考虑波束限制的改进导航星座星间链路方案

导航卫星星座系统由于卫星间的相对运动使卫星的相互可见关系不断变化,这给链路选择带来了挑战.本文研究具有同轨及异轨星间链路的导航星座网络,综合考虑星间链路状态,通过比较最短路径方案和K短路径方案,提出了一种考虑波束限制的适用于导航卫星星座的星间链路优化方案,并进行仿真研究,最后得出了有用的结果.     

一种考虑异常中断的导航星座星间链路路由改进算法

为解决导航星座星间链路异常中断时的路由问题,提出一种考虑链路异常状态的路由改进算法。通过导航星座特有的星间测距信息进行链路异常检测与识别,根据检测出的链路异常状态对K短路径路由算法进行改进。对改进算法与K短路径算法及泛洪策略进行比较分析,研究结果表明:在处理链路异常中断时,改进算法比泛洪策略增加的额外链路负担更小,时效性更高;而在链路传输时延及链路切换次数上改进算法与K短路径算法相当。     

导航星座激光/微波星间链路协同时间同步方法研究

时间同步是卫星导航系统提供定位、导航以及授时服务的关键.星座自主运行模式下需要通过星间链路组网进行星座整网时间同步,以支持正常的导航定位服务.相比于微波链路,连续建链的激光链路可以提供时标统一的、更高精度的钟差测量结果.本文提出一种星座自主运行模式下激光/微波星间链路协同时间同步方法.通过连续观测的激光星间链路建立时间比对网络,基于加权平均算法生成星间时间基准;激光比对网络外卫星通过时分体制微波链路,利用分布式卡尔曼滤波算法溯源至星间时间基准,实现星座整网时间同步.基于新一代北斗星座进行整网时间同步性能仿真,激光/微波协同时间同步方法生成的时间基准相比微波星间链路生成的时间基准,短期、中期稳定度均有明显提高,整网时间同步误差标准差优于0.05 ns.     

Ka 频段星间链路干扰强度及可行性分析

星间链路是通信卫星网络、中继卫星网络的重要组成部分,其面临的干扰主要来自地面,因此,星间链路需要能够避免来自地面的有意或无意干扰,从而能够保证整个卫星系统的稳健运行。从目前研究现状来看:Ka频段可作为下一代星间链路重要的可选频段之一。传统观点认为Ka频段由于频点高,空间损耗大,穿透大气层时衰减严重,因此,地面上的Ka频段信号对星间链路几乎没有干扰。本研究从干扰源所处位置、干扰类型等方面分析了星间链路可能受干扰的各种情况,并在大功率干扰源性能及发展趋势调研基础上,定量研究对星间链路实施干扰的可行性,指出Ka频段星间链路依然可能受到地面干扰的威胁,并分析强对抗情况下星间链路可能面临的抗干扰指标需求。相关研究成果对于星间链路的研制建设具有一定参考意义。     

一种具有异轨星间链路的Walker星座网络拓扑与路由生成方案

Walker星座网络能否建立异轨星间链路是提升其通信能力的关键所在.研究了一种24/3/1 Walker星座,通过对卫星间的能见分析及星间链路特性分析,探索了建立异轨道星间链路的可行性.然后,按照时段接续的异轨星间链路方案,进行了24/3/1 Walker星座网络的拓扑仿真与生成,并在此基础上对星座网络采用K短路径和最短路径路由选择策略进行了对比仿真分析.结果表明,按照时间段接续建立异轨星间链路的方案是可行的,所生成的网络拓扑的切换时间间隔最小为30 s,最大为115 s,K短路径策略在总体上要优于最短路径策略.     

复杂星间链路网络规划评估方法

为确保以导航星座星间链路为代表的复杂星间链路的运行服务效果,在使用网络建链拓扑、路由规划参数前,应对其正确性和有效性进行评估确认.本文提出了对复杂星间链路网络规划进行参数正确性快速评估和业务服务性能评估的分级评估方法.第一级评估实现网络规划结果正确性的快速判断,涵盖了场景要素符合性、节点特性符合性、测量业务约束满足性、数传性能满足性等多维度综合化快速验证评估.第二级实现网络规划结果有效性的进一步确认,构建由星间网络行为模型和数据接入模型组成的星间链路网络仿真系统,基于星间数据传输和处理的加速仿真,统计建链数量和数据包传输性能并与业务服务指标比对,完成业务服务性能仿真评估.经对导航星座星间链路典型业务场景的两级评估结果的比对,验证了分级评估方法的有效性.     

卫星星座对地面目标的连续性覆盖分析

为了对地面目标的连续性覆盖问题的相关理论进行分析及得到严格有效的计算方法,定义覆盖状态函数和覆盖区域函数,对其性质进行分析,并在此基础上进行推演.就星座对区域的完全覆盖问题和连续性覆盖问题进行分析,根据卫星在固定时刻对纬线的覆盖范围计算方法,得到了可以消除计算过程中误判的方法.该方法消除了对区域采样及时间采样导致的连续性覆盖的结果可信度较低的问题,同时使得计算效率有一定的提升.数值仿真实验结果验证了算法的正确性和有效性.     

Ka星间链路信号模拟器设计与实现

Ka信号模拟器可以模拟卫星星间链路高可靠性数传和高精度测距信号,同时也是Ka频段导航接收机研制过程中必不可少的专用设备。采用软件无线电设计思想,设计了Ka星间链路信号模拟器总体架构,采用标准PXI机箱结构,基于总线设计,板卡采用PXI插卡结构,实现模块化和通用化设计,可扩展性强;详细描述了核心板卡基带信号产生单元的软、硬件设计和部分关键技术及其实现方法,上位机完成多普勒仿真、电文生成和星间信号规划时隙表生成;基带信号产生板卡采用单频时分体制和QPSK正交调制技术,模拟产生高精度动态信号,并完成多径信号和干扰信号合路输出,测试结果满足工程使用需求。     

基于星敏感器和星间链路的卫星星座自主定轨研究

以对地定位观测三星星座为例, 研究了联合星敏感器和星间链路测量信息的卫星星座自主定轨方法. 通过仿真三星星座星间链路观测和CCD星敏感器对背景恒星的观测, 生成两种类型的仿真观测资料, 基于这些资料建立了星座联合自主定轨的测轨方程, 在此基础上进行了星座自主定轨的仿真计算. 综合考虑各种定轨方案以及潜在的各种测量误差的影响, 对卫星星座自主定轨精度进行了比较和分析, 结果表明所采用技术手段应用于卫星星座自主定轨是可行的, 并形成了若干研究结论, 对于这种自主定轨技术拓展应用于更广泛意义下的卫星编队星座具有重要的参考价值.     

民用航空导航信号的干扰分析

通信技术的飞速发展,使得电磁环境越来越复杂,各种无线电信号严重干扰了民航通信导航。本文给出了电磁干扰的分类及其电磁干扰的具体情况。对民航内部干扰和非航空源干扰两类主要干扰源进行了具体的分析,并给出了消除两类干扰应当采取的技术措施和行政措施来减少干扰,保障民用航空飞行的安全。     

同步轨道邻星干扰分析

文中主要研究了邻星干扰对卫星通信系统的影响。建立了一个邻星干扰的系统模型,推导了通信链路的误码率性能与有用信号信噪比、干扰信号信噪比、链路夹角和系统中断率的关系。并利用ITU雨衰预测模型以及地球站所在地区的雨衰数据,分析了各因素对我国上空两颗邻星的影响。仿真结果得到了一些比较有参考价值的数据及结论,这些结论可以为卫星通信系统干扰协调提供参考。     

CAPS导航通信系统的传输链路

中国区域定位系统(CAPS)是不同于全球定位系统(GPS)和国际移动卫星通信系统(Inmarsat)等的新型的转发式卫星导航通信一体化系统. 与GPS等卫星导航系统不同, CAPS系统工作在C波段, 其导航信息不直接由卫星产生, 而由位于地面上的导航主控地球站产生并经卫星转发给用户, 通信系统则采用小倾角倾斜同步轨道(SIGSO)卫星, 这些都增加了系统和终端的设计难度. 从链路预设计的角度对CAPS导航通信系统进行了分析, 研究了导航主控地球站的配置参数, 得到了导航系统的可用性的结论; 研究了通信系统的信息传输能力, 对通信中心站天线口径的选取、扩频增益和卫星参数对整个系统的影响等进行了分析, 结果表明: CAPS入站通信系统形成一类新的低信息速率的卫星通信系统, 每个终端的传输速率在1 kbps以内, 系统可容纳海量通信终端; 系统中通信中心站需要配置大口径天线, 天线口径在10~15 m左右为宜; 系统需采用扩频技术, 扩频增益应在40 dB左右; 减小卫星转发器增益衰减有益于提高系统链路的信噪比, 衰减值在0 dB或者2 dB时效果较好. CAPS导航系统一期已经通过专家验收, 目前运行稳定, 说明所得结果对导航链路的分析是合理的; 根据本研究结果设计的通信系统已经成功地开展了多种卫星通信实验及应用, 证实了所得研究结果的正确性.     

TH-UWB的码间干扰分析

由于UWB主要应用在密集多径的室内环境，所以研究多径效应造成的码间干扰对于设计高速UWB系统非常重要。分析了基于跳时多址的UWB的码间干扰效应。通过分析脉冲的各个多径分量与之后发送的脉冲的时间差的分布，得到了跳时UWB的码间干扰估算公式。与采用等间距发送脉冲时的码问干扰对比，结果显示，随着脉冲重复周期增大，跳时UWB的码间干扰的改善的速度比等间距发送脉冲时缓慢。     

全球导航星座的远地/深空导航应用研究

全球卫星导航系统为低轨和地面用户提供导航服务已有广泛的研究.中高轨卫星以及深空卫星的定轨、定姿和时间同步,目前主要利用地面测控系统完成,存在设备复杂、投资高、无法同时支持大量飞行器、无法自主运行等缺点.本文研究中高轨卫星和深空卫星利用全球导航星座进行定轨、定姿和授时服务的可行性,实现其扩展应用,寻求全球导航星座作为天基网时空基准的高效途径,使得天基网的自主导航与自主运行成为可能.论文提供了一套解决方案,在不增加卫星设备的前提下,通过星间链路的巧妙设计,实现对远地、深空飞行器的无源导航服务,重点研究了卫星可见性、几何精度因子（GDOP）等内容,进行了定位、定时精度分析,为全球导航星座的建设提供思路.     

TD-SCDMA相邻小区下行链路干扰分析与仿真

主要研究了TD-SCDMA系统中相邻小区间下行链路的干扰,给出小区间下行干扰模型和传播损耗模型,并通过仿真得到不同时隙、不同小区业务负荷条件下来自相邻小区的下行链路干扰数值变化曲线.对小区间干扰的分析与仿真为优化未来网络的容量以及性能提供了有价值的参考.     

双层网络中上行链路干扰的建模与分析

在传统宏基站无缝覆盖的基础上引入新的低功率节点构成双层网络,可以实现高速数据传输.双层网络的宏基站和低功率节点复用相同频谱实现高速数据服务的同时,也会产生严重的干扰,成为制约网络性能提升的关键问题.针对双层网络的上行链路干扰进行了建模与分析.采用泊松点过程建模无线环境中干扰节点的随机分布,考虑了路径损耗和阴影衰落的影响,并通过中断概率表征和分析了干扰对宏用户性能的影响.通过仿真分析了传播特性、微用户密度、微用户发射功率与中断概率的关系.     

STSS卫星星间相位差分析

分析了STSS卫星载荷配置情况及工作模式,并在此基础上计算了满足探测器覆盖要求的卫星星间相位差的范围.并利用这一方法估算了STSS的星座规模.     

低轨导航星座多普勒定位模型及性能分析

相较于北斗、GPS等全球卫星导航系统（GNSS）,低轨道卫星（LEO）具有更加显著的多普勒频移效应,有助于增强GNSS定位、导航和授时（PNT）服务性能。针对当前可用的LEO导航信号少,无法满足地面用户瞬时定位的问题,研究提出了基于一个由288颗LEO卫星构成的Walker星座,选取仿真了9个全球均匀分布的地面站多普勒观测值,建立了瞬时多普勒定位数学模型,并评估了其潜在的服务性能。结果表明：在中低纬度地区,LEO可视卫星为10~ 15颗左右,多普勒定位精度因子（PDOP）达到500 ~ 600;而在中高纬度地区,LEO可视卫星数达到30颗以上,对应的PDOP值降至180左右。静态多普勒定位可实现厘米至分米级精度,动态定位可实现瞬时分米至米级精度,高纬度地区的定位性能显著优于中低纬度地区。     

“弹弓星”——星座的弃儿

弹弓可是我最喜欢玩的“小规模杀伤性武器”,不过没想到有些星座也玩弹弓。不过,人家的弹弓不是用树杈、橡皮条做的,星座的弹弓是它强大的引力在某些特殊情况下形成的,而被发射出去的弹丸,往往就是一颗恒星!真牛啊!     

基于飞机散射信号的民航地面干扰源定位新算法

为了快速准确定位民航地面干扰源,提出了一种新的基于飞机散射信号的定位算法.首先,提出了新的初始参考点选取方法,并对此进行了理论分析和实验验证;然后,引入了相关熵和加权质心法,对现有算法进行了改进,同时进行了分析和实验验证.仿真实验结果表明,所提算法在保持计算量不变的前提下,显著地提升了基于飞机散射信号的民航地面干扰源定位精度,更具实用性.