脉冲超宽带通信与测距技术初步研究

相对于连续波窄带技术,脉冲超宽带技术在短距离通信及高精度测距方面具有一定优势.为了向未来航天应用提供新的技术支持,对脉冲超宽带通信及测距技术进行了初步研究.描述了系统的收发单元及天线单元,同时给出了各单元的测试结果.脉冲超宽带通信、测距实验表明,系统成功实现了短距离高速通信和高精度测距.在10 m范围内通信码速率为100 Mbit/s,定位精度为厘米量级.     

超宽带脉冲无线电在近距编队中的应用研究

编队飞行航天器间可靠的实时通信和精确的定位是需要解决的关键技术之一。超宽带脉冲无线电技术具有抗多径干扰、传输速率高、结构简单且可进行通信和导航一体化设计等鲜明特点。本文首先介绍超宽带脉冲无线电的基本原理,分析其主要特点,在跟踪编队飞行无线链路现有技术的基础上,研究了超宽带技术在近距编队中的潜在应用,最后分析了超宽带技术在航天器近距编队应用中需要注意的问题。     

飞行状态下脉冲爆震发动机性能估计分析

在理想单循环脉冲爆震发动机分析模型的基础上,通过引入进气道建立了一定飞行状态下的自吸气的脉冲爆震发动机理论性能计算模型,研究了当飞行状态改变时,脉冲爆震发动机的性能变化趋势,计算结果表明,对给定模型,飞行高度和飞行马赫数对脉冲爆震发动机性能的影响是不一样的,决定于进气道和爆震室的推进特性,同时模型也考虑了爆震频率和爆震室直径对性能的影响,这为脉冲爆震发动机的理论设计和分析提供了一定依据。      

脉冲爆震发动机气动阀性能分析

通过数值模拟和试验对两种不同结构的脉冲爆震发动机(PDE)气动阀进行了研究.结果表明, 两种气动阀都能在PDE工作中起到单向阀功能, 双旋流气动阀由于切向旋流作用, 其雾化、掺混作用优于锥形气动阀, 而锥形气动阀阻力损失小.同时, 还数值模拟了锥形气动阀关闭后的流场结构, 得到了进气过程中及气动阀关闭后PDE内的流场分布, 结果显示, 气动阀关闭后, 大涡很快脱落形成一系列小涡, 大大增强了流场内的紊流度.      

脉冲波形占空比的数字化测量及不确定度分析

介绍了脉冲波形占空比的3种数字化测量方法，它们分别是直接脉宽测量法、幅值统计测量法和平均值测量法。讨论了主要的不确定度来源，包括众数判别区间的影响、波形测量系统幅度测量误差的影响等等，给出了不确定度分析与评价过程．并结合一个实例，给出了脉冲波形占空比的不确定度评价结果。     

带喷管脉冲爆震发动机单循环性能分析模型

利用特征线理论下爆震波传播过程的解析解形式,采用爆震室内气体状态均一化处理方法,将爆震波到达爆震室出口或隔离气体接触面(部分充填下)以后通过收敛扩张喷管的排气过程简化为固定容积排气的零维模型,在此基础上得到了相应的性能计算模型。通过与试验数据的对比表明,模型可以有效评估喷管结构尺寸对发动机性能的影响趋势,通过引入一定的拟合形式,可以计算同一发动机结构下不同状态时的性能。      

UWB信号传播特性分析

通过对UWB信号室内外传播路径损耗现有模型及其在色散媒质中传播的分析研究,总结了UWB(Ultra-wide Bandwidth)超宽带脉冲信号的传播特性.     

特征线法在脉冲爆震发动机性能计算中的应用

在x-t平面建立爆震波在爆震室内传播过程的物理模型,应用特征线算法对脉冲爆震发动机(PDE)一维非定常流进行了数值计算,在此基础上给出了脉冲爆震发动机的性能参数的计算方法。并举算例进行了计算和分析,结果表明应用特征线算法计算PDE性能是可行而且准确的。      

脉冲爆震涡轮发动机性能计算

建立了一种基于爆震波ZND理论和循环分析的PDTE性能计算模型-ZND循环分析模型(模型-1)。将该模型及目前已有的推力壁模型(模型-2)分别与基于实验的PDC特性图模型(模型-3)进行对比,计算了模型PDTE的设计点性能,结果表明:模型-1计算得到的PDTE单位推力(FS)及单位燃油消耗率(sfc)的计算误差较模型-2分别减小了1.75%和4.04%,准确性有所提高。与需要大量实验数据的模型-3相比较,模型-1更简便,可用于PDTE性能的快速评估。应用模型-1计算了飞行状态改变时PDTE性能增益的变化趋势。     

脉冲风洞一体化飞行器测力精度分析

为评估脉冲风洞一体化飞行器的测力精度,根据脉冲风洞测力系统特点,对其进行简化,建立其动力学方程,并获得其动态脉冲响应衰减函数;分析测力系统输出信号变化规律,对其进行傅里叶变换,获得系统振动主频,并运用神经网络、梯度下降法对天平信号进行准确拟合,预测了测力信号的趋势值;对多次试验结果进行了信号拟合和趋势预测,获得了天平测力的精度。结果表明:该方法能够准确预测天平稳定输出结果,且当天平输出信号达到4个周期时,测力精度能够达到97%以上。      

激光测控通信技术研究进展与趋势

激光测控通信技术作为航天测控通信领域的一项新技术,具有作用距离远、测量精度高、通信速率快、抗电磁干扰能力强等优势。介绍了美国、欧盟、日本和俄罗斯在激光测控通信技术领域的最新研究进展和计划,总结了典型激光测控通信系统的主要性能指标,分析了激光测控通信技术的发展趋势,并结合我国激光测控通信技术研究现状提出几点发展建议。     

具有相依特性的航天测控网稳定性分析

随着信息技术的不断提升,航天测控网各系统中的耦合和依赖变得越来越强烈。针对这种具有相依特性的测控网络的稳定性问题,提出借助于相依网络的分析方法,根据信息在测控网中所起的作用,对航天测控网相依特性进行分析、研究,特别是相依网络的级联失效过程进行稳定性分析。将航天测控网划分为具有相依特性的数据信息和控制信息,通过针对单侧网络进行蓄意攻击,研究不同控制信息模式下航天测控系统的稳定性,提出构建稳定、高效的测控网的方法。仿真结果表明,在数据信息遭受攻击时,合理规划控制信息形态并减小控制信息规模,能够有效保障航天测控系统的稳定性。     

航天测控中心系统自主可控建设的研究与思考

着眼于我国航天测控中心系统信息安全的形势要求,对系统软硬件平台自主可控技术的应用现状进行了分析,指出了当前存在的一些安全隐患问题。立足于航天测控中心系统当前发展实际,结合信息安全方面的特殊要求,从加强自主可控的顶层设计、抓好测试验证、分层推广应用等方面提出了系统自主可控建设的思路。针对自主可控建设的长期性和复杂性,从技术继承与发展、技术引进与对外合作、系统升级与安全平稳过渡等三个方面,探讨了在自主可控建设的进程中应该处理好的几个关系问题。对于当前我国航天测控中心面临的自主可控建设有一定的借鉴意义。     

月地及月地以远测控通信与若干关键技术发展趋势

通过研究国内外主要测控通信技术现状与发展动态,梳理出了目前我国在月地及月地以远距离测控通信技术遇到的挑战:面临测量精度尚不能满足科学探测更高的要求,数据传输能力难以满足更高的数据传输速率需求,关键器件自主可控较为薄弱,激光通信高精度快速捕获手段单一,以及星载终端设计与关键技术在轨验证较少等。针对这些问题,提出了对天线组阵、激光测控通信技术、Ka波段及毫米波低温接收机、超导纳米线单光子探测器、深空光学跟瞄系统、窄线宽激光光源的产生技术、光通信调制技术和高功率低噪声放大器的迫切需求,并介绍了国外最新的用于深空测控通信的新概念与前沿技术,即一体化微波/光学混合通信系统与微波光子射频信号稳相传输技术。最后,结合我国现状,讨论了我国测控通信重点发展方向及其关键技术的建议,可供构建月地及月地以远测控通信系统参考。     

新形势下航天测控系统建设转型思考

针对航天测控系统建设目前所面临的角色定位转换、功能体制转型,以及任务要求不断提高、测控技术快速发展等新形势和新要求,分析了航天测控系统的建设管理和功能体制现状,提出了坚持一体规划、推动系统建设,坚持与时俱进、提升建设标准,坚持信息主导、突出建设重点的系统建设转型思路.并在此建设思路的基础上,提出了装备研制向型谱化、标准化转型,维修保障向全寿命、体制化转型,软件开发向产品化、装备化转型,以及推进一体化网络化、强化综合能力、重视安全性可靠性等建设举措.     

对我国商业航天测控管理有关问题的初步探讨

国际商业航天的蓬勃发展带动了国内商业航天的兴起。以实现商业卫星高效便捷管理为目的,调研了国内外商业航天与商业航天测控的发展现状,分析了国外商业航天以及商业航天测控发展对我国商业航天测控管理的有关启示,得出了测控管理多元化大势所趋、适度鼓励商业航天测控发展势在必行等结论。同时,对我国商业航天测控管理中加强航天立法、探索商业航天测控管理新模式、加强商业卫星管理服务等问题进行了初步探讨,建议从国家层面、行业规范层面制定航天法规,卫星任务中心应支持对外联网,并加强商业航天测控地面站的国际合作,从而提高商业卫星频率、轨位、空间目标编目、发射与回收等管理服务能力。     

用MLA理论构建航天测控设备集中监视系统

我国测控设备监控系统大多采用C/S(Client/Server,客户/服务器)模式,针对其存在的接口协议多样、监控元素差异大、不利于测控网的集中监控和信息共享等问题,基于多活性代理理论,提出在原有设备监控系统的基础上,通过增加测控设备监控信息接口协议转换、测控设备的集中管控代理、测控设备状态集中展示代理等功能,构建测控设备集中监视系统。具体描述了系统的体系架构、层次模型、运行环境、功能模型以及功能设计,分析了系统的活性保持及活性协调协商机制,从效率、时间、发展、成本等4个维度对系统的活性度量进行了计算和描述。该构建方法有利于提高整个系统的自动化能力,同时对复杂信息系统的构建也能起到一定的借鉴作用。     

深空组阵迭代FX相关合成算法及性能分析

针对火星距离下大规模天线组阵中极微弱接收信号的高效合成问题,在VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)的FX相关器开环处理架构基础上提出了一种新的迭代FX相关合成算法,对算法原理进行了详细理论推导,对数据处理流程、算法合成性能等进行深入分析,与FSC(Full-Spectrum Combining,全频谱合成)、BC(Baseband Combining,基带合成)、SSC(Symbol-Stream Combining,符号流合成)等组阵方案进行性能仿真对比,并给出该算法在36接收天线组阵的实测试验结果。仿真和试验结果表明,迭代FX相关合成算法相比于FSC、BC、SSC等组阵方案具有较好的合成性能,在输入带内信噪比不低于-20d B时,合成效率达到了95%以上,非常适用于火星天线组阵微弱接收信号的组阵合成。     

航天测控站运管系统设计

针对航天测控站管理域内测控、通信、气象、勤务等专业设备需要垂直管理,但节点分散、设备运行状况无法实时获取的现状,设计开发了测站运管系统。该系统涵盖测站管理域内测控设备协议转换、气象设备运行管理、勤务设备运行管理、测控信息检查与测试、综合信息管理以及综合态势展示等功能,实现了各专业设备运行状态采集、信息传输、专业管理、数据处理、信息展现及故障报警的层次化管理模型,建立了标准化的测站管理体系,规范了测站跟踪流程,实现了从准备开始、设备标校、捕获跟踪到数据质量分析的全过程管理,提高了测站管理域的管理质量和自动化运行效率。     

直扩测控系统抗多址能力分析与验证

为了防止多址干扰造成接收机出现误捕和假锁,改善直接序列扩频测控系统抗多址干扰性能,在Gold码特性和扩频接收机性能分析的基础上,结合最大似然原理,对采用扩频体制测控系统的抗干扰能力进行了分析。为契合工程应用,采用仿真遍历结合理论分析的方式,对Gold码的互相关抑制能力理论值进行了工程修正。在分析捕获阶段的抗干扰捕获门限后,还分析了载噪比估计结果在正常锁定和假锁两种状态下的差异,给出了接收机对假锁状态的判决方法和门限。根据分析和仿真的结果,给出了系统设计约束条件和优化的接收机设计流程,作为测控系统和接收机设计的参考。