地月空间基础设施体系架构与发展设想

建设地月空间基础设施,为人类在地月空间的活动提供基础性、通用性的通信、导航、监测等服务,既可满足中国后续月球探测国家重大工程任务需求,同时可以加速推进地月空间航天产业发展,对于推动中国科技强国、航天强国建设具有重大的战略意义。在阐明地月空间基础设施概念、分析研判国内外发展现状的基础上,紧密围绕重大工程和航天产业持续性发展需求,提出地月空间基础设施体系架构设想,明确系统服务、系统组成、“云-域-端”网络体系以及内部和用户接口体系。最后以分阶段逐步建成技术先进、布局合理的地月空间基础设施,提供自主开放、安全可靠、长期连续稳定运行的通用化服务为目标,提出发展展望和发展建议,为中国地月空间基础设施发展建设规划提供参考。

月面通信导航基础设施总体架构与关键技术研究

月面通信导航基础设施是地月空间基础设施体系中重要的组成部分,为月面局部热点区域用户提供更加便捷的通信网络服务,同时可与近月导航星座相配合提供月面区域定位导航基准和一定的定位导航授时能力。面向当前重大工程和未来大规模月面活动的中长期战略发展,在分析总结国内外发展趋势的基础上,提出月面通信导航基础设施总体架构,包括月面通信导航网络架构以及月面与空间接口。在此基础上,分析了月面频率规划、电波模型、网络接入、高速传输、定位导航等核心问题的解决途径。最后,提出分步建设建议和技术发展路线图,为未来月球探测任务通信与导航系统规划和建设提供参考。

地月云网:跨域融合一体的地月空间网络

为了更好地发挥地月空间基础设施对各类用户的服务效能、构建跨域融合一体的地月空间网络,提出了地月云网概念,各星座/设施之间及其内部通过无线链路连接成网,并通过一体化网络协议实现地月空间组网。地月空间组网运行将对传统深空探测任务带来颠覆性变革,可以实现全时段测控、高效数据回传、器间任务协同等。然而,地月云网具有高动态、大时延、强异构特点,这给地月空间组网带来了挑战。对地月空间网络发展与特点进行了分析,构建了适应地月空间特征及满足未来深空探测网络节点互联需求的地月云网协议栈,具有一体化、通用化、分层化、智能化、国际化的特点,并对其数据面和控制面设计进行了阐述。同时对未来地月云网协议发展进行了展望,提出了关键技术。

优化卫星数传链路效率的VCM流程设计

为提高探测卫星数据传输链路的传输效能,采用可变编码调制体制(VCM),在不增加卫星与地面站能量消耗和设备成本的条件下,降低链路资源浪费,优化星-地数据传输的吞吐量.在卫星VCM数传体制的基础上,分析了近地轨道卫星数传链路的动态链路预算,并详细讨论了链路传输效能的数学模型,给出了一种在有效数传时间内优化数传吞吐量的VCM流程设计算法.结果表明:该算法对于预知轨道的卫星系统,根据其动态的星-地链路预算结果,在保证误码率要求的前提下,选用不同的编码调制方式,从而拟合链路预算曲线,保持较为固定的链路余量,实现链路效率的优化;根据所述流程算法,针对一颗近地太阳同步轨道卫星设计VCM数传系统.通过数值仿真,与传统固定编码调制设计对比,说明这种VCM设计在提高链路有效性方面的突出优势.

卫星数传OFDM信号的多普勒效应影响分析

正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)信号具有较高的频谱效率,有利于实现高速传输。在卫星对地高码率数据传输系统设计中,OFDM有助于解决带宽资源的问题,因此极富吸引力。但是,由于近地轨道(low earth orbit,LEO)星地链路的大动态特性,传输信号会遭受严重的多普勒效应影响。对于宽带OFDM信号而言,多普勒效应的表现形式更为复杂,不再仅仅是频率的偏移。分析宽带OFDM信号在LEO卫星对地数传链路中所受到的多普勒影响。首先,对卫星数传链路进行数学建模,并且推导出该大动态场景下的OFDM信号模型;之后,量化分析由于多普勒效应所产生的符号间干扰和载波间干扰。根据理论分析结果,给出OFDM体制在LEO星地数传应用中的设计要求和设计局限。

人工影响天气实时通信及数据处理系统

本文针对人工影响天气实施过程中先验信息采集不及时、不准确的现状,设计一种对气象信息采集、实时传输并完成数据处理的系统。通过这套系统向执行人工影响天气作业的操作者提供直观及时的先验信息,有助于他们在作业过程中做出及时准确的判断和修改,达到提高人工影响天气准确性和有效性、减小浪费的目的。

多器联合月球极区探测通信系统设计

通信系统是月球极区探测器的重要组成部分之一。月面极区着陆器通信条件相对于低纬度地区探测有较大的差异,通信系统设计需结合月面极区软着陆探测任务实际,针对其任务的特点和需求开展相关设计工作。对多器联合月球极区探测通信开展任务分析,分析了通信系统架构、通信环境条件和数据量等任务需求,并设计了月球极区通信系统链路架构。该方案基于一套由月球中继通信网络和月面通信网络组成的链路构架,通过异构链路互为备份、多中心节点等方式实现了系统的可靠性与可扩展,兼顾了系统内的资源优化配置,可为未来月球极区探测通信技术工程实施提供指导。

深空探测光通信技术途经分析与展望

针对深空探测任务对高速数据传输能力的需求,文章在调研国内外深空测控通信系统现有支持能力与空间激光通信技术最新发展成果的基础上,对我国深空探测任务对空间光通信技术高效化、网络化的发展需求进行了梳理;对深空光信号捕获瞄准跟踪技术、高光子效率信号调制与编码技术、地面高效信号接收技术和深空光通信中继与组网技术的实现途径进行了分析。结合我国未来深空探测任务规划与实际需求,借鉴国外相关领域的技术发展路线,提出了适用于我国国情的深空探测光通信发展设想,旨在构建高效、高速的中国深空测控通信网。

一种采用可变同步帧的OFDM符号定时同步算法

符号定时同步是正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统中最为关键的同步之一。针对现有的基于数据辅助类的同步算法中帧头存在持续时间长、抗噪声性能差和对载波频偏敏感等问题,提出了一种可变长度的同步帧结构,采用滑动差分相关算法完成符号定时同步。仿真结果表明,提出的同步帧结构持续时间短于一个OFDM符号周期,并且训练序列长度可以通过估算信噪比大小而灵活控制。同时,所提算法在归一化载波频偏为12(远远超过晶振的误差范围±10-5)的情况下正常工作;在高斯白噪声和多径衰落信道中都有较好的性能,且其流水线结构易于硬件实现。

面向DVB-S2系统的最优相关间隔帧同步方法

针对卫星通信第二代卫星数字电视广播(Digital Video Broadcasting-Satellite 2,DVB-S2)系统中可变的编码调制方式和物理层帧长,以及接收机需要工作在低至-2 dB的信噪比条件的要求,提出了一种基于DVB-S2帧头结构的最优相关间隔相关检测和双阈值峰值检测帧同步方法,并采用状态机控制PLS(Physical Layer Signaling)码解码,通过解出帧头信息快速跟踪下一帧头位置。仿真结果表明,该方法性能明显优于传统的SOF+PLSC(Start of Frame and Physical Layer Signaling Code)算法,并且能够适用于低信噪比条件和可变的编码调制方式。

一种通用的OFDM发射机设计

正交频分复用(OFDM)系统参数众多,设计灵活,可以根据不同用途、信道环境以及接收机的性能等,设计出很多不同的OFDM系统。针对此问题,提出了一种通用的基于训练序列的OFDM发射机设计方案。从性能的角度出发,设计了OFDM符号结构和传输帧结构,并重点分析了OFDM数字基带调制模块的组成,最终在Xilinx开发板上实现了该方案,并获得了OFDM各模块的仿真时序图、OFDM射频信号频谱和误比特率图。研究结果表明,该方案频谱利用率高,复杂度低,通用性好。

基于零中频构架的OFDM射频调制系统设计

针对正交频分复用(OFDM)信号功率谱旁瓣干扰大以及数模转换(DAC)引起的镜频干扰,设计了一种基于AD9364射频收发芯片有效抑制带外干扰的OFDM射频调制系统。首先设计数字插值滤波器对信号进行内插处理,从而分离镜频;再通过高阶模拟低通滤波器滤除镜频,同时抑制OFDM信号旁瓣,加速旁瓣衰减。最后测试结果表明了所设计的OFDM射频调制系统能够有效抑制镜频及带外干扰,获得清晰准确的射频传输信号频谱。且节省了额外的FPGA资源,设计方案简单实用。

多器组合一体化测控数传分系统设计与验证

本文主要对嫦娥五号探测器多器组合一体化测控数传分系统方案设计、关键技术及在轨验证情况进行介绍.嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器和上升器四器组成,存在四器组合体、两器组合体、交会对接及单器等多种工作状态,构型及工作模式极为复杂,且重量资源十分紧张.根据嫦娥五号任务特点,设计了多器组合一体化测控数传分系统,通过多器组合测控解决了探测器构型复杂全空间测控难题,并结合一体化、功能复用设计以及单机轻小型化解决了重量资源受限问题.实现了受限带宽多频率同时工作兼容性设计,合理设计并实现了数传载波抑制、频谱带外抑制,以及应答机环路带宽等关键技术指标.