一种适用于多波束移动通信卫星数字载荷的新型实现结构

在上百波束大容量移动卫星通信系统的应用中,高优先级用户需要卫星载荷支持一跳通信的能力。而高优先级用户在卫星所有波束内随时间的动态变化分布,要求星上处理资源能够在所有波束间可自由调度。文章提出的二级分散式数字载荷实现结构彻底避免了高优先级用户无法接入卫星系统而星上处理资源存在空闲的情况的发生,使得星上处理资源的利用率达到100%。     

关于卫星跳波束系统的几点思考

传统的多波束卫星系统多为固定资源分配方式,缺乏足够的灵活性.跳波束通过时间分片技术满足了用户的非均匀、动态业务需求,提高了卫星的资源利用率和业务服务能力,但目前跳波束技术在卫星中的应用面临着许多挑战.文章从系统和技术层面进行了分析与思考,指出了跳波束系统中存在的难点问题,并梳理分析了其关键技术.最后结合人工智能等新兴技...     

基于统计CSI的双层卫星协作波束成形算法

针对高轨和低轨卫星构成的双层卫星通信系统,提出了2种协作式波束成形（BF）算法,从而采用认知无线电技术实现卫星通信网和地面移动网的频谱共享。具体而言,在地面网络作为主网络、卫星网络作为次级网络且系统仅已知统计信道状态信息的情况下,提出了基于次级用户信干噪比最大化的波束成形算法,以及提出基于主用户受到干扰最小化的波束成形算法,得到2种算法相应的最优波束成形权矢量解析表达式。最后,计算机仿真验证了所提2种波束成形方案的正确性以及有效性。     

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。     

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。     

InSAR编队卫星波束同步姿态策略分析

从卫星姿态的角度,提出了一种考虑主星二维导引的InSAR编队卫星波束覆盖同步策略,可实现约100%的波束重叠覆盖。分析了该策略下主从两颗卫星图像的多普勒中心频率以及对后期图像干涉处理的影响。提出了一种综合考虑全零多普勒和波束同步的姿态规划策略,在保证双星多普勒中心频率均为零情况下可使编队对地观测有效区域最大。     

利用收发宽波束实现星机双基地SAR的波束同步

由于低轨道雷达卫星的飞行速度远快于飞机,波束同步技术是关系到星机双基地SAR能否具有实用价值的核心技术。已有文献中提出的基于收发波束指向控制的同步方法具有场景长度短、算法复杂等缺点。根据星机双基地SAR远发近收的特点,提出一种基于收发宽波束的波束同步方法。从信噪比、系统模糊性等方面对该方法进行量化论证。仿真结果验证了方法的可行性。与已有方法进行比较,结果表明,文中提出的方法能在方位分辨率相等的前提下获得更大的场景长度;而且由于无需进行波束指向控制,成像算法简单。     

星载InSAR编队波束同步策略

针对星载InSAR编队波束同步要求,提出了一种考虑卫星姿态偏航导引要求的系统波束同步策略。建立并求解波束指向同步数学模型,得到基于波束指向同步的卫星姿态规划方法。进一步地,为减小由于主从星波束覆盖椭圆方位不同对干涉测高产生的影响,研究基于波束覆盖同步的卫星姿态规划方法。仿真结果表明,两种方法均可有效实现主从星波束同步,且后者效果更佳。
     

具有星上处理能力的点波束同步卫星网络中的TCP拥塞控制

如何提高同步卫星网络中的TCP业务传输效率,一直是卫星网络中的重要问题,针对星地链路的长延时、突发误码等问题提出很多方案,但大都是要对TCP终端进行改进,存在扩展性方面的问题。针对具有星上处理能力的点波束同步卫星网络下的TCP业务传输,从提高系统总吞吐量的角度,提出一种只需要在星上处理器和地面接入网关中进行相应修改的拥塞控制机制,该机制对TCP业务终端的行为没有任何限定,且具有很好的兼容性和可扩展性。系统仿真证明了该机制能够显著地提高GEO卫星系统的性能。     

星载可移动多馈源单口径多波束天线研究

针对我国通信业务容量提升以及热点区域动态变化的保障能力需求,设计了Ka频段多馈源单口径可移动多波束天线,研究了波束馈源簇形成方式、相邻波束馈源交叠方案、天线转动方式、波束形成网络,以实现覆盖区域的高增益通信和波束灵活调整。通过高增益低旁瓣多波束天线的频率复用设计和波束形成网络技术研究,提升卫星通信系统的容量及天线覆盖的灵活性。重点改善波束扫描后的形状畸变和性能恶化问题,仿真表明,对波束幅相权值的优化可以保证天线转动前后波束增益和C/I性能稳定。     

信号采集卫星系统星地资源快速调度优化方法

针对信号采集卫星系统中,采集目标的优先级和携带的信息量在星地资源调度过程中不断随时间变化的特点,提出了一种基于二次映射编码的动态调度差分演化算法（QMDSDE）。算法将采集目标的优先级和携带的信息量进行加权,作为采集的收益。在迭代求解时,根据卫星可见时间窗口的周期性特点设置固定的检测频率,以当前时刻所有目标收益的平均值和敏感系数的乘积作为检测环境变化的阈值。当检测算子的值大于阈值时,算法通过前向预测模型动态调整搜索方向,寻找问题的实时Pareto最优解。算法采用二次映射编码消除星地资源组合中的无效解,降低了算法的搜索空间,提高了算法的求解速度。经仿真校验,该方法在信号采集过程中,可以得到收益较好的星地资源调度方案,且具备较快的收敛速度。     

空间谱估计方法在卫星干扰源定位中的应用

利用卫星天线的多波束特性来获取信号波达方向（DOA）信息，是通信卫星干扰源定位技术的一个重要方面。本文简要介绍了卫星通信系统实现干扰定位的技术发展概况，重点研究了应用空间谱估计方法实现卫星干扰源的定位。结合星载多波束天线模型的MUSIC算法的仿真结果进一步验证这一方法的可行性。     

具有优先级的LEO卫星网络路由研究

文章提出了带有优先级的最短时延卫星路由策略,将业务分为话音业务和数据业务,根据业务时延要求的不同,优先处理话音业务,再根据源卫星、目的卫星的位置,计算路径延时的度量标准,以此得到经过优劣排序的候选路径集合,并对最佳路径进行计算。仿真结果表明,算法显著降低了话音业务的时延水平,有效提高通话质量。     

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。     

基于网络效用的OFDM卫星移动通信系统呼叫接纳控制

在天地一体化网络中,OFDM卫星移动通信系统更有利于与地面无线网络融合。呼叫接纳控制是无线资源管理中的关键问题,本文针对OFDM卫星移动通信系统提出了一种基于网络效用和动态系统资源的星上呼叫接纳控制方法,采用集中式接纳控制,对卫星系统资源的集中管理可有效降低呼叫等待时延。所提出的接纳控制方法基于不同业务的网络效用函数,采用跨层设计思想,根据物理层卫星信道状态变化更新OFDM子载波传输能力,在呼叫接纳控制过程中动态调整分配业务带宽,实现整个网络效用最大化,同时保证业务的QoS要求。仿真结果表明,在系统业务负载饱和的情况下,该方法系统资源利用效率显著优于基于用户端最小阻塞概率的接纳控制方法和基于用户端业务QoS的接纳控制方法,非常适合于资源受限的卫星系统。     

数字馈相条件下相控阵雷达最优扫描波位研究

针对相控阵雷达扫描波位序列的编排问题,从天线波位的几何关系出发,提出了基于相交电平约束的最优扫描波位序列的编排算法以及最佳波住序列的性能评估指标,并在此基础上,重点分析了数字馈相对天线最优扫描波位序列的性能的影响。分析计算表明,在目前移相器位数很难做高的条件下,数字馈相将使最优扫描波位序列的性能严重恶化,在实际设计中必须对扫描波位序列进行优化设计。     

基于超梁降阶模型的复杂梁式结构动力学模型修正及确认

提出了一种基于超梁降阶模型的复杂梁式结构动力学模型修正技术。依据超梁降阶模型理论,并考虑可能的修正参数,将复杂梁式结构降阶为具有较高计算精度的超梁降阶模型;而后,利用基于灵敏度分析及优化算法的模型修正技术,并根据模态测试数据对模型参数进行修正,获得能够准确反映实际结构动力学特征的修正模型。最后,通过多种动力问题分析对修正模型进行评估,并与实际结构的响应结果进行对比。以典型蒙皮加筋圆柱壳为例实现这一过程。结果表明,所提出的模型修正方法具有可行性和较高的计算效率。