航天微波通信中的无源互调问题及其关键技术

无源互调(Passive Intermodulation, PIM)是大功率多通道微波通信系统中一种常见的干扰现象。PIM干扰对具备收发天线共用体制、高发射功率、高接收灵敏度等特点的航天微波通信有着严重威胁。PIM在航天通信系统中普遍且长期存在,有效解决PIM问题是相关通信载荷顺利研制和在轨安全运行的先决条件。中国下一代空间通信应用中,极高发/收比PIM问题更为复杂多样,PIM干扰控制成为航天工程研制和发展中举足轻重的关键技术。该文从机理、分析预测、检测定位及抑制技术等方面,全面总结了PIM问题的特点及研究现状,探讨了解决PIM问题的关键技术,结合航天应用背景,深入分析了PIM研究重点及关键技术发展趋势,为航天工程中的PIM相关研究和技术应用提供一定的参考。     

LDPC码对无源互调干扰下通信性能改善研究

针对无源互调干扰信号的时变性和间断性特点,提出了利用低密度奇偶校验（LowDensityParityCheck,LDPC）码抗突发差错的特性来减弱无源互调干扰影响的方法。文章设计了LDPC编译码方案,采用了基于准循环矩阵的编码方案,并着重分析了译码环节,译码算法最终选定具有低迭代时延特点的基于行信息传递（RowMessagePassing,RMP）调度的最小和译码算法。译码仿真结果显示,用占空比为10%的脉冲模拟无源互调干扰,信噪比为3.1dB时,编码增益约为8.2dB。实测结果显示,信干比为2dB时,带有LDPC编码的系统误码率为0.00269,信干比增益超过10dB。     

应用于航天器的低无源互调滤波器分析

随着航天器有效载荷朝着大功率、小型化方向发展,大功率滤波器的无源互调问题成为制约航天器有效载荷发展的重要问题。对应用于航天器的大功率同轴滤波器产生无源互调的因素进行了研究,发现了表面镀层处理和不同材料调节螺钉方式对无源互调的影响规律。用介质隔离同轴连接器内导体和馈电杆的接触方式,设计了一种S频段低无源互调同轴滤波器,比传统同轴滤波器的无源互调有效降低了20 dB。这表明该方法是一种有效降低大功率微波部件无源互调的方法,可应用于航天大功率和地面移动通信大功率微波部件。     

基于宽带调制信号的无源互调测试研究

随着收发共用和数字调制技术(如BPSK、QPSK)在卫星通信中大量使用,原有的连续波(continous wave,CW)无源互调(passive intermodulation,PIM)测试系统存在验证不充分的问题。设计了宽带调制信号PIM测试方法改进了原有的测试系统,通过采用通道功率测试PIM,测试研究结果表明BPSK、QPSK数字调制无源互调量值均高于连续载波信号2～9 dB,考虑到卫星运行可靠性,采用数字调制宽带工作模式改进原有测试系统后更接近实际工作方式,提高了地面验证可靠性。     

航天微波部件的无源互调抑制方法研究进展

无源互调(passive intermodulation,PIM)问题广泛存在于大功率微波无源部件及系统中,对卫星及地面通信系统造成严重的干扰.无源互调抑制方法是无源互调基础研究和工程应用中的重点关注领域,是解决无源互调问题的核心关键.在阐述无源互调产生机理的基础上,分别从工艺、结构、电设计及信号处理等多个方面系统地归...     

大功率微波部件多载波无源互调分析与实验验证

无源互调是通信系统不可避免的问题,随着卫星载荷技术向更高功率、宽频段、高灵敏度接收方向发展,无源互调对通信系统造成的影响更加严重。常用的双载波分析评价无源互调已经不能适用于现代复杂载荷通信系统,提出确定多载波无源互调分布类型分析与计算方法,采用非线性模型计算多载波无源互调功率电平。通过对TNC双阴连接器的分析计算可得到接收频带内产生3个互调频率点,对比非线性模型计算的互调功率电平与多载波实验测量的互调功率电平,3个互调频率点最大误差小于5dB。分析方法有助于大功率微波部件多载波无源互调分析,可为多载波无源互调测量提供参考和依据。     

无源互调对直扩系统伪码捕获性能的影响

无源互调干扰信号会对无线通信系统造成不同程度的影响,轻则干扰无线通信系统,严重时阻塞无线通信系统信号传输通道。为了定量分析无源互调干扰信号对直扩系统伪码捕获性能的影响,建立了无源互调干扰下直扩系统模型,考虑卫星接收机中噪声的影响,采用修正柯西分布概率密度模型,分别对平方律检波器捕获方法和平方检波累积器捕获方法在无源互调干扰下的捕获性能进行了理论推导和仿真验证。仿真结果表明,高信干噪比下无源互调干扰对通信系统的影响比噪声小,90%捕获检测概率下相差2.92dB;采用平方检波累积方法可获得一定的累积增益,90%捕获检测概率下的累积增益为2.36dB。     

非线性媒质无源交调电平预测

无源互调(PIM)作为地面基站天线、卫星天线系统中一种重要的干扰因数,在PIM问题的研究中,功率电平的预测是一个难点。文章对两种预测方法进行了深入的比较研究,建立了数学模型,并通过计算机仿真获得了在不同输出测量误差及相同输入工作电压情况下两种方案的3、5、7阶PIM的预测误差;通过与相关参考文献中实际测量值的比较分析,探讨了这两种预测方案的合理性、有效性。     

基于Volterra级数的功放行为建模与简化

Volterra级数行为模型因其高复杂度而只适用于弱非线性系统,对于具有强非线性和长记忆效应的功率放大器,Volterra级数模型将包含大量的待辨识参数.对射频功率放大器的行为建模进行了研究,提出了功率放大器Volterra级数行为模型的简化方法,通过引入邻对角核控制因子和动态偏离阶数控制因子,合理移除了对信号输出影响较少甚至无关的辨识参数,从而在保证模型准确度的前提下有效地降低了模型的复杂度和参数提取时间.采用了一个10 W的射频功率放大器实例用于模型提取和验证,模型与仿真实验的数据结果对比表明,简化的Volterra行为模型能够很好地描述功放的非线性特性及记忆效应,验证了简化行为模型的有效性和灵活性.     

单星测频静态目标无源定位研究

提出了一种基于非线性最优化技术的单星测频无源定位算法,该方法利用单颗卫星单个通道在不同位置上测得的信号多普勒频率,实现对地面固定辐射源的无源定位,具有有效载荷简单、对卫星姿态无特殊要求、定位收敛快、精度较高等优点。同时,探讨了多普勒频率测量误差预处理技术,以及基于PAR模型的系统误差分离技术,通过对测量误差的分离与处理,可以大幅度提高频率测量数据的精度,从而保证后续测频定位精度。最后,通过仿真试验和工程实际,验证了单星测频定位技术的有效性和准确性。     

基于Volterra级数的跨音速非定常气动力建模

为了有效实现跨音速气动伺服弹性的分析与综合,应用Volterra级数理论建立了一种跨音速非定常气动力状态空间建模方法.小扰动假设下的跨音速非定常气动力可以近似地表示为一阶Volterra级数的形式.通过CFD(Computation Fluid Dynamics)技术计算得到由结构变形产生的非定常气动力阶跃响应可辨识出Volterra核,由此得到频域的广义非定常气动力影响系数.利用气动力有理函数拟合,得到气动弹性状态空间模型.为验证气动力建模的有效性,以后掠机翼为例进行颤振计算.结果表明,Volterra级数方法得到的非定常气动力模型能够反映一定的跨音速气动特性,颤振计算与CFD-CSD(CFD-Computation Structure Dynamics)的计算结果吻合很好.      

射频接收机电磁敏感性行为级分析方法

提出一种基于简化Volterra级数模型的射频接收机电磁敏感性(EMS,Elec-tromagnetic Susceptibility)行为级仿真方法.利用3阶简化Volterra级数模型对接收机EMS进行分析,根据EMS频响特性,提出一种通用的EMS判据,并给出敏感度阈值仿真求解流程图.弥补了以往在接收机EMS分析时以试验为主,缺乏仿真分析的缺陷.以某双频GPS(GlobalPositioning System)接收机受连续波干扰为例,对带内和带外(包括镜频和互调)敏感度阈值进行求解.仿真结果表明该方法不仅有效、可行,而且减少了敏感度阈值求解所需的内存空间和仿真运行时间,适应于一般射频接收机的EMS分析,在工程技术领域切合实际.     

先进电子信息系统在通信卫星平台中的应用

以A2100平台、EuroStar3000平台和Space-Bus4000平台的星载电子信息系统为例,介绍了国外先进的商用通信卫星平台星载电子系统的特点,从集成度、扩展能力、处理能力等方面分析并对比了中国通信卫星平台与国外的差距,从优化卫星平台电子系统结构、加强公用平台开发等方面,提出了建议.     

国内卫星移动通信发展初步分析

文章论述了移动通信的发展过程;通过地面移动通信和卫星移动通信的比较,指出发展卫星移动通信的必要性;通过对同步轨道和低道卫生移动通信的比较,单一成型波束和多点波束的比较,提出了适合中国的经济实力和卫星技术水平的卫星移动通信的发展途径：除参加全国性卫星移动通信系统解决部分国际移动通信外,应该走发展同步轨道多点波束的卫星移动通信道路。