新一代高通量卫星通信系统载荷关键技术研究

随着商业竞争的不断加剧,更大容量以及更高灵活性成为了高通量(high throughput satellite,HTS)系统发展的主要目标,新一代的HTS系统即将进入到"Tbps"时代.在介绍HTS系统基本概念及组成的基础上,对HTS系统的发展历程进行了简要总结,按照能力和发展时期,HTS卫星的发展历程大致可划分为四代.重点结合新一代HTS系统的发展,从卫星载荷角度分析了高通量卫星载荷的关键技术,主要包括能够大幅提升系统通信容量的超大规模高性能多波束天线技术,能够提高组网及业务应用灵活性的跳波束通信技术、灵活载荷技术、数字透明转发处理技术以及能够优化系统和载荷设计的波束预编码技术和基于微波光子的星上转发技术等,旨在为我国新一代HTS系统的建设发展提供参考.     

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。     

基于波束形成的卫星跳频系统干扰抑制研究

为了抑制干扰实现卫星的安全通信,首先分析了各种干扰方法对卫星跳频系统干扰的可行性,重点研究了一种新颖的干扰方法——部分驻留时间干扰对卫星跳频系统的干扰效果。在此基础上,提出了抑制部分驻留时间干扰的智能天线波束形成方法,建立了系统模型,并提出了转换矩阵的概念。仿真结果表明,该方法对部分驻留时间干扰具有较好的抑制作用,并且提高了波束指向精度及波束收敛速度。     

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。     

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%。     

一种改进的宽带数字多波束形成技术

宽带数字多波束形成技术能够获得较高的空间增益和空域分辨率,是现代电子侦察领域的重要研究方向.但是宽带波束形成技术的实现存在信号处理复杂度高、系统功耗大的问题,给电子侦察系统的设计和应用提出了较大的考验.提出了一种通过频域方式实现时域宽带数字波束形成器的方案,能够在宽带、多波束的应用场景中有效降低系统的实现复杂度和功耗.     

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。     

基于FPGA的相控阵天线波束控制器设计

相控阵天线的电扫描特性使其具有扫描灵活、指向精确、可靠性高和抗干扰能力强等特点.波束控制技术作为相控阵天线的关键技术之一,直接影响系统效能的发挥.多波束相控阵天线支持跳波束通信模式,对波束的快速切换提出了更高的要求.针对波束扫描快速响应需求,对常规波束控制算法进行分解和优化,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的...     

支持航天器全时监控的中继卫星全景波束技术

针对中低轨航天器监控全时全域覆盖的特点，提出一种采用中继卫星多址返向全景波束联合相扫前向波束支持航天器在轨全时监控的模式。对该模式涉及的全景波束技术进行了仿真分析比较。结果表明，选用数字波束形成技术和1.5 dB交叠的波束构型形成全景波束，设计新的短报文和连续业务数据传输协议，分别用于航天器自身健康信息汇报和常规管控，链路预算余量高于3 dB，单颗中继卫星可服务不少于1000个短报文用户。为下一步全景波束演示验证试验和工程应用提供了参考依据。