基于决策性能评估的多波束低地球轨道卫星网络资源分配算法

为了解决多波束低地球轨道(LEO)卫星波束间同频干扰、频谱短缺、业务量分布不均等问题,针对单一决策网络缺乏自我修正能力、容易陷入局部最优解、无法充分考虑长期影响等弊端,提出了一种基于决策性能评估的资源分配算法。该算法引入不同用户的业务满足指数来衡量系统的公平性,在考虑公平性的前提下优化系统的吞吐量性能,并将该优化问题建模为多目标优化问题。将具有时间相关性的连续资源分配过程建模为马尔可夫过程,提出基于决策性能评估的网络资源分配算法来解决该问题。所提算法可以根据评估网络的评估结果调整决策网络参数,从而优化资源分配方案,同时更新评估网络自身参数。通过迭代优化的方式,实现决策网络的准确预测。仿真结果表明,所提算法在吞吐量性能和公平性方面优于传统资源分配算法。

卫星编队流调度的门控对齐策略研究

针对时间敏感网络(TSN)门控调度对相邻节点同步精度要求高,星间无线链路时延波动引起相邻节点门控开启出现偏差,导致业务流在多个卫星节点的调度不一致问题,提出了一种面向卫星编队流调度的门控对齐策略。首先,分析卫星编队中影响门控调度的因素,对业务流在端口的调度时间约束进行建模,并构建门控on/off列表模型;其次,设计在线滚动灰色预测算法对节点间链路时延进行预测,基于预测结果对相邻节点的门控列表偏差进行动态修正,确保多节点门控调度的一致性;最后,基于STK和EXata搭建卫星编队软件仿真场景,同时在现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台上实现门控对齐策略。实验结果表明,所提策略能保障卫星编队中时敏业务流经过5跳卫星节点传输后时延为3782~3848μs、抖动稳定在30μs,比现有方案提升了20%。

服务天基感知业务的卫星互联网模拟验证系统设计与分析

提出具有遥感、星间星地组网、星载边缘计算功能的低轨卫星与地面云计算中心和天基、临近空间、空中、陆地、海面等各类型终端构成的卫星互联网总体架构,给出包括资源层、虚拟化层、服务层、服务管理层及应用层在内的星载边缘计算功能架构。针对星载计算能力有限、天基网络拓扑高动态等典型特征,在提出星载边缘计算模拟验证系统构建方法的基础上,设计服务天基感知业务的卫星互联网模拟验证系统,开展天基感知信息处理分发试验,并根据不同信息处理与分发方式对网络资源占用和用户服务时延的对比,分析不同能力条件下卫星互联网对天基感知业务服务的能力水平。

一种改进的基于惯导运动补偿的实时成像方法

合成孔径雷达(SAR)作为一种主动式的对地微波遥感技术,具有全天候、全天时和远距离的特点。通过发射大带宽信号,获得距离向的高分辨。通过平台相对静止场景的运动形成合成孔径,获得方位向的高分辨,SAR平台的运动是成像的基本条件。对于机载SAR,由于载机在大气中飞行时受到大气湍流等因素的影响,不可能保持理想的运动状态,必然会产生运动误差,运动误差会导致相位误差和包络移动,从而导致图像散焦等问题。如何对SAR进行运动补偿是实现成像的关键。基于惯导数据的运动补偿是实现高分辨成像的重要手段之一。根据惯导数据的特点,结合卡尔曼滤波原理和SAR成像的几何模型,提出了一种基于卡尔曼滤波的惯导数据滤波和重采样方法。该方法可以有效剔除运动参数野值,精确地获得雷达平台的运动参数。文中所提出的运动补偿方法能和SAR成像算法很好的结合,实测数据的成像结果验证了该方法的准确性和有效性。

最大SNR准则的共形阵列波束合成方法

相控阵波束合成的最终目的是提高接收信号的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR),但是由于共形阵阵面是弯曲的,各个阵元具有不同的接收SNR,把所有阵元移相后直接进行波束合成并不能保证获得最大SNR。在考虑单元方向图影响情况下,通过对共形相控阵天线接收SNR解析表示,采用迭代方式对阵元是否接入波束合成进行判断,确保了天线具有最大SNR输出。计算机仿真证实了阵元选择方法的正确性。

基于改进天牛须群落的卫星光网络路由算法

针对当前卫星光网络路由算法波长利用率低,通信成功率低,导致路由效率低下的问题,提出一种改进天牛须群落的卫星光网络路由算法(BS-ACRWA)。该方法使用波长矩阵乘的形式生成与当前卫星节点相邻节点的波长冲突度,求得最大公有波长数,同时考虑时延和卫星节点负载状态构建约束优化模型,降低无效路由的次数。在路由阶段对天牛须群落算法进行改进,引入蚁群算法信息素机制,在搜索方向上充分考虑卫星之间链路有限的特性,对搜索方向进行更新,提高算法效率。仿真结果表明:与SARWA算法、CL-ACRWA算法和Dijkstra算法相比,BS-ACRWA算法将波长利用率提高了0.05、0.11、0.23,同时在平均时延、丢包率、阻塞率、路由成功率等方面具有更好的性能。

卫星通信与5G融合的网络架构设计与优化

当前,卫星通信与5G技术应用日益广泛。文章深入探讨了二者间的融合发展情况及其在通信卫星、互联网卫星和5G网络架构设计中的应用,并进一步研究了融合中关键的体系架构优化、空口波形优化、频谱共享优化和网络控制优化等技术,以为促进我国卫星通信技术和5G技术的优化发展、提高整体通信领域的水平提供参考。

面向用户需求的低轨卫星资源分配算法

低轨(LEO)卫星多波束通信场景下,传统固定资源分配算法无法满足不同用户对信道容量的差异需求。以适应用户需求分配为主要目标,建立联合信道分配、带宽分配和功率分配的最小供需差优化模型,并引入图样分割多址接入技术(PDMA)提升信道资源的利用率。针对该模型的非凸特性,通过Q-learning算法学习资源分配最优策略为每个用户分配适合的信道容量,并引入奖励阈值进一步改进算法,加快算法的收敛,且使算法达到收敛时供需差异更小。仿真结果表明,改进后的算法收敛速度约是改进前的3.33倍:改进算法能满足更大的用户需求,比改进前Qlearning算法提升14%,是传统固定算法的2.14倍。

基于改进广义正交匹配追踪的低地球轨道卫星MIMO-OTFS系统的信道估计方法

针对基于多输入多输出(MIMO)技术和正交时频空间(OTFS)调制的低地球轨道卫星系统的复杂性带来的信道估计困难问题,提出一种基于改进广义正交匹配追踪(GOMP)的信道估计方法。根据单输入单输出(SISO)-OTFS系统的输入输出关系和低地球轨道卫星信道的传播特性,建立一种基于MIMO-OTFS的低地球轨道卫星信道模型,并将系统的信道估计问题转化为稀疏信号的恢复问题。考虑到传统的GOMP算法存在对稀疏度的过度依赖和对稀疏信号的重构精度差等问题,所提方法结合了分段弱正交匹配追踪(SWOMP)的弱选择思想和广义Jaccard系数的相似性准则,以快速准确地重建稀疏信号。仿真结果表明,当天线数为16且导频开销比为0.5时,与正交匹配追踪(OMP)算法相比,所提方法的归一化均方误差(NMSE)降低了约2.5 dB,误码率(BER)降低了约5 dB。

面向地月空间开发的频率轨道国际规则与申报使用态势

地月空间频率轨道等战略资源的开发与利用已成为主要航天大国间角力的焦点,但以地球为中心的国际规则体系无法满足日益增长的地月空间频率轨道使用需求。国际政策法规的模糊性加剧了资源的竞争态势,造成航天器之间潜在的频率干扰风险,国际规则制定正处于非常关键的机遇期、窗口期。针对国际政策与地月空间开发需求不匹配的问题,对地月空间频率轨道资源申报与使用的国际规则现状进行了研究,给出国际电联、空间频率协调工作组等政府间或非政府间组织关于地月空间活动频率使用的现行规定。以美国阿尔忒弥斯探月计划为例,分析了典型探月系统实践过程中对国际频轨政策法规的合规情况。此外,详细分析了全球探月系统频率轨道资源的申报与使用特点及未来发展态势。最后,结合国际月球科研站与载人登月的建设目标,提出了现行规则下合规申报与高价值资源论证储备策略,以及与工程建设相匹配的资源国际合作建议。

LEO卫星系统对GSO卫星系统干扰规避技术研究

近年,低地轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星星座繁荣发展,LEO卫星系统和地球静止轨道(Geosynchronous Orbit,GSO)卫星系统同频共用情况非常普遍,同频段内LEO卫星系统需要规避GSO卫星系统的上下行干扰。LEO卫星系统对GSO卫星系统干扰规避方法和策略包含调整指向、更改频率、降低功率和关闭波束。在对系统干扰规避模式及干扰区域情况进行仿真基础上,结合LEO卫星系统特点,提出经过规避区域时切换信关站或者馈电链路关闭下行波束的方案。用户链路结合相控阵天线特点,信令波束通过上注星载相控阵天线波位表实现干扰规避;业务波束通过上注干扰规避区域对应的地面网格编码实现干扰规避,提出不同链路干扰规避实施方案和实现流程。

导频辅助的突发信号多普勒频偏及变化率联合估计

为了提升高动态突发卫星通信系统多普勒参数估计精度及运算效率,提出了一种基于数据辅助的多普勒频偏及变化率联合估计算法。首先,优化了突发传输帧结构并建立了信号模型;接着,利用导频信号的延迟自相关特性,通过一次离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)完成多普勒变化率的快速估计和补偿,实现多普勒变化率动态压缩;最后,利用改进的最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation,MLE)离散化实现算法,通过在有限数量多普勒变化率取值上的最大似然值搜索计算,得到最终的多普勒频偏及变化率精确估计值。相较于帧头-帧尾导频估计算法,所提算法的估计性能提高7 dB以上,运算量下降30%。相较于传统MLE离散化实现算法,所提算法的估计性能与之相当,运算量下降99.8%,可为卫星通信系统实现更好的性能与复杂度平衡提供设计参考。

AOS中基于最优帧长的链路自适应联合优化方法

针对AOS中数据传输误码率高的问题,导致系统吞吐量低的问题,提出基于最优帧长的链路自适应联合优化方法。该方法以系统吞吐量最大化为目标,联合可变帧长,自适应编码调制和混合自动重传请求技术进行优化,根据信道状态信息分配下一帧传输最佳的帧长和编码调制方式,并对出错数据进行纠错和重传,最终提升系统吞吐量。仿真验证表明,与AMC-HARQ和AMC-ARQ方法相比,该方法在保证系统误帧率的同时,提高了系统的吞吐量。

智能化带宽调整系统的研究与实现

通过分析岸船通信卫通链路数据传输的特点,设计了一套基于智能化的动态带宽调整系统。该系统通过制定相应的服务策略,保证了卫通链路各类业务的高质量传输;系统通过智能化带宽调整,提高了卫通链路的数据传输带宽使用效率。

一种适用于卫星通信的自适应窄带干扰抑制方法

针对卫星通信系统中的抗干扰问题,提出一种能够根据干扰变化自适应调整策略的干扰抑制方法。该方法通过子带分割、按功率排序、依次陷波等方式进行陷波,然后对比陷波前后信号信噪比的增益,从而确定信噪比增益最大时所对应的子带陷波个数,最终得到信噪比增益最高也即性能最优的陷波方式。该方法不需要预先进行干扰检测,也不需要寻找和设置门限阈值,就可以对多种类型干扰进行自适应陷波,从而达到有效抑制包含单音、窄带、梳状或部分频带等不同干扰的目的,能够显著改善链路的通信性能,提高通信系统的抗干扰能力。

卫星通信与5G融合下的移动协议栈适配性研究

卫星通信和5G技术的融合在移动通信领域是一个热门的研究方向。因为卫星通信和5G技术在协议栈结构、接口规范2个方面存在差异,所以要实现2种技术的融合首先要解决两者之间适配性问题。为了解决这个问题,文章提出以下3种策略:优化协议栈的结构、规范协议栈的接口以及进行协议栈的适配性测试和检查,可为移动通信行业的探索与实践提供有价值的借鉴,推动卫星通信和5G技术的融合发展。

卫星通信干扰信号识别技术研究现状及展望

随着通信技术的发展,卫星通信系统面临着日益严重的干扰问题以及干扰识别技术的挑战。针对这一现状,介绍了常见的卫星干扰信号样式及卫星干扰信号的发展趋势,分别从基于特征提取的干扰识别方法、传统机器学习方法以及深度学习方法3个方面介绍了卫星干扰信号分类识别技术的研究现状,分析了其各自的优势与不足。最后对未来卫星干扰信号分类识别技术进行了展望。

基于MVDR算法的卫星通信地球站面天线组阵抗干扰仿真研究

现代战争中,大量指挥控制和情报信息通过卫星传输,卫星通信地球站的抗干扰能力是保证信息通畅的基础。针对多个小型地球站受干扰无法通信的情况,提出基于面天线阵列的最小方差无失真响应(MVDR)算法。首先分析卫星通信地球站天线要素,给出面天线的增益表达式,建立面天线阵列接收信号的数学模型;然后研究MVDR改进算法波束形成机理,推导出反射面天线阵列输出信干噪比和最优权矢量的算式,分析均匀线阵在部分角度抗干扰效果不佳的原因,并针对该问题提出一种阵列布设逼近最小冗余阵且阵元位置互质的线性阵列;最后通过多组仿真实验验证所提算法对于提升阵列抗干扰性能的有效性。仿真结果表明,所提算法可提高面天线阵列的卫星方向增益、增大阵列的输出信干噪比、有效抑制卫星通信下行链路干扰。

卫星VSAT在无人艇平台上的组网应用

由于小型无人水面艇在测绘、渔政、部队等多个领域应用的兴起,如何开展远程超视距信息链路构建逐步成为热点,甚小口径卫星终端站(VSAT)的组网应用成为小型无人水面舰艇信息控制接入的一种有效且必要手段。为更好推动卫星VSAT组网技术在无人装备上的应用,结合卫星VSAT通信系统的特点,针对其主要接入方式、编码方式和链路预算等内容,结合海上实际应用案例对组网应用需要考虑的主要条件进行了详细分析,可用于卫星VSAT在海上平台上的部署和组网指导。

低轨卫星物联网下NB⁃IoT时延功耗研究

【目的】在低轨(LEO)卫星物联网(IoT)场景下,广域覆盖范围内窄带物联网(NB⁃IoT)体制终端因为业务场景不同造成时延功耗需求也不相同。然而,地面NB⁃IoT体制终端业务场景单一,采用固定式工作状态定时器参数配置方法,无法满足LEO卫星IoT大尺度地理范围内多场景终端时延功耗的不同需求。【方法】针对LEO卫星IoT广覆盖特性,文章基于简化后随机接入交互流程终端工作状态切换的马尔科夫链模型,提出了以系统下行延迟和终端功耗作为非支配排序遗传算法(NS⁃GA⁃Ⅱ)的目标函数得到多场景帕累托前沿最优解集的方法,进一步从帕累托前沿中选择满足不同场景时延功耗需求的工作状态定时器参数在线配置终端。【结果】仿真结果表明,文章提出的多目标优化方法对工作状态定时器参数进行全局寻优,克服了穷举法等传统方法可能陷入局部最优的不足,并验证了简化随机接入交互流程可以有效降低终端时延功耗。【结论】文章所提多目标优化方法可以得到终端在LEO卫星IoT多场景下的工作状态定时器参数。