通信卫星星上波束形成技术及发展

随着通信卫星技术的迅速发展，星上天线技术也不断取得重要的进展，其关键技术之一星上波束形成技术对提高系统性能有重要作用。目前，这种技术已从模拟波束形成向数字波束形成，从微波波束形成向光学波束形成发展。本文主要介绍国外一些典型通信卫星采用的星上波束形成技术，重点介绍数字波束形成（ＤＢＦ）技术及其在通信卫星上的应用。     

低轨星座多波束相控阵天线研究进展与发展趋势

多波束相控阵天线是一种利用波束形成网络,同时实现多个独立的高增益波束的多波束天线,具有高灵活性和宽角度扫描等优点,是低轨通信卫星系统的核心载荷之一。旨在针对应用于低轨星座的星载多波束相控阵天线进行归纳和分析。对低轨星座多波束相控阵天线的发展历程、波束形成技术、关键技术进行了介绍,并对低轨星座多波束相控阵天线的未来发展趋势进行了分析,为我国未来低轨卫星星座建设提供技术参考。     

基于低轨通信卫星车联网的地区车辆交通控制构想

随着车联网技术的不断发展,高效的低延时且有效可行的交通控制成为车联网需要面对的主要问题.为了探究分析地区内车联网如何通过高效流量控制,利用现有资料,合理推演,分析了现有车联网通信及交通规划的优点与不足.基于现有低轨道卫星设计架构,提出了两种基于低轨道卫星的车联网地区车辆交通控制构想的方案,分别是基于低轨通信卫星透明转发的车联网实现和基于低轨通信卫星星上处理的车联网实现.经过对车联网数据的分析和估算,得出在星上透明转发的条件下,地面工作站满足每秒处理136.72MB数据的能力即可实现基于低轨道卫星透明转发的车联网交通控制.在低轨卫星星上处理的条件下,同一时空内单颗卫星每秒应处理11.39MB～13.67MB大小的数据即可实现交通控制.由此,论证了基于低轨道通信卫星车联网实现交通控制的可行性,为车联网下交通控制的发展提供了新的思路,也给未来低轨卫星的星上处理能力提出了初步需求.     

存在功率控制误差的多波束低轨卫星通信系统容量分析

传统的低轨卫星容量计算只采用单一的链路模型进行分析,忽视了同一地区链路可能存在不同状态的实际情况。采用二状态的马尔可夫信道链路模型,可以对农村地区的链路做出更准确的估计。考虑由于链路时延产生的功率控制误差,可使低轨卫星通信系统容量分析更贴近实际条件。     

高速数字波束形成系统的实现

随着阵列信号处理的不断发展，数字波束形成技术显示出无比的优越性及广阔的应用前景。本文讨论了自适应数字波束形成（ＡＤＢＦ）系统的组成、各种参数的选择、及适合于连续波体制雷达的修正的Ｇｒａｍ－Ｓｃｈｍｉｄｔ自适应算法，并结合实例详细讨论了ＡＤＢＦ系统的硬件实现。所得结果说明本系统具有良好的性能。     

低轨卫星多波束接收的多普勒频移统计特性及应用

为确定低轨卫星多波束接收的多普勒频移特性,通过建立“多点对点”分析模型,推导了等多普勒频移曲线的解析表达式,并仿真给出了该特性曲线。得出了确定卫星各波束多普勒频移统计特性的一般步骤,并结合常见的多波束赋形设计,归纳了各波束的多普勒频移分布特性。作为应用举例,提出了多波束多通道各捕获模块差异化设计和双曲线形式波束赋形的设计思想,对星上再生处理多波束多通道接收机降低复杂度有明显的益处。     

面向卫星通信系统的低成本超表面相控阵技术

低轨通信卫星系统因其传输延迟小、通信容量大、发射运营成本低等优势,受到了国内外的广泛关注。然而,低轨通信卫星技术的发展对星载天线系统提出了挑战。为提高卫星星座的通信容量以及实现对用户的跟踪覆盖,波束扫描、波束可重构及多波束覆盖不可或缺。在低成本建设运营的背景下,迫切地需要一种低成本的天线系统方案。作为一种低成本新型相控阵技术,综述了超表面相控阵天线技术及其在波束调控中的应用。首先对超表面天线波束形成的方法进行了简单的研究,之后介绍了超表面电磁调控的机理以及实现可重构的手段,最后介绍了超表面相控阵天线在波束形成、波束扫描、多波束产生中的应用。该技术相较于传统相控阵技术,大幅降低了成本,且在电磁波极化、频率调控中展现出巨大的灵活性。通过对该技术的综述,展望了超表面相控阵在低轨通信卫星中的应用。     

星载多波束发射阵列天线多通道数字上变频设计

针对多波束发射阵列天线输入为中频宽带信号的特点,设计了数字波束成形网络方案,提出了一种适合于工程实施的多通道数字上变频并行处理算法,同时设计了一个集混频滤波和预加重处理功能于一体的复合滤波器,并结合反馈式增强锁相环和逻辑锁定技术提高了阵列天线各通道的幅相一致性.通过仿真分析和工程试验表明,提出的算法利用多相滤波器结构、分布式算法和复用式设计既减少了运算量,又有放降低了硬件资源消耗;采用的复合滤波技术及时钟同步技术提高了通道的幅相一致性,确保了相控阵天线波束赋形的效果.该设计的算法和硬件实施技巧对资源有限的大规模阵列信号处理有较好的借鉴价值,对宽带数字收发信机信号流设计也有一定的参考意义.     

星上数字波束形成系统及硬件实现

数字波束形成系统是一种可实现天线自适应调零的窄带数字系统。本文构筑了星上数字波束形成系统的模型，并对模型中各个模块的功能进行了介绍。文中对数字波束形成系统的误差进行了简单的分析，介绍了数字波束形成系统硬件实现以及外场测试系统方面的内容。最后对下一步的工作提出了一些建议。     

区域覆盖低轨卫星移动通信系统星座优化设计

针对区域覆盖低轨卫星移动通信系统星座,提出了一种改进遗传算法(GA)的优化设计。根据改进的区域覆盖星座模型,采用可变维数优化的整数与实数混合的染色体编码。给出了算法步骤。某区域覆盖低轨卫星移动通信系统星座优化设计算例结果显示了该算法的有效性。     

低轨卫星面阵凝视成像技术研究

文章介绍了面阵凝视成像的工作原理及特点,阐述了低轨卫星对地观测凝视成像面临的像移问题及其解决措施,对像移补偿装置与二维指向机构的结合做了初步探讨。     

低轨卫星面阵凝视成像技术研究

文章介绍了面阵凝视成像的工作原理及特点，阐述了低轨卫星对地观测凝视成像面临的像移问题及其解决措施，对像移补偿装置与二维指向机构的结合做了初步探讨。     

基于信道特性的低轨卫星切换性能研究

在卫星与地面终端之间的星地链路中,存在复杂多变的信道环境,这些因素对系统的切换性能有着重要影响。文章首先建立星地信道模型,并将此模型应用于切换过程,通过仿真得到信道特性对于切换性能的具体影响。     

低轨卫星可重构通信系统设计

提出一种适合于在轨重构的低轨卫星通信系统软、硬件架构方案,从工程实施角 度探讨包括天线、RF前端和基带处理单元在内的可重构硬件平台、可重构策略与软件控制流 的可行性,分析了可重构卫星通信系统实现的关键技术。利用软件无线电技术,分析了基带 和射频前端分离,可裁减、复用式平台实现的基本路径,以及基带、射频天线单元重构的实 现方法。通过各常规通信模式射频前端和数字部分的灵活组合,同时支持多频点、多模式的 通信制式,达到节省硬件成本和提高系统灵活性的目的。最后研制了一个可重构卫星通信地 面测试原理样机,模拟了卫星有效载荷和地面通信站在IS-95体制下两种CDMA加密码字间的 动态重构,有效验证了本文提出的可重构策略的正确性与合理性。
     

LEO卫星网络路由算法的OPNET建模与仿真

由于OPNET没有提供标准卫星模块和星上路由器模块,这给卫星网络仿真带来一定难度 。针对LEO卫星网络路由算法,提出了一种OPNET路由仿真模型。该仿真模型主要由卫星网络 域、卫星节点域和路由进程域组成。卫星网络域实现网络拓扑结构的动态变化,节点域利用 无线仿真机制进行数据的发送和接收,路由进程域完成具体算法的实现。为了检验模型的性 能,仿真分析了几种典型的星上路由算法。结果表明,提出的仿真模型是正确可行的,且具 有一定的通用性,为卫星通信网络性能的仿真和分析提供了一种简单有效的途径。
     

基于星间链路状态的低轨卫星网络路由算法

低轨卫星通信网络可以提供全球覆盖的低延迟服务,但是低轨卫星网络拓扑的频繁变化给路由设计带来了挑战.针对低轨卫星通信网络拓扑快速变化的问题,提出一种基于星间链路状态的路由算法,在卫星的实际坐标和相对位置关系的基础上,建立了逻辑拓扑结构,并计算路由跳数、传输方向和优先级,进而确定路由路径.针对链路故障问题,实时检测链路状态...     

低轨遥感卫星全时在线测控技术综述

本文分析了低轨遥感卫星实现全时在线的4个随时需求,概述基于中继、北斗以及移动通信卫星系统等开展低轨遥感卫星天基测控的现状,提出了对应的天基测控方案,对比分析了各种途径的特点,提出构建天地基综合测控服务体系、发展多手段一体化综合测控终端、优化遥感卫星分级分类测控运管策略等设想,为实现低轨遥感卫星全时在线、随时指控应用探索了一种发展路径。     

LEO卫星电源系统拓扑研究

基于30个近地轨道（LEO）卫星任务及其电源系统应用情况,在系统层面上对5种电源系统拓扑进行了分析比较,包括配置方式、控制原理、效率及器件等。针对功率调节性能和器件组成规模,选择配有最大功率点跟踪（MPPT）的升一降压调节器（B2R）作为多适用的电源系统拓扑。此系统适应LEO卫星需求,属于拓扑用途广泛的电源系统,可通过合理配置热备份的功率调节模块来实现功率组合及可靠性设计,具有较高的兼容性,能够满足中国LEO卫星任务需求。