes, named the dual speed PN ranging system,that transmits two different PN sequences simultaneously through a PSK/PSK (phase-shift keying) dual speed communication channel.The dual speed PN ranging system improves the maximummeasurable range significantly, with no degradation of theacquisition time, when compared with usual PN ranging systems.According to the analysis, the tracking error of this system becomesas small as those of usual PN ranging systems when the inputsignal-to-noise ratio (SNR) is large enough.     

空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析

针对目前空间激光通信的背景需求,介绍了国内外星、空、地、海等平台间的空间激光通信研究与试验现状。通过对空间激光通信现状的分析,并结合科研实践,归纳出空间激光通信的高速率、网络化、多用途、一体化、多谱段5个未来发展趋势。在此基础上,从空间激光通信系统的光学结构、通信收发以及环境影响等方面,着重分析了高质量光学系统设计、高精度捕获对准跟踪、大气信道影响补偿、高速率高功率发射、高灵敏度低误码探测、一对多通信网络、平台振动与姿态补偿、器件部件空间适应性8项关键技术,并提出相关技术的解决方法和途径,进而给出须进一步深入研究的方向,展示了空间激光通信良好的应用前景。     

网络编码在无线通信系统物理层中的应用

在对网络编码技术概念及发展现状的研究基础上,分析网络编码在无线通信系统物理层中的应用,重点研究物理层网络编码技术以及网络编码与信道编码的联合设计,并进行综述.一方面,介绍物理层网络编码机制,对物理层网络编码的主要研究热点进行分类,包括物理层网络编码的编解码设计、同步问题、与其他传输技术的结合、信息容量分析以及应用场景扩展,总结现有成果及发展方向.另一方面,研究不同网络编码与信道编码联合设计方案,根据设计的不同角度,将其归纳为结合信道编码的类型、改造软信息处理的方式、利用物理层网络编码及考虑不同的系统场景.     

大容量光通信系统中规则LDPC码的研究

为研究规则LDPC码在大容量光通信系统的性能,对不同列重和不同迭代次数的短规则LDPC码在大容量光信道中的误码率性能进行了数据仿真。发现确定码长的规则LDPC码,存在最优的列重,使得在相同的冗余度时,最大程度地改善大容量光通信系统的性能;此外,误码率随迭代次数的增加具有收敛的特性,LDPC码译码时应合理地选取迭代次数。