低轨遥感卫星Ka频段星地数据传输效能研究

空间分辨率的大幅提高导致了低轨遥感卫星产生海量遥感数据,致使现有X频段星地数传通道压力急剧增加。针对此问题,文章分析了采用Ka频段进行星地海量数据传输的必要性。为了综合衡量数据传输性能,合理利用地面站资源,提出遥感卫星传输效能因子指标,依据此指标,对地面站的利用方案进行了优化设计。理论分析与仿真试验结果表明:采用Ka频段传输,在传输速率达到目前X频段最高速率3倍时,典型地面站的链路可用率达到95%以上,显著提高了数传系统的综合传输效能。

极化干扰对星地遥感数据传输影响分析

针对极化干扰对星地数据传输系统的影响,归纳影响极化干扰的主要因素,推导星地数据传输系统极化干扰的理论模型,仿真数据传输系统在不同的调制体制和信道编码方式下的误码率恶化情况,比较在相同程度的极化干扰下各体制传输性能试验结果,分析在不同的Eb/N0工作门限下,星地遥感数据传输系统所受极化干扰影响的规律。

大数据时代航天遥感系统的挑战和机遇

大数据在诸多热点领域开展了大量的研究工作,如信息通信领域的压缩感知理论、LDPC码、Turbo码、频分复用等调制技术及大气激光通信技术,海量数据存储领域的云存储技术和NoSQL数据库技术,高性能计算领域的MapReduce、FPGA和GPU计算技术,数据挖掘领域的关联规则法、分类法、聚类法及第四范式的科学思维,可视化展示领域的科学计算可视化、信息可视化和知识可视化。本文从星地数据传输、数据存储管理、数据预处理、数据分析应用、结果展示可视化等航天遥感系统的关键环节出发,分析了航天遥感系统的技术现状,探讨如何利用大数据研究方法解决航天遥感系统所面临的数据规模庞大、类型复杂、增长速度快等大数据难题,满足海量遥感数据的获取、存储、应用等需求,促进航天遥感科学技术的发展。

Ka频段双圆极化频率复用的星地数传链路分析

为进一步提高低轨遥感卫星数据的下传速率,文章采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,对Ka频段双圆极化频率复用(简称"极化复用")的雨衰和去极化效应进行了定量影响分析。分析结果表明:采用Ka频段同频极化复用具备可行性,通道传输速率达6Gbit/s,可有效解决海量数据的下传难题;但只有建立在干旱少雨的地面站(如喀什站),才能实现95%的链路可用率,而对降雨量中等的地面站(如北京站),则无法实现95%的链路可用率。

自适应盲均衡信道的设计与实现

针对星地高速遥感传输信道中客观存在的码间串扰、信道不确定性等情况,提出采用双模式自适应盲均衡方法,综合了CMA(Constant Modulus Agorithm,恒模算法)均衡器的高稳健性以及LMS(Least Mean Square,最小均方算法)均衡器的高精度等优势。方法在均衡初期,利用CMA均衡器实现快速收敛;在MSE(Mean Square Error,均方误差)较小时切换为LMS均衡器,完成高精度收敛,实现了星地高速传输信道失真信号的快速高精度校正。

交叉极化干扰消除技术研究

针对双极化频率复用系统中的交叉极化干扰问题,提出了全数字交叉极化干扰消除器的设计方案,研制了具有交叉极化干扰消除、解调功能的一体化工程样机。测试结果表明,该设备对交叉极化干扰的消除效果明显。

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。

频率偏置对Ka频段圆极化频率复用数传链路的影响

采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,仿真分析Ka频段双圆极化频率复用(简称"圆极化复用")链路可用情况随2个正交射频通道载波中心频率偏置量变化的关系,得出特定链路可用率下频率偏置量与临界接收仰角的定量关系。在此基础上,为了综合衡量频谱利用情况,提出有效频带利用率指标,并依据此指标对地面站的利用方案进行尝试性设计,以达到优化利用频谱资源的效果。研究结果表明:中心频率偏置量与有效频带利用率是对立统一体。增大中心频率偏置量,在特定链路可用率下可增长数传弧段,进而改善链路可用情况,但无法获取最大有效频带利用率。当载波中心频率偏置量为零时,通过选择合适的链路可用率可实现最大有效频带利用率。文章采用的分析方法和提出的有效频带利用率指标,可推广到其他频段的星地数传链路分析中,为Ka频段星地数传系统设计提供参考。

Approach for earth observation satellite real-time and playback data transmission scheduling

The scheduling of earth observation satellites(EOSs)data transmission is a complex combinatorial optimization problem. Current researches mainly deal with this problem on the assumption that the data transmission mode is fixed, either playback or real-time transmission. Considering the characteristic of the problem, a multi-satellite real-time and playback data transmission scheduling model is established and a novel algorithm based on quantum discrete particle swarm optimization(QDPSO)is proposed. Furthermore, we design the longest compatible transmission chain mutation operator to enhance the performance of the algorithm. Finally, some experiments are implemented to validate correctness and practicability of the proposed algorithm.