低轨卫星频谱感知的二维差值迭代分割

在低轨卫星通信系统中应用频谱感知技术,必须解决波束覆盖范围过大造成感知结果空间分辨率过低的问题.提出了二维差值迭代分割算法,利用地球自转引起的轨道面旋转方向,以及卫星行进方向上的波束重叠,经迭代计算获得波束下各子区域的频谱环境数据.经仿真表明此算法可以有效分割波束,并在6dB以上的信噪比条件下结合能量检测器准确定位主用户信号,从而满足低轨卫星通信系统的应用需求.     

高通量卫星多波束排布技术研究现状与趋势

高通量卫星已经成为国内外民商卫星通信领域的主流,多波束排布技术作为高通量卫星系统设计的一项关键技术,与用户需求密切相关,对于提升系统的匹配容量和降低卫星的设计、制造成本至关重要。文章根据波束排布的特点将该技术划分为规则排布和不规则排布,系统性地总结了国内外、特别是国外高通量卫星多波束排布技术的最新研究进展,包括按区域分组的规则波束排布方法,以及不同大小圆形波束排布和不同参数椭圆波束排布的不规则波束排布方法。结合全灵活卫星系统灵活覆盖、高性价比设计及高轨高通量卫星发展的需求,提出后续高通量卫星多波束排布技术的发展趋势,例如,基于细颗粒度的用户级需求,以不同大小圆形波束排布和不同参数的椭圆波束排布为代表的不规则波束排布,将成为高通量卫星覆盖区域规划和系统设计的主要趋势。     

动态跳波束策略中的自适应波束功率分配算法

摘要：多波束卫星发射机的成本很高，同时地面小区的通信需求和通信优先级一直处在动态变化中。通过研究一种动态波束跳跃策略，实现在卫星资源受限和较少发射机数量约束下的广域覆盖和按需服务。区别于传统的分簇波束跳变思想，为了提高卫星系统的频谱效率，考虑在整个频率带宽上应用全局波束跳变。因此考虑在共信道干扰背景下，提出一种新型服务质量指标来衡量波束跳变结果。在卫星资源有限的情况下，各波束提供的通信容量不能满足地面小区的业务请求，基于粒子群算法选择的波束跳动图案，提出了一种自适应波束功率分配算法。该算法通过优先级加权，最小化波束业务容量需求差值，进而提高服务质量水平。最后，通过仿真验证了所提算法的性能优越性。     

基于联合定轨策略的星间相对测量自主定轨亏秩问题的改进

发展基于天基测控网的卫星测控定轨技术是克服传统地面测控方式缺陷的有效手段,而仅仅利用天基星间测量信息进行自主定轨易产生亏秩现象.为消除亏秩问题进一步提高定轨精度,本文以位置速度矢量作为轨道改进状态向量,对基于星间相对测量自主定轨亏秩问题的本质进行了再探讨,针对星间相对测量的三个应用领域中继卫星系统、编队卫星星座、双星定位系统提出了基于联合定轨策略的天地基测量信息融合的改进措施.以双星定位系统为例提出了数值融合联合定轨算法,并进行了联合定轨仿真实验.仿真计算结果表明,基于数值融合算法的联合定轨策略能够大大改善法方程系数矩阵的性态,两天观测数据下用户星定轨精度可以达到11.26米.     

基于广义回归神经网络集成的宽带波束形成算法

首先构造宽带波束成形所需要的协方差矩阵,利用基于粒子群优化算法对核主成分分析方法和广义回归神经网络进行了优化。在对神经网络的输入变量进行降维处理后,生成多个复杂度低的泛回归神经网络模型。利用提出的基于聚类启发式集成算法求出波束成形时的权系数,既考虑了网络的差异性,又考虑了网络的正确性。仿真结果表明,提出的基于聚类启发式神经网络集成的波束形成算法在网络结构十分简单的情况下,仍然具有较好的性能。     

基于4G体制的LEO卫星移动[JZ]通信系统构架设计

随着卫星通信技术的进步、国家利益的全球拓展和国内外商业卫星移动通信需求的不断增加,LEO卫星移动通信系统已成为全球当前研究和发展的热点。文章提出一种基于地面4G网络体制的LEO星座系统构架,从体制分析、隧道传输、网络协议接口映射与业务承载等方面进行了详细论述。通过将系统划分为接入网、承载网和核心网,并在承载网中采用隧道传输技术,解决了用户终端复杂的IP地址切换和管理问题;通过用户链路星上资源池映射和接口转换协议的设计,解决了系统的业务传输承载中用户终端识别与数据定向问题。新的低轨卫星通信系统网络架构设计,有利于降低系统设计和实现的复杂度,便于实现与地面主流移动通信网络和Internet的互连互通,可为我国现阶段低轨卫星通信系统发展提供参考。     

应用多智能体链路认知的低轨卫星网络路由算法

针对低轨卫星链路不稳定和负载不平衡等因素给网络路由带来的严重影响,提出了一种应用多智能体链路认知的低轨卫星网络路由算法。卫星网络通过多智能体对卫星链路投递率和链路可用性等环境进行感知和推理,获得卫星网络中星际链路质量评价,评价结果用于路由的优化,可达到提高网络吞吐率和使负载均衡的目的。以类似"铱"的卫星系统为仿真对象,对比文章算法和传统的自适应最短路径路由算法在吞吐量、丢包率和端到端时延方面的性能。仿真结果表明:文章提出的算法较自适应最短路径路由算法能增大吞吐量,降低丢包率,缩短高负载时的端到端时延,可有效提高低轨卫星通信网络的路由性能。     

基于星间链路的分布式导航自主定轨算法研究

针对脱离地面支持自主定轨的导航应用需求,提出了基于星间链路双向测距的自主导航定轨算法。文章分析了导航星座星间链路双向伪距测量模型,给出了分布式自主定轨数据流程,设计了导航星座基于星间链路分布式自主定轨算法。根据国际卫星导航服务组织公开的真实GPS系统事后精密星历,对本文设计的自主定轨算法进行仿真验证,结果表明：采用该设计的自主导航算法在自主定轨90天末期,用户测距误差（URE）达到30 m左右,验证了该设计的自主定轨算法具有较高的自主定轨精度。     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

载人航天天基测控通信探析

梳理了国内外空间站天基测控通信应用的概况,针对近地载人航天对测控通信系统的高要求,分析提出中继卫星系统的发展建议,以及导航卫星和低轨卫星星座系统的特点优势。调整中继卫星轨位、增加中继激光链路、采用全景波束全时监控模式,以及导航卫星和低轨卫星星座作为必要补充等途径,可为载人航天测控通信提供更好的灵活性、可用性和效费比。为载人航天天基测控通信发展提供了参考依据。     

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。     

基于DBF的波束功率控制及优化设计技术

低轨卫星系统近年来得到了广泛的关注和发展,卫星的轨道高度低,具有传输延时短、路径损耗小的特点,可以为小型化用户终端提供服务,但也存在单星覆盖区内路径差异大、卫星业务分配不均和工作动态范围大的问题。针对这些问题提出了一种适用于低轨卫星的波束优化设计方法,采用地球匹配波束设计,来实现更好的链路质量和覆盖效率。在下行波束设计中,通过唯相位加权优化设计方法,在满足波束增益要求及波束间C/I的基础上,实现了单波束功率由0%~100%的调整能力。针对低轨卫星移动通信业务随时间变化,导致发射组件输出功率长时间工作于回退状态的特点,提出了一种通过卫星业务处理器实现业务量变化与功放的最佳效率供电电压匹配调整的星上自适应功放功率随动技术,使得功放平均效率有效提高,减少了天线的平均功耗和热耗。     

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。     

基于多目标优化的星空认知网络鲁棒波束成形算法

卫星通信(SC)网和无人机(UAV)通信网之间频谱共享、相互融合,能较大提升频谱效率,有望成为第6代移动通信的关键技术之一。与现有文献不同,本文在系统非完美信道状态信息(CSI)的条件下,考虑了次级用户可达速率最大化和发射功率最小化2种准则,利用加权切比雪夫方法构建满足概率约束的多目标优化问题(MOO);由于该问题较为非凸,利用概率公式、半正定松弛等方法将其转化为凸问题,并进一步通过半正定规划(SDP)求解,得到鲁棒波束成形权矢量,获得2种性能指标间的帕累托最优权衡。计算机仿真验证了所提鲁棒波束成形算法的有效性和优越性。     

基于深度网络的太赫兹波束预判方法研究

针对太赫兹波波束较窄引起的伺服天线被动跟踪无法达到空间太赫兹通信链路性能要求的问题,提出了一种基于优化深度网络的太赫兹波束预判方法。首先通过分析方位、俯仰角误差大小随运行周期、外推初始时刻的变化,得到高轨对低轨卫星指向误差呈周期性发散的特征;然后采用粒子群算法优化长短时记忆网络参数,对未来时刻指向误差进行预测并修正,针对粒子群算法易陷入局部最优、全局搜索能力较差的问题,通过动态调整粒子群算法的惯性权重,以达到优化长短时记忆网络的目的。仿真结果表明：基于改进后粒子群算法优化的长短时记忆网络能够有效预测未来时刻指向误差,在同一链路场景中相比未改进网络平均绝对百分比误差降低13.08%。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定,并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段,以改进的Gauss-Newton算法为基础,设计了非线性迭代的微分轨道改进算法,有效抑制了算法截断误差.仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率,减少地面测控站压力,有效确定低轨卫星轨道,定轨位置误差小于20 m,速度误差小于0.01 m/s,能满足一般低轨卫星的定轨精度要求.     

基于低轨卫星增强的非差高精度导航定位技术与在轨试验验证

随着自动驾驶、精密农业等领域的发展,各领域对高精度导航定位的需求不断增加。在地基增强技术、高轨星基增强技术和传统非差精密单点定位技术的基础上,提出了一种基于低轨卫星增强的非差高精度导航定位技术,研制了基于低轨导航增强技术的低轨导航增强载荷,开发了基于低轨卫星增强的地面自适应卡尔曼滤波非差高精度定位软件,并进行了全球首次基于低轨卫星的信号信息一体化导航增强在轨试验。试验表明:经低轨卫星增强后,地面终端用户定位精度优于30 cm。最后,给出了该技术的后续研究方向,为未来低轨导航增强系统与其他增强系统协同工作,实现广泛应用奠定了基础。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定，并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段，以改进的Gauss-Newton算法为基础，设计了非线性迭代的微分轨道改进算法，有效抑制了算法截断误差。仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率，减少地面测控站压力，有效确定低轨卫星轨道，定轨位置误差小于20m，速度误差小于0．01m／s，能满足一般低轨卫星的定轨精度要求。     

低轨卫星高能效载波功率资源联合调度算法

结合多波束低轨（multi-beam low earth orbit, MB-LEO）卫星通信场景，研究了一种多目标载波功率联合优化（joint subcarrier scheduling and power control resource allocation, JSSPC-RA）算法。通过求解整数混合规划非凸优化问题，得到了不同通信需求下MC-DS-CDMA子载波和子载波功率的联合调度方案，实现了系统用户未满足容量和卫星总功耗的最小化。仿真结果表明，相对于传统的载波功率均分策略，JSSPC-RA算法能够在满足系统吞吐量需求的前提下大幅节省卫星总功耗；同时，通过调节权值系数，JSSPC-RA算法可以生成用户吞吐量需求与卫星总能耗折中的系统设计方案，适用于频谱、能量资源高度受限的MB-LEO卫星系统。     

采用自适应噪声估计的低轨卫星非差精密单点定位

在低轨卫星的非差精密单点定位算法中,将观测噪声视为线性白噪声无法代表真实太空环境变化以及低轨卫星硬件影响所造成的观测噪声。针对此问题,提出了一种基于M-W组合观测值进行自适应估计观测噪声的方法,通过对观测噪声统计实时估计观测噪声。地面静态测试表明,该算法能够切实提高定位精度并缩短定位时间,达到分米级定位精度,解决了受环境影响噪声模型突变的问题,满足高精度在轨定位和定轨的需求。