基于导航星间链路的天基高精度时间传递方法

随着航天技术的不断发展,航天器的数量日益增多,迫切需要一种统一的、高性能的天基授时手段,以便为各类航天器的高效协同提供保障.导航星间链路广泛适用于卫星精密定轨与时间同步,并且覆盖了星座内的中高轨卫星,因此可作为一种理想的天基高精度时间传递手段.现有的导航星间链路时间同步方法依赖于导航卫星具备星历信息,并不适用于位置精度较低且空间信息缺乏完整性的任意空间飞行器.本文在导航星间链路双向测量原理的基础上,提出了一种动态条件下时延修正方法,该方法计算简单、工程可实现性强,只需要空间飞行器终端具备多普勒测量或连续伪距测量功能,即可实现空间飞行器在一般位置精度条件下的高性能时间同步.理论分析表明,授时精度优于0.1ns.最后,以地面站模拟空间飞行器,结合北斗星间链路星地实测数据开展了时间同步试验,试验结果验证了本方法的有效性.     

迭代模型在空间项目地面系统的应用

为了解决传统的瀑布模型面对具有创新性和探索性的空间项目地面应用系统的不适应性问题,本文采用了基于RUP开发方法和分阶段发布策略的迭代模型,并将此方法应用到中方天文卫星(SVOM)科学应用系统中.通过将系统分成3个逐步演变且可以交付使用的系统,与卫星系统研制流程同步,实现地面系统在研制阶段的无缝连接和平滑过渡.同时通过对需求管理工作流程的定义,解决了在原型系统阶段需求识别的一大难题,使得研制工作更加高效合理,最大限度地支持卫星各阶段的定标和测试工作,实现天地同优.     

面向空间态势感知的天基可见光空间目标自主跟踪方法

天基可见光(space-based optical, SBO)监视是空间态势感知的重要手段之一.传统的天基观测平台都需要在自身精密星历已知的情况下,通过对目标的测量,确定其状态.而本文提出了自主天基空间目标监视的概念,天基可见光观测平台在自身精密星历未知时,也可以完成空间态势感知任务.与传统的目标跟踪不同,此方法只需依靠平台获取的在惯性系下描述的仅测角测量信息,便可实现自主定轨.结合长弧段的观测数据,本文给出了基于历史数据的事后自主轨道改进算法.通过分析发现,观测卫星对其他目标观测的历史数据也可用于改进原有的被观测目标的轨道.基于此,本文提出了通过额外测量量辅助下的实时自主跟踪策略,可通过单星搭载多SBO相机,对多目标同时跟踪的方式实现.最后,本文通过仿真算例验证了所提出方法的可行性.与传统的空间目标跟踪相比,虽然自主跟踪的精度较低,但在同时跟踪两目标时,尤其是在同时跟踪低轨和高轨两目标的情况下,估计精度能接近传统方法的水平.本文为发展自主天基空间态势感知平台提供了可行的方法.     

地月中继链路系统设计与验证

嫦娥四号任务由着陆器、巡视器和中继星组成,中继星先于着陆器与巡视器发射,着陆器与巡视器着陆于月球背面开展探测任务.中继链路系统负责搭建地面站与月面探测器之间的通信链路,是其工程实现的关键组成部分之一.本文针对嫦娥四号任务特点,开展中继链路系统任务需求分析,并提出中继链路系统方案.该方案在兼顾任务需求的同时,充分继承了嫦娥三号任务成果,并开展系统级优化设计,降低了嫦娥四号任务工程实现代价.该方案结合嫦娥四号任务实际过程,对动力下降、着陆器与巡视器分离、休眠唤醒等关键过程中的中继链路系统工作模式开展设计.最后,本文对系统验证情况进行了介绍.     

基于协作波束形成的中继阻塞混合无线物理层安全传输

针对双向无线协作通信系统的安全传输(信息论安全)问题,提出一种基于多节点协作波束形成的中继与阻塞混合机制来提高物理层信息传输的安全性.其基本思想是:在协作传输阶段,系统中的一部分协作节点进行分布式波束形成来帮助发送方发送信息给合法用户,同时另一部分协作节点发送干扰信号阻塞窃听者的侦听,从而显著改善系统在协作广播阶段的安全性能.基于这一机制,针对窃听者的瞬时信道状态信息已知与否,本文提出两种不同的协作波束形成方法和优化方案,这两种方案在数学上均归结为解决一个或一系列的二阶凸锥规划问题,从而可以通过内点法有效地求解.仿真结果和对比实验验证了在中继节点数目较多时本文提出的混合安全机制和波束形成方法相对于单纯的协作中继机制或单纯的协作阻塞机制而言显著地提高了系统的物理层安全性能.     

多天线放大转发中继系统基于MMSE的重传预编码设计

针对多天线放大转发中继系统,本文提出了一种基于MMSE的新的重传预编码方案,把重传预编码设计问题分解成两个子问题:离散的信道配对和连续的联合源、中继功率分配问题.最优的信道配对需要遍历所有信道配对方式,对于每一种配对方式,联合源、中继功率分配问题是一个多参数非凸的优化问题,本文提出了一种获得该问题最优解的算法和一种次优迭代功率分配算法,此种通过遍历信道配对获得最优重传预编码的方案计算复杂度较高.本文证明了在一跳信道信噪比趋于无穷时,最优的信道配对是使之前的子信道增益和当前另一跳信道奇异值大小排列顺序相反,进而提出了一种简化的信道配对方法.仿真结果表明,简化的信道配对和迭代功率分配算法性能均接近最优.本文所提出的重传预编码与已有的预编码相比,能获得明显性能提升.     

无线传感器网络最小中继节点布置问题的近似算法

为了消除传感器节点路由负载的不平衡,可在无线传感器网络中布置少量功能较强的中继节点作为路由节点,最小化中继节点数是其主要优化目标.文中证明了有界平面区域上的中继节点布置问题是P问题,但一般情况下的计算复杂度相当巨大.从中继节点布置问题的几何覆盖特征出发,提出了一种O(n~2 log n)时间的贪心近似算法,其中n为传感器节点数目.在该算法迭代过程的每一阶段,先从未被覆盖的传感器节点中选出一个关键节点,为了阻止孤立节点的产生,再按照"优先覆盖与关键节点距离较近的传感器节点"的原则来确定中继节点的位置.实验结果表明该算法可在很短的时间内生成一个接近最优的可行中继节点布置,且在中继节点布置的尺寸以及执行时间方面都要优于现有算法.     

嫦娥四号任务中继星“鹊桥”技术特点

我国的嫦娥四号任务在世界上首次软着陆于月球背面开展科学探测,中继通信是必须解决的一个关键问题.作为嫦娥四号任务的重要组成部分,中继星"鹊桥"为工作在月球背面的着陆器和巡视器提供中继通信支持.不同于其他月球探测器,鹊桥首次选择了绕地月L2平动点运行的晕(Halo)轨道以保证对月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,技术状态新,研制难度大,面临诸多技术挑战.本文对嫦娥四号中继星的任务特点进行了分析,梳理了研制中面临的主要技术挑战,包括使命轨道的选择和设计、中继通信系统方案选择、星上设备对低温环境的适应性等,概括介绍了鹊桥的总体技术方案和飞行任务流程,结合在轨飞行结果总结了鹊桥的主要技术特点和创新点,并对月球中继通信卫星的未来发展进行了展望.     

基于信道统计特性的中继选择与功率分配算法

针对放大前传多源协同通信网络,在保证系统满足一定中断概率的前提下,以最小化系统总发射功率为目标,提出一种基于信道统计特性的中继选择与功率分配算法.由目的节点根据源节点的优先级因子,依次确定是需要直传还是选择中继进行协同前传,以及相应的源节点和中继节点的最优发射功率.该算法运算复杂度低,且无需在传输中实时更新,能节省系统开销.仿真结果表明,与直接传输和AF策略相比,该算法能有效节省传输所需要的总发射功率,且性能优于凸松弛算法,与最优穷举搜索算法相近.     

地球静止轨道废弃卫星绳系拖曳离轨研究

近年来,地球静止轨道（geostationary orbit,GEO）废弃卫星清理成为航天界关注的热点问题.将GEO废弃卫星安全、经济、高效地转移到坟墓轨道,对航天动力学与控制研究提出了新课题.本文针对GEO废弃卫星的绳系拖曳离轨问题深入开展研究,首先考虑如何避免系绳断裂、复合体碰撞和系绳缠绕等风险和节省燃料的目标,提出了由加速、平衡、旋转和返回构成的4阶段绳系拖曳离轨方案;然后基于Lagrange方程建立了复合体系统动力学模型,依次对绳系拖曳离轨方案的4个阶段进行了仿真.仿真结果表明,该方案理论可行,满足安全、经济、高效的设计目标,为工程实现提供了技术思路.     

我国陆地观测卫星现状及发展战略思考

本文回顾总结了我国陆地观测卫星载荷体系、地面系统建设及数据应用等方面的发展现状和成就,分析了当前所面临的挑战和任务,以此为基础,对我国陆地观测卫星的未来发展进行了战略思考和展望,提出了加强国家顶层规划、加强地面系统统筹建设、实现系列化业务化运营、加强国际合作、推进产业化发展等建议.     

一种新的基于Jackson排队模型多中继跨层协作通信策略

文中提出了一种新的多中继协作通信策略,该策略基于Jackson排队模型同时对物理层(physicallayer,PHY)与媒体接入控制层(MAC)的跨层设计进行了分析.在物理层,重点探讨多中继节点情形下信噪比(SNR)门限与中断概率之间的关系.在MAC层,系统采用Jackson排队网络进行建模,单协作节点数据包排队准则为GI/M/1模型,多节点之间进行相互机会协作,进而分析了所提策略的系统吞吐量与时延性能.跨层设计仿真结果表明,在不同中继策略下,协作节点数的增加将影响物理层高频谱有效性区域的系统中断性能.此外,相对于传统两协作节点模型,所提策略可以达到显著的MAC层数据包吞吐量与时延性能.     

编者按

对地观测卫星在遥感对地观测体系中占有特殊重要的地位,是技术复杂、应用广泛的卫星系统,体现着一个国家空间对地观测的整体水平,成为对地观测发展的重要标志.中国资源卫星应用中心于1991年10月正式成立,是由国家发改委、国防科工局负责业     

一种基于约束力的鲁棒的编队卫星构形非线性控制方法

提出了一种基于约束力思想的鲁棒的编队卫星构形精确保持的非线性控制方法.该方法首先将非线性和摄动条件下编队卫星构形保持问题转换为带有完整约束的拉格朗日动力学系统,然后将问题转换为一组微分代数方程,通过求解微分代数方程,确定编队卫星构形保持的非线性控制律.针对微分代数方程传统求解方法对误差敏感,相应的约束力控制法鲁棒性差的缺点,提出了编队卫星构形约束违约修正的方法,通过适当地选择违约修正因子,有效地抑制了编队卫星初始化、参考卫星轨道确定、相对动力学建模等误差的影响,提高了约束力控制法的鲁棒性。     

非对称双向中继X网络中基于最大化和速率的干扰对齐与中继处理算法

双向中继X网络相对于传统无线通信网络可以实现更高的自由度.然而,基于迫零算法的中继处理算法仅考虑了消除干扰成分,忽略了对期望信号的影响,从而使得网络的和速率有待提高.特别地,当用户发送功率越低,其和速率劣势越明显.针对上述问题研究其干扰对齐方案,并给出了优化的联合考虑期望信号和干扰信号的中继处理算法.首先,通过利用用户矢量信号之间的空间关系,给出网络和速率的数学模型;其次,通过矩阵分析及数值分析理论将最大化网络和速率的中继预编码设计问题转化为线性搜索最优值问题,并用极限值方法近似网络目标函数;再次,进一步将双向网络的目标函数近似为单向网络用户参数的线性组合,大大降低算法复杂度;最后,基于优化的线性搜索最优值问题,得到最大化网络和速率的中继预编码矩阵.仿真结果表明:相较于现有的中继处理方案,本文方案明显改善了网络和速率,同时还简化了最大化网络和速率带来的算法复杂度.     

认知无线电系统中的多中继分布式波束成形方法

本文考虑认知无线电系统中一对认知源目的节点在一组认知中继节点协助下与一对授权发射机和接收机共存的场景,研究了多个单天线认知中继节点在授权接收机处平均干扰功率门限约束及自身独立的平均发射功率约束下,最大化认知目的节点处信干噪比(SINR)的分布式波束成形,从而开发"空谱空洞"的问题.提出了两种波束成形方案:1)最大化SINR的最优策略;2)基于迫零准则的次优策略.最优策略将分布式的波束成形系数求解问题通过半定松弛转化为准凸的优化问题,从而利用二分法及内点法求解;并证明了求得的最优半定松弛解即为原优化问题的最优解.次优策略直接迫零对授权接收机造成干扰,并将来自授权发射机的干扰信号抑制为零.该方法对应的优化问题没有迭代运算,且约束函数简单,算法复杂度低.最后通过数值仿真分析了中继数、认知节点最大的发射功率和授权接收机的干扰功率门限等因素对两类算法平均传输速率的影响,并且通过对比实验验证了考虑授权发射机干扰信号影响带来的性能增益.     

基于卫星定位的位置服务分析及其应用研究

全球导航卫星系统(GNSS)在位置服务领域发挥着巨大的技术支撑作用.本文概括了GPS现代化、GALILEO、GLONASS和北斗导航系统的建设与发展情况,挖掘基于位置服务(LBS)的技术应用需求,并针对2008北京奥运会和2010年上海世博会的服务应用做技术推广研究和行业应用分析.     

新概念认知卫星导航系统研究

从国际电报联盟(ITU)给出的频谱划分可知,当前的卫星导航频率空间已经非常拥挤,四大卫星导航系统除了GLONASS外, GPS, Galileo和COMPASS系统的频段部分重叠或完全重叠,导致卫星导航频谱信号互干扰客观存在,不可避免.虽然新的导航信号设计体制提供了缓解卫星导航信号互干扰的方法,但从长远看不能从根本解决卫星导航信号兼容性问题.本文针对全球卫星导航系统工作模式及机理,以人脑的工作模式与机理为参考,提出基于认知卫星导航系统的基本概念和内涵,构建认知卫星导航系统架构模型和信息闭环生命周期,将电磁环境特性和信号兼容特性融入系统的整体结构中,以便使系统性能随电磁环境变化和频谱利用率特性的不同而自适应地改变,分析认知卫星导航系统的工作流程,梳理系统发展关键技术,并针对系统频谱感知模块进行了仿真,验证了方法的准确性.     

基于拉格朗日系统中约束力思想的编队卫星构形非线性控制方法

借鉴经典动力学中约束力的思想，提出了一种编队卫星构形精确保持的非线性控制方法．该方法首先将非线性和摄动条件下编队卫星构形保持问题转换为带有完整约束的拉格朗日动力学系统，然后将问题转换为一组微分代数方程，通过求解微分代数方程，确定编队卫星构形保持的非线性控制律．由于借鉴了约束力的思想，该方法自然地利用了编队卫星动力学系统的力学特性，具有节省能量和高精度的特点．通过对线性和非线性条件下空间圆编队卫星构形保持问题的仿真，验证了提出的非线性控制方法的这些特性．     

TD-LTE游牧中继及回传链路设计与测试

TD-LTE中继作为无线蜂窝网络中的一个节点,具有提升小区边缘用户吞吐量,扩展网络覆盖以及提供高速无线回传链路的能力.爱立信作为TD-LTE中继技术的领导者开发了"TD-LTE游牧中继"带内中继试验系统,接入链路完全兼容3GPP TD-LTER8协议,使TD-LTE中继能够放置于不同的地理位置,使用商用或者预商用终端对中继部署的外场无线环境及性能进行试验,对TD-LTE在外场部署的特点和性能研究具有重大的意义.本文中对游牧中继在无线网络中的性能以及无线回传信道进行了场外研究测试,通过TD-LTE在外场测试中的性能分析对TD-LTE中继的现场部署给出了位置及天线朝向等方面的建议,本文研究中发现TD-LTE中继在非直视类型的回传链路环境下对小区边缘的吞吐量仍然具有极大的提高.