低轨星座导航增强能力研究与仿真

低轨卫星星座具有几何图形变化快、落地信号功率强、全球天基监测覆盖等天然优势,可对中高轨全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)星座进行有效补充和增强,提升全球定位、导航与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)服务的精度、完好性、可用性和抗干扰等能力,已成为下一代卫星导航系统重要的发展方向.本文总结了国内外低轨星座发展现状,对不同低轨星座进行了分析和设计,对低轨星座提升导航定位精度、加速精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)收敛、全球天基监测等导航增强能力进行了分析,重点论证了低轨星座突破现有中高轨GNSS技术瓶颈的机遇和体系增量能力,给出了相应的仿真分析结果,以期对我国低轨星座和北斗卫星导航系统的融合发展提供参考和建议.     

A multi-path routing algorithm of LEO satellite networks based on an improved ant colony system

Geography rectangle is used to reduce signaling overhead of the LEO satellite networks.Moreover,a multi-path routing algorithm based on an improved ant colony system （MPRA-AC） is proposed.Matrix indicating the importance of the link between satellites is introduced into MPRA-AC in order to find the optimal path more quickly.Simulation results show that MPRA-AC reduces the number of iterations to achieve a satisfactory solution.At the same time,the packet delivery ratio of LEO satellite networks when running MPRA-AC and DSR-LSN （dynamic source routing algorithm for LEO satellite networks） is compared.The packet delivery ratio is about 7.9％ lower when running DSR-LSN.Moreover,because of the mechanism of active load balancing of MPRA-AC,simulation results show that MPRA-AC outperforms DSR-LSN in link utilization when data packets are transmitted in the networks.     

减少移动卫星对地面站干扰的计算时间

在计算中低轨道移动卫星对固定业务地面站干扰时 ,如何缩减计算时间是个突出的问题。该文提出了加大计算步长和设置仰角阈值两种方法 ,分析了理论上减少计算时间的可能性 ,并通过典型的实例计算研究了这两种方法对计算精度和计算时间的影响。结果表明 ,取样步长往往可以取到相当大 (2 0 0～ 30 0 s左右 ) ,从而使得计算时间大大减小 ;另外 ,通过设置合理的仰角阈值 (15°左右 ) ,引起的误差是允许的 ,也能使得计算时间减少为原来的 90     

低轨道移动卫星信道中的DDPSK调制特性

针对低轨道卫星移动通信信道的大范围快速时变的多普勒频移特性,提出并分析了双差分相位调制方式（DDPSK）。结果证明,DDPSK与相关相位调制、差分相位调制相比,对于频率变化有很好的稳定性,能够克服大频偏对于移动通信的影响。并进一步给出了它在带遮蔽效应的莱斯信道的误码特性。     

面向低轨卫星网络的用户随遇接入认证协议

低轨卫星网络能够作为地基网络的补充网络为地形复杂的区域提供网络服务。针对低轨卫星网络信道开放、网络拓扑结构动态变化和用户终端海量的特点导致的安全问题、服务质量问题和网络控制中心负载问题,提出了一种基于Token的动态接入认证协议,基于卫星轨迹可预测性和时钟高度同步的特点构造预认证向量,实现用户的随遇接入和无缝切换。仿真分析结果表明：该协议完全满足安全需求,并且具有较低的切换延时和计算开销,可实现低轨卫星网络中用户的高效、安全接入认证。     

低轨卫星互联网多属性切换控制方法

针对低轨(low earth orbit, LEO)卫星通信系统中星间单属性切换容易造成当前属性最优而其他属性较差的问题,提出一种LEO卫星星间多属性切换路径筛选算法。该算法根据终端的运动情况以及卫星星历信息预测未来一段时间内可供终端切换的所有服务卫星。同时考虑服务时长、仰角以及空闲信道3个属性对星间切换的影响,找到一条在3种属性上都较优的切换路径。仿真结果表明,所提算法不仅可以降低切换失败率,还可以降低星上的平均负载以及新呼叫的阻塞率。     

一种改进的Turbo码译码算法及其FPGA实现

为有效降低Turbo码在硬件实现时的译码复杂度并减少其存储资源消耗,将现有Turbo码译码算法中Log-MAP算法和Max-Log-MAP算法进行融合改进,提出一种适于并行计算的改进Max-Log-MAP算法,即在译码计算中间参数的过程中,只将具有多个输入变量的max*(·)运算简化为取最大值的max运算,而对具有2个输入变量的max*(·)运算进行精确计算. 仿真结果表明,改进Max-Log-MAP算法的复杂度可以接近Max-Log-MAP算法,而性能接近Log-MAP算法. 将采用新算法的Turbo码编译码器在现场可编程门阵列(FPGA)上实现,并应用于低轨卫星通信系统(LED)中的,能在保证Turbo编译码优异性能的同时,获得较低复杂度和较低资源消耗,有利于减小卫星手持通信终端的体积,降低功耗.      

LEO卫星通信系统位置管理的多星选择策略

针对低轨卫星移动通信系统用户在多星覆盖的情况下的位置注册问题,提出了仰角和覆盖时间加权策略。这种策略既可保证注册卫星覆盖移动终端的时间长,又可保证移动终端处于低仰角的概率低,保证较好的寻呼信道条件,减少了位置更新和寻呼移动终端的信令开销。     

Dynamic Characteristics of Inter-Satellite Links in LEO Networks

To establish an efficient inter-satellite link (ISL) in an LEO network, the effect of geometric characteristics of ISL on the ISLs and the devices on the LEO satellite should be examined. Because of the continuous movement of the LEO satellite, the time-varying behaviours of the ISL's geometric charactersistics continuously change with the changes of the satellite's position on the orbit. These dynamic geometric characteristics of the ISLs are important for ISL's performance analyzing and the design of the devices on the LEO satellite. This paper describes dynamic geometric characteristics of ISL, analyzes the impact of these regulations on the tracking system of the satellite's antenna and the power adjusting system of the satellite's transmitter, with the Iridium system as an example.     

面向低轨卫星互联网的效能评估技术

效能评估可为低轨卫星互联网的新技术验证提供有力支撑。针对低轨卫星互联网组网灵活、大时空尺度的特性;提出一种面向低轨卫星互联网的效能评估架构。基于此架构;针对低轨卫星互联网效能要素多样的特点;在多维度综合考量的前提下设计了效能评估指标体系;针对星地链路频繁切换的问题;提出星地链路切换算法;为后续采集工作奠定基础;针对指标多维度和源数据规模大的问题;提出指标源数据多模式并行采集 方法 ;提升了数据采集的效率;针对以标准化流程评估效能的需求;提出效能评估策略。实验表明:所提方法在数据采集性能上相较于传统方法提升了47.16%;同时能够系统且全面地评估低轨卫星互联网的效能。