禁飞区约束的CSTBC无人机中继通信系统航迹优化

中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统的链路传输可靠性具有重要影响。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出协作空时分组编码(CSTBC)无人机中继通信方案,并以链路中断概率最小化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法;理论分析给出系统遍历容量和分集增益;为保障中继无人机飞行安全,并获取信道的分集增益,提出无人机禁飞区规避方法。结果表明:协作空时分组编码无人机中继通信系统可充分获取信道的分集增益,改善无人机中继通信系统链路传输的可靠性。

低轨卫星L频段中继通信载荷技术研究

针对深远海和陆基间高速率实时数据通信需求,完成了一种应用于低轨卫星的高集成度、低成本、低功耗L频段中继通信载荷的设计和实现。该中继通信载荷将通信天线、射频前端、信号处理单元、电源变换单元和接口单元等集成化设计。接收前端采用有源相控阵天线设计,发射前端设计了GaN功率放大器以提高接收单元G/T值和发射单元等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power,EIRP)。信号处理单元集成了零中频接收结构和直接射频调制结构,可完成反向链路8Mb/s载荷数据接收解调及前向链路数据处理转发的功能。载荷单机和装星后的环境模拟测试以及星地通信回路模拟测试结果表明,装星载荷可实现L频段卫星通信。整机质量为12.87 kg,在工作温度-25℃~+55℃范围内,发射端功率放大器输出大于30 W时,最大功耗为91.2 W(3.04 A/30 V)。

系留升空中继通信系统的应用现状与发展趋势

系留升空中继通信系统具有持续工作时间长、组网部署速度快、通信稳定性高、环境适应能力强、通信距离远等特点,在军事通信、抢险救灾、应急处突等领域应用广泛。文章梳理国内外系留升空中继通信系统的应用现状,指出系留升空中继通信系统将在任务载荷类型多样、升空高度不断增加、通信安全能力不断增强、无线充电技术等方面取得重大进展。

系留升空中继通信系统关键技术研究

系留升空中继通信系统可有效解决传统无人机面临的电池续航、飞丢和“炸机”等问题,能不限时地在空中悬停,高效地完成应急和中继通信等任务。文章归纳系留升空中继通信系统的四大关键技术(电气技术、动力技术、飞控与导航技术以及通信技术等),分析每类关键技术的构成要素、主要功能和工作原理。

基于改进ADC模型的系留升空中继通信系统作战效能评估

科学评估系统和装备的作战效能,对合理使用系统和装备、充分发挥系统和装备作战能力有着重要的实践意义和指导作用。文章分析系留升空中继通信系统作战效能的影响因素,构建包括可用性、可信性、信息通信保障能力和战场环境因子在内的改进ADC评估模型,最后通过实例评估验证改进ADC模型的可行性。评估结果表明,通过增加战场环境因子,系留升空中继通信系统作战效能评估更加贴近实战。

基于DoDAF%%2.02的系留升空中继通信系统需求分析

随着技术的快速发展和标准的持续完善,系留升空中继通信系统的优势日益凸显,其应用领域越来越广,行业发展前景看好,对其业务需求和基本能力进行分析迫在眉睫。作为美国国防部体系结构框架发展的最新版本,DoDAF(美国国防部体系结构框架)2.02可为系留升空中继通信系统生存周期的各环节提供指导。文章介绍DoDAF%2.02版本的主要内容,选择全景视点、能力视点、系统视点和标准视点,构建系留升空中继通信系统的体系结构框架模型,为系统的组织运用奠定坚实的基础。

兼顾公平与效率的无人机应急中继通信选址优化问题

为提高应急救援中无人机应急中继通信资源配置的公平与效率,在考虑无人机中继通信覆盖范围限制、各受灾用户集群点分布情况、受灾群众公平性感知的基础上,构建以最大化系统吞吐量为效率目标、最小化受灾群众公平损失值为公平目标的无人机应急中继通信选址多目标0-1非线性整数规划模型,采用基于k-means的模拟退火算法对其进行求解,并以实际案例为背景构造算例,验证本文提出模型和算法的可行性与有效性,并进行多目标分析及参数敏感性分析。研究结果表明:本文提出的模型和算法能在较短时间得到无人机应急中继通信选址方案,保证所有受灾用户集群点获得通信中继;同时,确定最佳无人机设备数量,验证公平目标与效率目标存在悖反关系。

中继通信舰艇编队协同通信技术研究

海上舰艇编队作战中,通信畅通是战争胜利的可靠保证,但受限于硬件条件和功率限制,不能无限增加通信链路,通信网络一旦受到敌方靶向干扰,很容易造成通信中断,影响战场态势。通过对目前常用的几种通信组网模式的研究,提出一种适时中继的通信模型。该组网模式在不改变原通信指挥关系的情况下,较好地解决了低信噪比条件下的编队协同通信问题,一定程度上实现了通信抗干扰。通过仿真分析,验证了该方法较星型连接在低信噪比条件下的信道容量阈值有2dB的提升,系统中断概率也进一步降低。

基于无人机中继通信的清障机器设计

随着无人机设备的量产与无线通信技术的发展,无人机通信技术成为研究的热点。无人机的机动性较强,可以实现大规模的部署,而中继节点具有增强网络频谱效率的优势,可以有效提升移动通信网络的应急能力。在无人机与中继通信的联合下,文章针对当前水面环境的清理与保护问题,设计了一款基于无人机中继通信的水面清障机器船,所有的清理工作均通过清障机器船完成。船体与无人机的有效结合,综合了无人机中继通信技术,实现了水面垃圾清理一体化。

蜂窝网络中D2D中继通信的信道分配算法研究

D2D(Device-to-Device)通信技术通过复用蜂窝用户的信道资源,可以有效提高系统吞吐量。然而,D2D链路对在复用信道资源时,会导致用户间的同频干扰问题。因此,为解决D2D用户、基站、蜂窝用户三者之间的干扰问题,提出一种基于双距离机制的改进信道分配算法,为D2D对分配合适的信道资源。再根据信道分配结果,为每个D2D对选择合适的空闲用户作为中继,实现D2D中继通信。仿真结果表明,该算法能够有效提高通信系统的吞吐量。

基于无人机中继通信的清障机器设计

近年来,无人机技术日益成熟,其因卓越的悬停飞行性能被广泛应用于很多行业和领域。目前人工巡检及清障的方式需要投入大量物力与人力,在此背景下,将无人机先进通信技术融入清障机器能有效提高清障作业的效率和质量。本文对无人机中继通信的清障机器设计出一种能自主越障、巡视及清障的多功能机器人。该清障机器结构简单,能有效识别大多数障碍物,可以直接清除小型障碍物,及时向巡视人员汇报大型障碍物的位置信息,具有较好的清障效果,不仅能节省大量时间、经费成本,还能有效提高巡检的质量和效率。

基于无人机平台的中继通信系统设计

基于无人机平台的无线中继通信网络是解决复杂环境下可靠通信的有效手段,它能够快速、机动地构建局部区域的宽带通信网络,具有不受环境限制、部署灵活、覆盖范围大、生存能力强、支持宽带多媒体业务、能与现有通信指挥调度系统远程互通等特征,同时具有很好的伸缩性,能够满足不同种类、不同规模民用应急通信需求[1]。随着通信技术的迅速发展,各行各业对通信的需求也越来越高,特别是无线通信,中国在通信普及上走在世界的前列。

系留式无人机中继通信系统在地震应急现场的应用试验研究

在地震现场应急通信中,为满足无线图传系统等通信设备在复杂地形进行大范围和远距离通信作业的需求,提出利用系留式无人机中继通信系统保障无线电(超短波)的远距离传输。目前,对该系统的研究还处于理论分析和试验阶段,尚未在地震应急中得到大范围的推广应用。本研究利用多次试验的数据,分析验证系留式无人机供电系统的可行性及实用性,定量计算中继通信系统的升空效益,并形成一套完整的、可操作性强的系统实施方案。在城区、郊区以及起伏较低的山地、丘陵等地区,实现了移动图传系统在距离通信车5—10km范围内稳定、实时、快速的数据传输。

中继通信技术在无人机应急测绘保障中的应用

近年来,无人机以机动灵活、快速高效的优势,在灾情侦查、灾害调查和灾后重建等应急测绘保障工作中发挥了重要作用,已成为国家航空应急救援体系的组成部分之一。但通信距离短、通信方式单一、地形环境影响大等因素已严重限制无人机在高山区、远距离作业任务等复杂条件下的应急测绘保障应用。本文以提高无人机应急测绘保障能力为核心,研究了一种结合中继通信技术的无人机远距离操控技术。通过开展无线电通信、卫星通信及移动网络通信等多种中继通信方式研究、集成与应用,实现复杂地形环境下的无人机远距离安全操控和灾情地理信息数据快速获取,能够有效提升应急测绘与防灾减灾能力。

双向中继通信中的联合正交物理层网络编码

为了改善物理层网络编码(PNC)在非对称双向中继通信系统中误比特率(BER)性能,提出了一种新的PNC方案,称为联合正交物理层网络编码(COPNC).方案中2个源节点采用正交载波发送信息,中继节点对信息进行正交综合后广播到2个目的节点.理论分析与仿真结果表明,当双向中继通信系统信道条件非对称时,COPNC方案可以改善PNC的误比特率性能.特别是当2个上行信道的信噪比(SNR)不同时,COPNC方案的误比特率比PNC降低了约3dB.因此,COPNC特别适合应用于上行信道非对称的双向中继通信系统.

基于能效和时延的多跳中继通信系统功率控制算法

在多跳中继通信系统中,以能效为优化对象的功率控制算法可以保证功率的有效性,但可能无法满足多跳通信传输时延的要求。为此,文中分析了中继节点发射功率对系统能效和传输时延的影响,提出以能效和传输时延为优化对象的多目标优化功率控制算法。以多跳通信系统节点的发射功率为变量,导出了中继通信系统的能效和传输时延表达式。在此基础上构建了基于系统能效和时延的多目标优化函数及其优化算法。该算法将个体间的线性距离作为拥挤度对个体进行评价,选择较好的父代个体,通过交叉和变异产生新的子代种群,保证了种群后代的多样性,提高了算法的优化精度。仿真结果表明,提出的改进算法能较好地同时满足多跳中继通信能效和时延的要求,可以保证在能效较大的情况下,降低系统的传输时延。

“天问一号”火星探测器UHF频段中继通信系统设计

“天问一号”火星探测器超高频(Ultra high frequency,UHF)频段中继通信系统作为中国首次火星探测任务实现的重要组成部分,负责为着陆巡视器与环绕器之间在火星进入、下降、着陆阶段(Entry,descent and landing,EDL)与火面巡视阶段提供高效可靠的通信服务。本文对中国火星探测器UHF频段中继通信方案进行了介绍,给出中继通信系统的组成、技术指标及链路设计方法,并对在轨飞行试验数据进行了分析。结果表明,全新研制的“天问一号”探测器UHF频段中继通信系统圆满完成了任务目标,其设计、实现和应用为后续中国深空中继通信系统研制提供了技术参考。

一种采用空时网络编码的多向中继通信方案

针对多用户中继通信网络在单天线场景下多源信息交互效率较低的问题,提出了一种采用空时网络编码(STNC)的多向中继通信方案。由于STNC编码向量具备可识别条件,能够将多个用户的调制信号合并为一个高阶调制信号,且合并前后的信号一一对应,因此该方案可利用STNC编码向量和预均衡技术来区分N(N>3)个用户的信息,能够保证用户在多周期传输方案中获得满分集增益。当系统结构对称时,该方案在系统总发射功率相等的情况下,可平均分配中继和用户之间的功率,使系统误符号率(SER)性能最优。此外,推导了该通信方案的平均吞吐量,指出其系统自由度是传统的单向中继(OWR)方案的N/(N-1)倍。实验结果表明:该方案能够获得满分集增益,与传统的双向中继方案相比显著提高了系统在衰落信道中的误码性能;当N为4和6时,在高信噪比条件下,该方案的平均吞吐量相对OWR方案分别提高了33%和20%。

无人机级联中继通信航迹规划方法

无人机级联中继通信是解决远距离无线通信的一种重要技术手段。针对用户节点运动情况下的点对点无人机级联中继通信系统中的最佳航迹规划问题,提出基于通信链路遍历容量最大化准则的级联无人机航迹联合优化方法与分步优化方法,在FM-EM算法的基础上,研究了无人机级联中继通信系统中断概率的计算方法。实验结果表明:级联无人机航迹联合优化方法与分步优化方法性能基本一致,最大转弯角有利于提升系统的中断性能。

基于浮空平台的星地激光中继通信系统设计

针对星地激光通信受大气环境影响较大,无法全天候工作的难题,可考虑在18~22 km的平流层高度部署星地激光中继通信系统。其中卫星与平流层中继系统间采用激光通信,平流层中继系统与地面间采用大容量毫米波通信,基本消除大气环境(云、雨、雾、大气湍流等)对激光通信的影响,提高星地激光馈电链路可用度。受限于平流层平台成熟度不足,需首先开展基于成熟浮空平台的星地激光中继通信系统研究,先期对缓慢移动浮空平台搭载激光通信载荷与卫星间链路对准,激光通信载荷在浮空平台顶部柔性表面安装可行性等关键技术进行验证,为后续在平流层高度部署临近空间信息网络提供技术支撑。