关于通信网可靠性的研究进展

在通信网的设计和维护过程中,网络可靠性是一项重要的性能指标,目前这一课题已逐步引起人们的高度重视。本文综述了迄今为止在通信网可靠性研究领域里所取得的成果,在叙述过程中将重点介绍网络可靠性的测度及其数学模型,基本上不涉及网络算法。文章把通信网可靠性的研究成果归纳为四类:1.网络的抗毀性——可靠性的确定测度;2.网络的生存性——基于网络连通性的可靠性测度;3.网络的有效性——基于网络业务性能的可靠性测度;4.网络部件工作在多模式状态的可靠性测度。同时,本文提出了一个通信网可靠性的定义,以澄清目前在这个问题上的混乱,进而归纳了影响网络可靠性的因素,给出了分析通信网可靠性的一般方法,探讨了今后通信网可靠性的研究方向。

萤火一号深空测控设备

深空测控通信是实施深空探测的关键技术,萤火一号探测器是中国第一个深空探测器。本文介绍了深空测控通信的特点、存在的技术困难及需要攻克的关键技术,描述了萤火一号火星探测器的测控通信技术方案及星载测控设备的功能分配,给出了星载测控设备的基本配置情况及主要技术指标。萤火一号探测器的测控和数传采用一体化设计方案,在10 kg重量约束条件下,实现了上行遥控通道及下行遥测通道,具备科学数据传输通道及测定轨信号发送的功能,而且每个通道均具有冗余备份设备。

空间惯性定向姿态卫星数传链路设计

对于采用空间惯性定向姿态的卫星,其在数传设备工作期间不能保证固定安装在星体上的发射天线波束准确指向地面站,这给有效载荷高速数传提出更高技术要求.研究了这类卫星在轨运行时其姿态相对地面站的变化规律,利用STK软件提供的卫星轨道仿真分析结果,寻找数传天线波束中心轴的较好指向,得到不同天线波束宽度能够实现的卫星对地数传时间.通过研制140°波束范围内0 dBi增益天线,在链路设计上保证了传输速率85 Mbit·s^(-1)时有足够的余量.在星载设备小型化约束(质量10 kg、功耗80 W)条件下,采用小型化宽波束天线以及固态功放解决了空间惯性定向姿态卫星的有效载荷数据传输问题,设计方案满足相关任务要求.

科学实验卫星高速上行链路设计

为保障在卫星与地面之间开展空间量子科学实验的条件,必须为科学实验载荷建立一条星—地高速数据双向传输链路。通过跟踪CCSDS-SLS-NGU(空间数据系统咨询委员会-空间链路业务-下一代上行链路)工作组对NGU的研究进展,结合科学实验卫星有效载荷建立高速上行链路的需求,采用高带宽利用率调制技术、高效信道编码方式及适用的链路数据传输协议,设计了一种传输速率为1Mbit/s、误码率优于1×10-9的高速上行链路方案,并给出星载设备实现方案和地面初步测试结果。该方案在技术体制上兼容已有CCSDS规范,便于地面站及星载接收机实现,完全满足开展空间量子科学实验的需要。

萤火一号火星探测器测控通信关键技术

基于深空测控通信特点及其技术难点,对萤火一号(YH-1)火星探测器测控通信分系统设计进行了研究。给出了测控通信方案和分系统构成,介绍了火星-地球超远距离通信,小型化测控通信系统,高灵敏度接收机,高集成度发射机,小型化高稳定频率信标,集成化、小型化遥控指令译码器等关键技术设计及主要技术指标。YH-1火星探测器的测控和数传分系统采用一体化设计方案,在质量10kg约束条件下,实现了上行遥控通道及下行遥测通道,具备科学数据传输通道及测定轨信号发送的功能,且每个通道均有冗余备份设备。

无需CCDOS支持的汉字窗口式菜单程序

菜单程序作为系统与用户的界面,把系统的所有功能组织成一个经过合理安排的多级菜单,提供给用户一个高效、友善的操作环境。本文介绍了一种实现汉字菜单的方法,可用于各种应用软件系统,其最大特点是无需CCDOS的支持。

星载高速无线数据网络协议的设计

星载无线数据网络可以解除航天器内错综复杂的线缆网的束缚,是航天器轻小型化的重要技术储备。旨在替代航天器内现有的点对点三线制的低电压差分信号线缆,提出了一种基于脉冲超宽带(IRUWB)技术的星载高速无线数据网络的设计方案,并重点介绍了高速无线网络协议的设计和实现。网络协议设计参考了美国军用数据总线标准MIL-STD-1553B协议,采用时分制指令响应机制,按物理层、链路层、网络层和应用层进行了详细说明,以适应星载高速率无线数据传输的要求,具有灵活性高、可靠性高、扩展性高的特点。网络协议的IP核经过地面演示系统进行验证,实验测得应用层数据传输的误码率小于10-9。

GMSK+PN信号信噪比估计

针对数传、测距一体化的调制方式高斯最小频移键控复合伪码测距（Gaussian minimum shift keying＋pseudo-noise,GMSK＋PN）信号的信噪比估计,提出了一种精度较高、复杂度较低的快速算法。该算法采用层状结构分解的方式,将信号分解为若干信号单元,对每一个分解的信号单元进行功率分配计算或信噪比估计,最后快速准确地计算出整个信号的信噪比。信噪比在1-13dB之间时,估计误差小于0.5dB。利用Simulink仿真工具,验证了该算法的有效性。

脉冲超宽带通信与测距技术初步研究

相对于连续波窄带技术,脉冲超宽带技术在短距离通信及高精度测距方面具有一定优势。为了向未来航天应用提供新的技术支持,对脉冲超宽带通信及测距技术进行了初步研究。描述了系统的收发单元及天线单元,同时给出了各单元的测试结果。脉冲超宽带通信、测距实验表明,系统成功实现了短距离高速通信和高精度测距。在10m范围内通信码速率为100Mbit/s,定位精度为厘米量级。

AWGN信道中一维调制与二维调制的信道容量

卫星通信和深空通信信道都可近似为加性高斯自噪声信道,所以研究这种信道中常用调制方式下的信道容量有重要意义.从香农信息论出发,推导出了一维调制和二维调制下的信道容量.在此基础上,阐明了在不同信噪比条件下应采用的调制方式,以及编码调制能够在不牺牲频谱利用率的前提下,得到编码增益的本质.讨论了无带宽约束下AM调制和PSK调制的香农限和在高信噪比条件下PSK的近似容量.

一种可用于莱斯衰落信道的信噪比估计算法

针对莱斯衰落信道条件下,常规非数据辅助信噪比估计算法复杂度高、适用调制类型单一等问题,提出了一种信噪比估计算法.在建立系统等效模型的基础上,推导出信噪比与接收信号期望和方差的关系表达式.由于在莱斯衰落信道下,该表达式无解析解,故提出用多项式拟合法得到一定范围内的信噪比近似解.仿真和对比分析实验表明,提出的信噪比估计算法不需要使用训练序列,不仅对低阶和高阶多种调制方式具有普适性,而且当信道莱斯因子K=10 d B且信噪比为5~25 d B时,归一化估计偏差均小于0.2,计算时间复杂度与M2M4算法相当,适合一般工程应用需要.

CCSDS高级在轨系统协议及其应用介绍

首先简要回顾了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)AOS(高级在轨系统)建议及其在空间数据系统信息交换和处理方面的优势,然后介绍了继载人航天飞船有效载荷数据管理系统、"实践"五号卫星及双星探测计划之后,中国科学院空间科学与应用研究中心在"嫦娥"卫星、月球车综合电子演示系统、百兆级高速多路复接器及"萤火"一号探测器上开展CCSDS AOS应用研究的新进展。

一族适用于空间通信的原型图LDPC码

针对已有AR4JA码译码复杂度较高的问题,结合空间通信的特点,构造了一族新的基于原型图的码率兼容LDPC码。这族码的译码门限距信道容量都在0.5 dB内,而且最小码距随码长线性增长,从而有利于降低误码平台。此外,由于具有相同的原型图结构,可以用同一个译码器完成不同码率码的译码。本文从理论和计算机仿真两方面说明,所提出的原型图LDPC码与NASA JPL向CCSDS递交的AR4JA原型图LDPC码相比,性能相近,而译码计算复杂度更低。

基于分布式算法的多项抽取滤波器设计

实现高阶FIR滤波器时,在降低FPGA硬件资源占用方面,分布式算法和多相分解技术应用广泛。详细介绍了分布式算法和多相分解技术的原理,并结合FPGA的特点提出了适用于高阶FIR滤波器的新算法,解决了分布式算法实现高阶FIR滤波器查找表过大的问题,提高了硬件资源的利用率。推导了基于分布式算法和多相分解技术的实现原理,通过ISE实现并验证了该算法的高效性。最后,给出了滤波器性能随滤波器系数量化位宽变化的关系。

探空火箭图像采集与压缩系统的研究与实现

针对探空火箭的应用要求,研究并实现了一种多路实时图像采集和压缩系统,介绍了系统实现的方案以及采用的两种关键技术。系统采用了基于ARM和FPGA的嵌入式系统架构,以专用的压缩芯片作为图像处理单元,通过采用提高摄像头分时复用的可靠性和优化压缩比控制方案两条技术途径,解决了图像低功耗、实时压缩等问题。系统电路结构精简,集成度高,灵活性强。实际测试表明:系统性能可靠,具有轻小型、低成本、低功耗等特点,在空间环境垂直探测实验中,系统拍摄到火箭箭头与发动机分离、电场探测伸杆展开等重要画面,使用边缘强度评价法对所得图像进行质量评价,图像清晰度满足科学研究与工程应用的需要。

探空火箭通信系统最优信噪比切换阈值的设计

结合Nakagami衰落信道模型,分析了探空火箭飞行过程中经历的瑞利信道和莱斯信道的特性,以BPSK、QPSK、16QAM、64QAM 4种调制方式结合的可变调制传输系统为例,提出了可根据地面数据接收站天线的不同仰角,计算最优信噪比切换阈值的方法。最优信噪比切换阈值在满足误码率指标的前提下,使系统的数据吞吐量最大。进一步比较了采用最优信噪比阈值与采用BPSK固定调制方式、恒定误码率信噪比阈值的吞吐量差异,结果表明,采用最优信噪比阈值法得到的数据平均吞吐量分别是另外2种方法的3.89倍和1.043倍。其结果为可变调制技术在探空火箭工程中的应用提供参考依据。

量子科学实验卫星射频信道物理层设计

量子科学卫星有效载荷激光链路需要有一条上下行射频高速通信链路作为激光链路的量子秘钥分发途径.构建了量子科学卫星上下行射频链路的物理层硬件和算法,该链路采用符合CCSDS频谱规范的SRRCOQPSK作为上行调制类型,上行速率达到1.024 Mbit·s^(-1),下行采用SRRC-OQPSK和GMSK调制,速率达到4 Mbit·s^(-1).经过与多个地面站的对接试验测试,结果表明数传通信机的载波捕获灵敏度优于-100 dBm,数据解调灵敏度优于-98 dBm,AGC(自动增益控制)能力大于43 dB,在-96 dBm接收信号电平条件下的实际传输误码率优于1×10^(-9).在轨试验验证证明,射频信道物理层设计方案满足量子科学实验任务要求.

基于802.11的小卫星编队网络性能仿真

为了保证空间探测任务的顺利进行,小卫星编队需要可靠的星间通信。基于802.11,设计了小卫星编队网络协议架构。首先搭建了卫星飞行编队网络协议栈,针对星间通信距离大导致的高时延,对物理层、数据链路层进行了适应性修改,分析了网络层路由协议,然后对四种典型的卫星编队网络进行了模型分析。通过NS3网络仿真工具,对星间通信网络进行了性能仿真。仿真结果表明,基于802.11的网络架构,可以保证星间通信,不同编队网络性能差别较大,可根据任务进行调整。

RNA分子二级结构智能绘图

本文介绍一种在微型计算机上实现的核糖核酸(RNA)分子二级结构智能绘图的方法。用软件实现此方法,可以把以碱基匹配对表示的RNA分子二级结构,自动转化为图形显示,并直接由打印机输出图形。使用此软件在速度较慢的IBM PC-XT型微机上,绘制1000个碱基的RNA分子二级结构图约用3分钟,绘制1500个碱基的RNA分子二级结构图约用3分钟。

深空通信Ka频段数传发射机的研究

针对我国今后深空探测任务的发展需求,提出了应用于深空通信的Ka频段数传发射机技术设计方案,给出了整机关键输出特性结果。采用一体化设计和数字化技术,Ka频段数传发射机实现了轻小型化和高效率。基于CCSDS(空间数据系统咨询委员会)的相关建议标准,信道编码采用级联纠错编码技术和低、中、高速率数传码分段对应选择PCM/BPSK/PM(脉冲编码调制/二相相移键控/调相)、NRZ/BPSK(非归零/二相相移键控)和SRRCQPSK(平方根升余弦-四相相移键控)的数据调制模式。Ka频段发射机采用KaSSPA(Ka频段固态功率放大器)实现了在31.84 GHz中心频率输出信号功率大于2.0 W,QPSK(四相相移键控)调制时支持最大码率2 Mbit/s。