大规模卫星星群域管控策略设计

针对大规模卫星星群单节点管控带来的系统通联性差、地面资源依赖度高等问题,提出了分层管理、域内自治、动态维护的卫星星群分布式域管控策略。首先,设计了衡量卫星节点管控能力的静态指数及动态指数,并提出了多因素加权的星群簇首选择方法。其次,提出了通过逐层择优的方式进行域结构初始化的算法流程。最后,根据星群变化情形,提出了基于事件触发的动态时间片域管控方法,保证了大规模星群在全任务周期内能维持相对稳定的管控构型。仿真结果表明,所提出的域管控策略能够有效完成对目标星群的簇首选择、域初始化及动态维护过程,并保持域结构的稳定。实现了目标星群在空间中的域结构划分管理,使地面直接参与管理的卫星节点数目降至原管理模式的14%,有效解决了星群管控严重依赖地面资源的相关问题。     

一种阵列天线逐通道相关在线标校法

由于发送端和接收端时钟的不一致性,导致低信噪比下阵列天线卫星移动通信的逐通道相关标校有很大的难度。在考虑易实现性和简易性基础上,提出了一种可以解决低信噪比下通道校正的多周期长时累积方法。该校准信号为由地面标校站产生的BPSK调制扩频信号,可以减少卫星设计的复杂度,且在不中断用户数据传输的基础上实现在线标校。该方法通过对接收信号打标、速率匹配等措施来解决收发时钟不一致导致的码偏和频偏问题。研究结果可以为阵列天线卫星通信技术提供支持。     

非均匀间距的低副瓣宽带微带阵列天线设计

为降低天线副瓣电平（SLL）和展宽带宽，设计了一款谐振频率为14.25 GHz的16阵元非均匀间距的耦合馈电微带阵列天线。天线采用多层设计，通过在接地板开矩形槽进行耦合馈电，并引入空气层，降低天线Q值，增大带宽。区别于均匀间距阵列天线的激励幅值加权，从阵元间距角度入手，利用差分进化算法降低副瓣电平，构建非均匀间距并联线阵天线。用槽面辐射的能量近似代替阵元接收的能量，观察阵元功率分配情况，并建立馈电网络所有馈线段的数学关系，保证非均匀间距条件下所有阵元为等幅同相激励。测试结果显示，天线在14~14.5 GHz范围内电压驻波比小于2，满足了卫星动中通的带宽要求；工作带宽内增益大于16 dB，副瓣电平低于-16 dB，性能优于均匀间距阵列天线。      

深空通信中利用GEO卫星的双跳下行链路特性研究

利用现有的地球静止轨道(GEO)卫星资源,构建深空通信中深空探测器到GEO卫星、再到地面站的双跳链路系统。在自由空间链路段载波宜采用较高频率以获得链路增益;在GEO卫星到地面站链路段宜采用10GHz左右的卫星通信窗口以规避大气的相关影响。与传统一跳链路相比,双跳链路系统可以获得更大的信噪比和信道容量,以及更小的误码率。采用现有的GEO地面天线完全能够满足深空通信的要求,提高了系统的可靠性。     

双反射面信道中6极化MIMO信道特性

为研究双反射面信道中多径丰富程度对6极化多输入多输出系统(HPMIMO)信道容量和特征值的影响,设计了一个工作于28GHz的共点正交的双极化天线,此天线由一个电偶极子和一个环天线组成,并以此天线为基本单元,得到了一个虚拟的共点正交6极化MIMO天线.从计算结果中发现,随着两个反射面间夹角的减小,信道中的多径数目逐渐增加,对应的信道容量也逐渐增加,可达到单极化系统信道容量的2.47~5.10倍.夹角为0°时多径数目趋于无穷的情况比自由空间(FS)和夹角为180°等多径较少的情况下的6极化MIMO信道容量会有30%~45%的增加.此外,在自由空间信道和双反射面信道中,6极化MIMO信道矩阵都会得到6个非零特征值,但在多径数目较少时,有一些特征值会接近于0.因此,为了获得足够高的信道复用和分集增益,多极化MIMO天线需要工作在多径较为丰富的信道中.      

用于辐射计定标源发射率测量的标定方法

针对用于风云系列卫星有效载荷微波辐射计的地面定标的定标源的双站测量系统进行建模,引入与待测的有限大周期方锥阵列定标源结构一致的锥形阵列金属标定体(标定锥),取代常规的标定金属平板(标定板).通过基于三维时域有限差分(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)算法和等效时谐场外推理论的仿真,结果显示标定锥具有与定标源相似的散射分布特性,并通过基于天线近场耦合理论的分析,标定锥与定标源具有相近的天线耦合功率密度分布,因此,用标定锥作为标定体可有效地消减由天线口面带来的近场天线耦合的误差.对于文中给定的定标源模型,在不考虑收发天线直接耦合的条件下,采用标定锥取代标定板进行标定可以将定标源发射率的测量精度提高一个数量级.      

GNSS外辐射源雷达低慢小目标探测概率

尽管全球导航卫星系统(GNSS)外辐射源雷达具有信号源广泛、覆盖率高、容易进行时间同步等特点，受到了国内外研究机构的广泛关注，但由于卫星位置变化和单颗卫星的目标探测性能有限，难以满足实际探测需求。根据几何构型给出GNSS外辐射源雷达双基地角计算方式，仿真研究双基地角与目标雷达散射截面积(RCS)的关系，分析探测时间与目标最大探测距离的关系，得到目标探测概率的理论表达式，并据此评估基于GPS L5信号的外辐射源雷达在单星、多源融合及前后向协同探测模式的目标探测概率。仿真结果表明：单星前向和后向探测模式的有效探测时间覆盖率不足1%，采用前后向协同及多源融合的探测方式，可有效提升GNSS外辐射源雷达的目标探测性能至25%；通过采用连续扫描检测的方式实时改变接收天线的照射方向进行目标探测，在前后向协同的多源融合探测模式下，有效探测时间覆盖率达到98.96%，基本满足全天时有效探测需求。     

GNSS抗干扰天线阵不一致性对MUSIC算法的影响

由于天线阵元位置、射频（RF）放大器和模数转换器（ADC）等因素的影响,全球卫星导航系统（GNSS）抗干扰天线阵各通道间不可避免地存在着不一致性。首先,利用矩阵中的子空间理论分析了通道的幅度不一致性和相位不一致性对多重信号分类（MUSIC）算法的影响。理论分析结果表明:单干扰情况下通道幅度不一致性会降低MUSIC算法方向图的零陷深度,但不影响零陷位置,相位不一致性对MUSIC算法方向图零陷位置和零陷深度均有影响;多干扰情况下通道幅度不一致性和相位不一致性对MUSIC算法方向图零陷位置零陷和深度都有影响。因此在通道不一致性慢变化的条件下,MUSIC算法利用方向图进行性能评估时需要测出通道幅相偏差矩阵进行方向图纠正。然后,利用仿真的方法对不一致性的影响进行了实验分析,实验分析结果与理论分析结果一致。      

无人机机载干涉阵列外场试验平台

超长波波段的电波波长为十米到几百米,如果要在超长波波段对宇宙射电信号实现高分辨率成像,天线口径通常需要达到波长数百倍乃至数千倍以上,传统的单天线方法不再适用.月球背面是在日地空间中开展超长波观测的最佳地点.空间分布式被动微波干涉成像技术的主要思想是利用分布式卫星星座,在深空实现超大的干涉测量基线替代大口径天线,实现对宇...     

卫星多波束天线综述

卫星通信的发展及对卫星通信的容量和效率要求的不断提高,导致了卫星多波束天线的出现。文章对目前使用的阵馈单反射面多波束天线,成形反射面多波束天线,有源多元阵多波束天线及镜像多波束天线的结构、分析方法、适用范围等进行了综述,并给出了相应的例子。     

AOS虚拟信道链路控制器和VCDU合路器的设计实现

在深入研究高级在轨系统(AOS)标准和对星载数据系统进行分析的基础上,设计实现了AOS虚拟信道链路控制器和虚拟信道数据单元(VCDU)合路器。该设计采用现场可编程门阵列(FPGA)实现高级在轨系统虚拟信道链路控制(VCLC)子层的位流业务和虚拟信道存取(VCA)子层的VCA业务,完成了位流协议数据单元(B_PDU)的构造,VCDU的组装、调度、填充和定界等功能,实现了对整星数据流的统一管理。在卫星的星载数据系统设计中,将有效载荷数据和航天器平台数据合一,形成统一数据流,可以节约频率资源,支持宽带数据传输、实现整星数据流的统一管理,使整个系统更灵活、更开放、更有效,提高卫星的自主管理能力。     

对地观测卫星固定波束数据传输天线覆盖特性研究

从卫星系统设计入手,利用J2轨道模型及星地空间几何关系研究了太阳同步、近极圆轨道、三轴稳定对地观测卫星的星地数传无线链路,得到了在地面站作用范围内均衡接收的波束分布特性。研究结果表明卫星进、出地面站的周向分布是不均匀的,沿卫星飞行方向进、出地面站概率最大,而垂直于卫星速度方向,卫星进、出地面站概率最低;并分析了波导十字缝阵组合天线的覆盖特性。     

空间惯性定向姿态卫星数传链路设计

对于采用空间惯性定向姿态的卫星,其在数传设备工作期间不能保证固定安装在星体上的发射天线波束准确指向地面站,这给有效载荷高速数传提出更高技术要求. 研究了这类卫星在轨运行时其姿态相对地面站的变化规律,利用STK软件提供的卫星轨道仿真分析结果,寻找数传天线波束中心轴的较好指向,得到不同天线波束宽度能够实现的卫星对地数传时间. 通过研制140°波束范围内0dBi增益天线,在链路设计上保证了传输速率85Mbit·s-1时有足够的余量. 在星载设备小型化约束（质量10kg、功耗80W）条件下,采用小型化宽波束天线以及固态功放解决了空间惯性定向姿态卫星的有效载荷数据传输问题,设计方案满足相关任务要求.      

地月空间信息网络链路分配算法研究

在设计拓扑时,如何分配每颗卫星上有限的通信终端建立通信链路,构建一个性能良好的网络拓扑,成为了一个重要的研究问题。以平均月球中继卫星到地面站路径距离最小为优化目标,以卫星携带的通信终端数目、月球中继卫星与地面站的连通性为约束条件,提出了基于竞争决策思想的链路分配算法(Link Assignment Algorithm based on Competitive Decision, LAA-CD)和基于模拟退火法的链路分配算法(Link Assignment Algorithm based on Simulated Annealing,LAA-SA),并与贪婪算法进行对比。仿真结果表明,LAA-CD和LAA-SA算法下所得拓扑的平均月球中继卫星到地面站距离均小于贪婪算法,且LAA-CD算法能够有效降低算法的时间复杂度。进一步对比了两种星座,发现相比拉格朗日轨道卫星星座,在月球极轨道卫星星座下所得拓扑具有更小的平均距离,为空间信息网络分配提供技术支撑。     

系统级链路预算方法

计算地面站和飞行器之间的通信链路余量问题常依赖于简单的数学叠加法,但在实际应用中,复杂飞行器模型以及气候条件等干扰因素都容易造成天线方向图的畸变,从而导致链路预算不准.为了尽可能准确评估链路性能,提出了一种系统级链路预算评估方法.应用旋转变换矩阵,建立了姿态变化造成天线方向图相对变化的关系式.仿真得出装机后天线方向图畸变信息.根据相对变化量对方向图信息作数据挖掘.按全系统链路余量表达式计算变姿态情况下链路余量.评估了一种超短波通信天线与地面站天线间的通信链路性能,以及飞机降落时航向天线和航向台站之间的通信链路问题,表明该方法具有一定工程应用价值.