无人机集群组网高精度测距技术研究

针对无人机组网系统机间测距精度受限于时域采样周期时延估计的问题，本文提出一种联合正交频分复用（OFDM）前导序列和导频序列进行高精度测距估计的方法，利用最大似然估计和双向测距法将参与计算的序列测距估计结果按比例进行加权平均。同时，仿真分析了联合测距估计方法性能。结果表明：联合估计方法的前导与导频序列差分自相关间隔长度取典型值时测距精度能达到0.1 m以下，可在较低信噪比下实现厘米级测距精度，提升了集群组网测距的稳定性。     

无人集群组网系统相对定位技术研究

针对大规模无人集群在卫星导航拒止环境下的相对定位需求，研究一种基于无人集群自组网数据链测距的相对定位技术，通过集群组网测距信息构建广义距离平方阵，经过双中心处理化和特征值分解后即得到相对定位结果，最后通过仿真评估了该方法在不同测距误差和不同集群规模下的定位精度。结果表明：测距误差是影响定位性能的最主要误差来源，当节点数大于30时定位误差受节点个数影响较小。     

一种软件化激光引信的实现方法

测距精度是衡量激光引信性能的重要指标之一。以往模拟信号波形处理中常采用前沿阈值法来检测处理波形。但是当激光回波波形因各种因素发生随机起伏和畸变时,这种方法就会出现较大的误差,严重地影响测距精度。设计了一种基于DSP硬件平台的软件化激光引信实现方案,给出了模块化后的硬件电路结构图以及各个功能模块的作用和相互之间的关系。研究了用数字波形处理技术提取测距基准的波形质心算法。通过计算机模拟比较了前沿阈值法和波形质心算法的性能,仿真结果显示波形质心算法具有较低的虚警概率、漏警概率和较高的测距精度。     

基于码元同步环路的激光测距通信一体化算法优化研究

精密测距与高速通信一体化技术已发展成为星间激光链路的主要研究方向之一。为了探究基于空间激光通信系统的通信解调算法对测距性能的影响机理，根据现有的激光通信系统架构，分析了测距通信一体化系统的工作原理，搭建了基于码元同步的激光测距通信一体化系统模型，分析了基于Gardner同步环路信号跟踪系统的测距精度，并对鉴相算法进行了优化。理论和仿真证明，优化后的码元同步环能够同时实现码元同步判决和距离解算，并得到了4 dB的噪声容忍度提升，其测距方差主要与基带成型滤波参数、环路带宽、载噪比以及鉴相增益等因素有关。该算法简洁，不受载波相位影响，对高阶调制具有良好的兼容性，适用于空间激光链路系统，丰富了测距通信一体化理论，为后续一体化系统设计提供了仿真依据。     

卫星导航信号畸变导致的测距偏差的估计方法

为定量评估导航信号的测距性能,本文研究了在轨卫星导航信号畸变导致的测距偏差估计问题。基于Vernier采样原理利用大口径抛物面天线采集在轨卫星导航信号,经数据处理获得一个伪码周期的脉冲波形。在此基础上,对该波形起点位置进行精确估计,然后根据延迟锁定环工作原理产生超前本地波形和滞后本地波形,获得E-L鉴别器曲线,最后估计鉴别器曲线的零交叉点偏差,该偏差即为卫星导航信号畸变导致的测距偏差。利用北斗卫星采集信号,获得了B1频点I支路信号的测距偏差,验证了该估计方法的正确性。     

基于IM/DD体制的星间激光通信测距技术

随着当前低轨卫星组网星座计划的日益增加，对卫星间高精度校时、测距需求也越来越迫切。提出基于直调直检IM/DD（Intensity Modulation with Direct Detection）的测距技术的实现方法，使其能同时兼顾测距精度及系统成本。基于IM/DD的测距是利用高精度的秒脉冲到达时间来测量距离。使用IM/DD光通信的数据传输方式，在正常的数据帧传输中插入少量的测距信息，无需中断正常的通信模式，也无需网络时钟频率同步，数据帧的发送周期也无需与秒脉冲保持同步关系，即可使用双向单程测距方法进行测距。使用秒脉冲对本地时钟进行频率测量，对测距过程参数进行修正，只需要采用普通晶体振荡器作为本地时钟源，不需要使用高精度测距通常所需的全网络同步时钟信号或者高稳定度时钟源，便可以达到IM/DD通信码元时间量级的测距准确度和精确度，同时降低了时频同步系统的复杂度、对元器件的要求以及整个通信测距系统的成本，解决了现有技术中测距精度及系统成本不易同时兼顾的问题。     

空海自组网随机接入仿真研究

针对无人机在远海远域协同任务过程中的空海信息协同共享需求,提出了一种基于优先级传输的动态随机接入协议。首先,通过设计高效集群组网信令保证集群测控通信自组网的遥测、遥控信息的稳定传输;然后,结合改进的TDMA （时分多址）组网时隙结构实现节点快速入网与动态时隙分配协议;最后,通过OPNET （网络仿真技术软件包）分析所设计的集群空海自组网系统的随机接入低时延、业务传输高吞吐量和端到端传输低时延性能。结果表明：该组网信令下建网时间只需要2～3个飞控周期,在32节点场景下节点完成随机Aloha入网时延平均不到0.6 s,改进的TDMA协议在端到端时延比传统TDMA协议降低1/3。     

一种星间测距与时间同步的地面验证方法

针对编队飞行卫星星间通信测距时间同步地面验证困难的问题,文章提出了一套系统的地面验证方法,包括有线测试和无线测试,能够系统充分地验证星间通信测距时间同步的静态和动态功能性能,适用于采用双向单程伪距原理进行测距的主从式多星星间测试。有线测试中通过信道模拟器和可调衰减器模拟星间远距离,可验证待测系统的静态性能,微波暗室无线测试、车载无线测试模拟星间相对运动,可验证待测系统的动态性能。龙江卫星的星间通信测距单机采用本地面试验方法进行验证,结果表明：提出的地面验证方法简单易行、误差可控,可用于组网卫星间的通信测距时间同步功能和性能验证,可为编队卫星星间通信测距时间同步功能和性能的地面验证提供参考。     

基于激光高速通信信号的精密测量方法与性能分析

随着天基定位、导航、授时（Position，Navigation and Time，PNT）系统和天地一体化信息网络的建设，利用星间链路实现高速通信和高精度测量，构建天基信息网络和维持天基时空基准，对星间链路的发展提出了更高的要求。激光波束窄，方向性好，抗干扰能力强，可以实现更高的信息传输和更高的测量分辨率。通过激光星间链路的通信测量一体化设计，实现通信与测量功能的高度融合，共用相同的物理信道和信号设计，将会极大地提升系统性能，降低系统复杂性，从而实现载荷的小型化设计，这已成为星间链路的发展趋势。针对通信与测距一体化的需求，文章设计了基于高速通信信号的激光测量通信一体化方案，并对测量性能进行了理论分析；采用激光测量验证系统，对理论分析进行了验证。实验表明，在1Gbit/s的通信速率下，星间测量精度优于1mm，相比于目前微波星间链路测量，精度提升了30倍。     

一种海域无人机集群动态组网传输与动态调度方法

针对海域无人机集群组网监测过程中的网络间动态通信问题,从路由选择、高动态随机接入、动态资源调度等方面研究了无人机集群组网通信的关键技术。设计分簇DSDV(Destination sequenced distance vector routing)路由选择协议,按照任务类型需求为各簇动态分配网络带宽,改善网络性能;设计按需分配的分布式高动态随机接入协议、基于比例公平算法的动态资源管理方法,解决无人机集群子节点在接入和退出时产生的不确定性问题,有效避免在通信过程中出现多个接入请求冲突的问题。结果表明,利用文中提出方法设计的组网通信终端,各项指标与集群通信需求相比均有较大余量,能够满足海域无人机集群组网通信要求。     

编队飞行航天器测量通信一体化系统的交互链路技术

实现航天编队飞行需要有测量系统测定队列成员的相对位置、姿态和时间,还需要通信系统在编队成员间交换工程数据和科学实验数据。测量系统和通信系统都是实现航天编队飞行的核心技术。基于卫星导航技术,将卫星导航接收机、伪卫星发射机、伪码扩频序列通信和测距链路及相关数据处理模块组合,组成射频收发器,可以构成完成上述功能的测量和通信一体化系统。文中根据国外已有的实践经验阐明射频收发器设计中的交互链路设计技术,包括关于链路拓扑的考虑是采用星形网络还是网形网络;采用相控阵波束形成、分路多路径接收和多用户检测技术;采用半双工码分多址的多路传输体制和打包的信号结构;既可用兼用GPS和交互链路的相对导航,也可只用交互链路测距实现相对定位导航;在编队内外的星间通信乃至星地通信中引入移动IP功能等。航天器本身必须具备适应空间环境的耐辐射能力。     

基于态势感知一致性的UAV集群分布式协同性能分析

针对现有无人机集群分布式协同方法没有细致考虑态势感知过程，忽略了对抗环境下态势信息的不确定性对集群协同的影响，对协同性能缺乏量化分析等问题，提出基于态势感知一致性的无人机集群分布式协同方法，并分析协同性能。从集群协同作战角度分析协同方法的实质，考虑态势信息不确定性，给出集群态势感知一致性分析，建立态势觉察一致性、态势理解一致性等概念，并设计协同方法；建立协同时间、协同信息量等指标，分析指标特性，量化分析协同性能；在给定的仿真场景下，对比分析各协同方法性能。结果表明，所提方法协同性能较好，更切合对抗环境，对集群协同作战研究有一定的积极意义。     

一种利用卫星通信信号实现测距的方法研究

目前我国的测控体制主要分为侧音测距和伪码测距两种，这两种方式都有其各自的特点。文章基于现有的同步卫星传输通信信号实现测距功能的思路，提出了一种测距系统方案。     

基于星座图恢复的PSK信号调制方式盲识别

针对非协作通信条件下PSK信号识别问题,提出了一种基于星座图恢复的MPSK/MDPSK信号调制方式盲识别系统.该系统不需要信号任何先验信息,星座图恢复所需的参数如载波频率、符号速率、位定时信息均从接收序列中估计得到,同时,在系统中采用相位差分的方法以消除由载波估计偏差引起的星座图扩散.提出并定义信号隶属度函数,该函数利用星座图盲聚类得到的聚类中心的数目计算隶属度来实现MPSK和MDPSK信号调制方式识别.仿真表明,在AWGN信道条件下,当SNR＞11dB时,对所有信号的识别率大于90%,对于BPSK、4PSK信号在SNR＞6dB时识别率达到100%,证明了该算法的有效性.     

存在干扰下的无人机中继站波束成形算法

无人机(UAV)通信具有部署快、使用灵活、通信质量好等优点,在无线通信领域具有广阔的应用前景。采用UAV作为中继站构成的增强型卫星通信网络经常受到各种干扰的影响,导致其性能急剧下降。以信干噪比(SINR)最大化为准则,UAV中继站发射功率满足要求为约束条件的优化问题的基础上,提出了一种基于最大瑞利熵的波束成形(BF)算法,得出最优权矢量。为了降低BF算法的实现复杂度,进一步提出了一种基于迫零(ZF)的次优BF算法。计算机仿真验证了这2种BF算法的有效性。     

某无人直升机扩频通信系统捕获方案设计

讨论一种用于某无人机直序扩频通信测控系统的PN码捕获方案。根据该系统的技术指标要求,针对无人机信道的特殊性,采用匹配滤波器进行PN码的相关处理,并运用检测后积分和二次驻留的方法提高检测概率降低虚警概率。在进行详细理论分析的基础上,运用Cadence公司的SPW系统仿真软件,将该系统在高斯白噪信道和无人机信道下进行对比性系统仿真,仿真结果以及FPGA实测结果均表明,上述两种方法有效地提高了系统性能。