中继法解决临近空间Ka波段通信黑障问题

为解决航天器在临近空间的通信黑障问题,根据ARD等实测数据,分别建立再入航天器迎风面、背风面均匀等离子鞘套模型,分析再入航天器迎风面、背风面的等离子鞘套厚度、电子密度、等离子体碰撞频率等参数对Ka波段的传输透射率、反射率和衰减值的影响。分析结果表明:Ka波段工作信号在航天器背风面传输显著优越于在航天器迎风面传输,在航天器再入过程中,提高信号通信频段以及Ka波段工作信号从背风面传输的透射率相比从迎风面传输的透射率至少提高88%,衰减值至少降低19dB,为研究再入航天器通信问题提供了理论参考。     

外加磁场改善临近空间GPS通信研究

针对飞行器以高超声速穿过临近空间大气层产生的通信"黑障"问题,提出了外加磁场,改变电磁环境以解决通信黑障问题的方案。依据美国RAM C提供的飞行试验数据,建立磁化等离子体鞘套模型,通过数值计算方法分析了磁场强度、等离子体厚度、等离子体碰撞频率和等离子体电子密度对GPS信号传输的反射和衰减特性。综合分析仿真表明:对处于低频段的GPS信号,通过在航天器周围添加磁场,能够明显改善电磁波在等离子体鞘套中的传输性能,当外加磁场强度大于2T时,GPS信号在等离子体鞘套中的传输衰减值均在5dB以下,有效减缓了黑障对于电磁波传输的影响,达到了较好的通信状态。     

磁化等离子鞘套中毫米波大气窗口的衰减

为了更好地利用目前紧张的频谱资源,解决临近空间通信"黑障"问题,选取高斯分布模型建立非均匀等离子鞘套,并结合4个在大气中具有高透过性的毫米波大气窗口,研究等离子鞘套外加不同强度磁场与无外加磁场情况下,毫米波大气窗口在其中传输的衰减情况受攻角和等离子鞘套碰撞频率改变的影响。仿真结果显示:外加不同强度磁场时会改变毫米波大气窗口的衰减值,但不会改变毫米波大气窗口在等离子鞘套中的传输规律。外加磁场是否改善毫米波大气窗口的传输性能需要综合考虑等离子鞘套与毫米波大气窗口的谐振频率。     

48km以上空间黑障区的电磁波衰减研究与仿真

空间飞行器进入100km至48km黑障区时,与地面站的通信会发生中断现象,对宇航员的安全,飞行实验的顺利完成都会产生不利的影响,本文针对这种通信中断现象,对电磁波在48km以上黑障区等离子鞘套中的传播衰减进行了多角度的仿真研究,实验结果表明,频率高于15GHz的电磁波更易克服空间飞行器再入过程的通信黑障现象。     

临近空间等离子体鞘套对太赫兹波传播特性分析

针对高超声速飞行器在临近空间巡航时出现的通信"黑障"问题,根据RAM C提供的飞行试验数据,建立一维等离子体鞘套模型,通过数值计算分析了等离子体与太赫兹波的相互作用机理,并从等离子体厚度、等离子体电子密度、等离子体碰撞频率和太赫兹波入射角等条件得到了太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性曲线。仿真结果表明:把太赫兹波段作为临近空间平台通信,有利于解决"黑障"问题,其中在大气窗口0.22THz处的衰减均在30dB以下。此论证结果可为临近空间平台设计的高超声速飞行器选用通信频段时提供参考。     

48km以上黑障区电磁波的趋肤深度分析

空间飞行器返回大气过程中,降落至距离地面100km到48km处时会在表面形成一个复杂多变的等离子鞘套,这个等离子鞘套对电磁波的传播具有很大的衰减作用,对地面站与空间飞行器的电磁波通信产生不利的影响。本文从等离子鞘套具有近似金属的导电性的角度,通过分析电磁波在不同高度处的等离子鞘套内传播的趋肤深度,进而分析空间飞行器返回大气降落过程电磁波频率变化对克服通信黑障问题的影响。     

临近空间Ka频段信道建模

构建了一种临近空间Ka频段小区制覆盖的通信信道模型。首先,讨论了临近空间信道的几何特性,将通信覆盖区域根据不同仰角分为高仰角区、中仰角区和低仰角区;其次,分析了影响信道特性的5种因素:大气吸收衰减、对流层闪烁衰减、云雾衰减、降雨衰减以及地面反射体造成的多径效应,总结出降雨衰减和多径效应对临近空间Ka频段通信信道的影响要远大于其他3种因素;最后,分析了不同仰角情况下,地面反射体、雨衰对信道的影响,并且根据Ka频段静止卫星通信信道在各种天气条件下信号的概率分布参数,对临近空间Ka频段小区制覆盖的通信信道模型进行了仿真,分别给出了不同仰角区的误码率性能仿真曲线。对于临近空间通信平台的开发与研究具有指导意义。     

等离子体随机分布对THz波传输特性的影响

高超声速飞行器再入过程中在其周围会产生非均匀的等离子体鞘套流场,同时在飞行器飞行姿态调整,流场分界层湍流、层流相互转换以及再入过程中由于强烈摩擦产生的高温等因素的影响下,使得产生的鞘套具备了一定的随机特性.文中通过改变磁化角度和外加磁场强度、等离子体电子密度、电子密度相对变化幅度以及碰撞频率等参数,提出了基于等离子体随机分布的散射矩阵法来研究THz波传播的相关特性的方法.结果表明,THz波的极化方向不同,其透射率的变化趋势也不同;左极化波在随机分布等离子体中的透射率要优于右极化波;通过调控合适的物理量,可改变THz波在具有随机特性等离子体中的透射特性.该研究结果对于缓解高超声速飞行器与地面之间的通信“黑障”问题具有一定的参考价值.     

Ka频段ATC-OFDM传输体制的性能分析

分析了Ka频段移动信道特性,建立了Ka频段自适应Turbo编码-OFDM传输体制(ATC-OFDM),并提出了3种自适应方案和相应算法。通过新传输体制中的自适应功率、自适应调制和自适应功率调制同固定分配功率和调制方案的TC-OFDM传输体制相比,在不同的天气环境下,其系统误码性能有着明显的改善。系统的吞吐量在信噪比大于8dB时,相比于BPSK调制,可提高2bps/Hz,验证了该传输体制的可行性和有效性。     

临近空间静止通信平台模型研究

在临近空间通信系统中,大气、降雨、闪烁会引起空地链路信道质量的恶化。以临近空间飞艇为通信平台,通过分析Ka频段临近空间通信信道的电波传播特性,重点分析了降雨对信号衰落的影响,在此基础上建立了Ka频段临近空间静止通信信道,以及Ka频段临近空间静止通信信道模型的仿真模型,并在Matlab环境下对Ka频段临近空间静止信道模型的BER性能进行仿真,仿真结果为临近空间链路分析及抗雨衰对策提供理论依据。     

超音速飞行器表面等离子体的电磁特性研究

通过对飞行器周围流场温度、压强和电子密度分布等参数进行分析,探讨等离子体参数对电磁波信号衰减的影响,并进行HFSS仿真,得到三维实时的衰减模型,为今后研究通信衰减问题提供了重要依据,也是进一步进行再入通信仿真的前提。     

基于智能反射表面的中继协作安全通信技术

在传统中继协作的通信过程中,中继节点在对信号处理时,会放大中继节点自身的干扰信号。此外,现实通信场景中往往存在窃听节点窃取重要信息。智能反射表面具备无源反射特性,能对信号的相位进行调整,以及在处理信号时能减少干扰信号的产生。针对中继节点增大干扰信号和安全传输问题,提出了基于智能反射表面的中继协作安全传输技术。考虑通信场景中存在恶意窃听节点,且窃听链路与合法链路的相关性较高的情况下,通过部署智能反射表面将基站发送的信号反射给合法用户,提高系统的安全通信质量。为了解决保密速率表达式的非凸性,采用交替优化、黎曼共轭梯度下降的算法对波束形成向量及反射相位进行交替优化。最后,通过仿真结果验证在3 GHz高频段载波下,基于智能反射表面协作通信技术在数据传输、能效、安全方面的作用优于传统中继协作通信方法。     

基于中继卫星多址支持的卫星在轨健康管理模式

智能化卫星在健康管理方面提出了随遇接入中继卫星系统为其提供测控的要求,基于中继卫星S频段多址SMA全景波束支持,本文提出了一种中低轨卫星在轨健康管理的新概念和模式.新模式系统由中继卫星、用户终端和地面系统构成,分析给出了卫星在轨全时监视及随遇接入、卫星快速抢救、问题排查归零的健康管理工作流程,实现该模式运行的关键技术主要包括用户星在轨健康管理技术、基于中继卫星S频段多址的全景波束技术和空间网络接入技术。为后续中继卫星系统测控发展应用提供了一种新思路.      

卷积编码在低仰角Ka频段临近空间通信的计算机仿真性能分析

为提高低仰角情况下临近空间通信在不同天气下的误码率性能,提出在传输中采用卷积编码和维特比译码。首先讨论了临近空间信道传输特性,指出雨衰是影响Ka频段临近空间通信的最主要因素,并在此基础上建立了Ka频段临近空间信道模型。其次分析了卷积编码和维特比译码的特性,对其应用在临近空间通信的合理性进行了讨论。然后建立了临近空间通信的仿真模型,对基于卷积编码的Ka频段临近空间的通信性能进行了仿真。结果表明,利用卷积编码可以获得较高的编码增益,有效提高了临近空间通信在不同天气下的误码率性能。     

激光对潜通信的信号能量传递计算

对云层、海水以及空气／海水界面等各种因素对激光通信的影响作了较全面的描述，并由此得出了计算探测器输入背景光功率的公式．在信号能量传递的计算中，根据Ｌ．Ｂ．Ｓｔｏｔｓ方程得到了时间扩展后的脉冲波形的近似表达式，继而由能量方程估算了能量总衰减的范围     

Ka频段卫星通信WPDM传输系统的性能分析

分析了Ka频段卫星通信的信道特性与模型,对基于小波包分复用(wavelet packet division multiplex,WPDM)的Ka频段卫星传输系统进行了研究;并采用支撑长度低的小波函数来降低系统的高峰均功率比(peak to average vatio,PAPR)。仿真结果能和该系统的误码率分析结果很好地吻合,并通过与OFDM(orthogonal frequency division multiplex)系统仿真对比得到在误码率为10-3时可节约3 dB;且显示出支撑长度低的小波函数能有效降低系统峰均功率比,从而提高系统性能。     

一种计算机序列搜索的DMRS序列生成方法

在信号传输过程中,高峰均功率比会使功率放大器工作在非线性区域,造成放大后信号失真.对3GPP(3rd generation partnership project)协议中现有物理上行共享信道在采用DFT-S-OFDM(discrete Fourier transform spread orthogonal freque...     

卫星舱内无线组网传输技术研究

卫星舱内无线组网通信具有多径干扰严重及电磁环境复杂等特点,本文设计了一个应用于星内的分布式Adhoc无线通信网络系统,重点阐述了无线节点组网、抗多径干扰及单机节点设计,对设计的星内无线通信系统的抗干扰和中继传输性能进行了仿真研究和测试验证。试验结果表明,所设计的无线通信网络能够满足星内多径环境下分布多跳式的组网传输需求,为航天器舱内无缆化信号传输奠定基础。