国际空间站测控通信系统研究

测控通信系统是国际空间站的重要组成部分,可靠的测控通信系统是确保空间站长期稳定在轨运行的基础。对国际空间站测控通信系统进行了较为深入的研究,介绍了国际空间站测控通信系统的组成,梳理了国际空间站中继S系统、中继Ku系统、空空通信系统的链路特性与工作方式,并总结归纳了国际空间站测控通信系统多手段备份、采用高性能编码等特点,以及对我国的启示,能够为我国测控通信系统的发展提供借鉴与参考。

航天测控中时空数据的可视化技术研究

多维时空数据的可视化是信息可视化领域一个深受关注的问题。首先分析了时空数据的构成要素和特点,在此基础上通过在空间模型中引入时间的概念,研究了基于事件的时空数据模型,并进一步提出了几种时空数据的可视化方法,包括基于空间时间线的方法、基于三维Z轴时间线的方法和将屏幕时间线与几何空间相关联的方法,最后进一步探讨了时空可视化方法在航天测控领域的应用。

基于协同进化的航天测控资源优化调度

航天测控资源调度是一个具有很强工程背景的复杂问题,针对其特点,研究了一种基于协同进化的优化调度算法。在描述问题并给出调度模型的基础上,基于协同进化的思想,设计了和问题特征结合的遗传算法编码,对算法的算子和进化策略进行了描述,给出了算法的完整流程。通过算例表明,该算法整体上优于先到先服务(first coming first serving,FCFS)算法、任务综合优先度(task synthesis priority,TSP)算法和简单遗传算法(simple genetic algorithm,SGA)。

一种组合调制的脉冲超宽带测控信号

将脉冲超宽带(IR-UWB)信号应用于航天测控领域,能够有效提高当前航天测控系统的隐蔽性、抗干扰性和测量性能,具有重要的现实意义。将DS-PAM(Direct Spread-Pulse Amplitude Modulation)调制、TH-PPM(Time Hopping-Pulse Position Modulation)调制的信号和PSM(Pulse Shape Modulation)调制技术组合起来,可构成一种新的组合调制的脉冲超宽带信号,即DS-PAM-TH-PPM-PSM-UWB(Direct Spread-Pulse Amplitude Modulation-Time Hopping-Pulse Position ModulationPulse Shape Modulation-Ultra Wideband)信号。利用对数正态阴影模型分析其传输性能,在单频干扰信号条件下分析其抗干扰性能,利用模糊函数分析其测量性能。仿真结果表明,相比于传统的DSPAM-UWB信号和TH-PPM-UWB信号,该组合信号具有良好的传输性能、抗干扰性能和测量性能,为脉冲超宽带信号应用于航天测控领域提供了更多的选择。

无人机测控系统的现状与发展趋势

概述了当前无人机测控系统在新形势下的军事需求,分析了国内外无人机测控数据链与指挥控制站发展现状及趋势,提出了我国无人机测控系统发展模式构想及未来发展思路,并归纳了相关关键技术。最后,建议应在合理规划的基础上,尽早开展相关专题预先研究,实现我国无人机测控系统技术的可持续发展。

基于XML的软件通用程序框架

航天测控设备管理存在分机多、分机之间的数据交互格式复杂、内容多变等特点,测控软件开发较为困难。针对这一难题,介绍了XML配置文件的格式,分析了测控设备软件接口的特点,提出了一种基于XML的可配置、易更新的通用测控程序框架,应用于测控设备软件开发,对软件的开发流程在效率和正确率方面有明显提高。

TDRSS接收机码分多址干扰抑制方案设计

为了在跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)中实现码分多址(CDMA)应用,需要完成多用户检测(MUD)及码分多址干扰(MAI)抑制。采用减性多级迭代对消算法,在数字信号处理芯片中完成信号再生、延时校正、时域相减对消,可以完成至少12通道的多用户检测,并能将多址干扰抑制至最小1 d B以内。该算法可作为通用MUD算法的有效补充,并能应用于各类非最优的CDMA系统中,具有迭代级数可选、通道扩展性强、工程实现性好的优点。

采用压缩感知的标准测控信号处理

针对测控通信信号接收端存在数据大量冗余的问题,利用标准测控信号在频域上的稀疏性,采用压缩感知的理论进行前期处理。分别考虑了只存在测距音、只存在遥测信号和两类信号都存在等三种条件下的信号处理问题。通过改变稀疏度的大小,可以在不影响解调性能的条件下,大幅度降低接收端所需要的采样率,并且达到消除系统中不需要的谐波的目的。仿真验证了方法的有效性,同时说明利用压缩感知技术,将为测控通信系统的射频直接采样和处理提供一种高效的方式。

卫星测控接收机相干自动增益控制设计与仿真

卫星测控通信系统中,由于通信距离远,目标动态范围大,造成接收信号的功率产生很大变化。为了保证接收机能够正常工作,有必要对接收信号进行自动增益控制(AGC)。传统的非相干AGC电路通过检测信号和噪声的总功率来控制增益,在低信噪比条件下不能使有用信号得到足够的放大。基于此,本文提出了采用相干功率检测的AGC设计方法,通过理论推导和仿真实验分析了相干AGC在低信噪比条件下为后续解调处理带来的改善。最后提出采用相干AGC与非相干AGC相结合的测控接收机结构以及相应的控制策略。经实际测试,接收机有效动态范围达到60 dB以上,证明本文所提出的方法是可行有效的。

用并行内插算法恢复宽带信号的定时信息

提出了一种卫星高速数传的定时恢复方法,以解决实现复杂、硬件依赖性强的问题。以固定采样钟为基础,利用误差信号对多路数据排序筛选,并行内插实现定时信息的恢复,支持GHz宽带变速率信号的同步。硬件仿真结果表明,该方法的解调损失不超过1 d B。采用该方法的高速接收机可工作在统一平台上,使卫星测控通信地面资源配置更加灵活。

相位噪声对测控通信系统数传性能的影响

数传已经成为测控通信系统中重要的组成部分,而影响数传解调性能的众多因素中,相位噪声是其中重要的一项。文章首先给出了相位噪声的理论分析模型,在此基础上分析了相位噪声对测控通信系统中几种典型调制方式的影响,并通过仿真对理论分析进行了验证,最后针对工程应用提出了相噪指标设计参考。

航天测控通信系统任务可靠性分配研究

阐述了航天测控通信系统的构成及其测控任务,在分析了航天测控通信系统任务可靠性分配基本理论和测控资源的可靠性指标的基础上,构建了航天测控通信系统任务可靠性分配模型。最后,设计了模型求解的粒子群优化算法思路和流程,并通过具体算例验证了任务可靠性分配算法的有效性和可行性。

深空天线组阵相关合成算法的Simulink仿真与分析

为对深空网天线组阵中几种相关合成算法进行分析比较,构建了一种新的Simulink仿真模型。将其应用于某测控站天线组阵试验数据,验证了模型的可行性。在此仿真模型下,对Simple、Sumple和Matrix-free算法进行了频标同源/频标不同源、弱信号/强信号、2/3/6个天线等组阵情况下的仿真分析。三种算法在频标同源情况下的合成效率均优于不同源的情况;强信号组阵情况下,三种算法的信噪比合成性能基本相当;Simple算法在6天线情况下,信噪比合成性能下降;Sumple算法在组阵的天线数目很少时,合成信噪比较低且不稳定,在天线数目较多时性能良好;Matrix-free算法性能稳健,合成效率始终大于95%。该Simulink仿真模型对于进行天线组阵信号相关算法的分析具有一定的价值。

基于故障树的航天测控系统故障诊断方法

航天测控设备种类结构复杂,长期以来主要依赖人工维护,缺乏通用有效的故障诊断方法。针对这一情况,在分析了测控系统故障诊断特点的基础之上,采用故障树分析法构建了面向航天测控系统的故障树模型,并阐述了建模方法和推理机设计原理及流程。最后,以航天测控系统故障诊断实例进行了方法验证。验证结果表明该方法效率高、可靠性好,可适用于目前大多数航天测控设备。

宽带直扩信号的随机解调压缩采样方法

为了有效解决扩频测控通信系统宽带化带来的高速采样压力和高数据率问题,提出了基于压缩感知的直扩信号随机解调压缩采样方法。通过对模拟信号压缩采样原理进行研究,深入分析和推导随机解调采样原理及其数学模型,提出了基于压缩感知的直扩信号采集系统构架,并对压缩比取值影响因素进行了分析;给出了随机解调压缩采样系统硬件实现方案,并对其可行性进行了分析;最后对所提出的直扩信号压缩采样方法的性能进行了仿真分析。仿真结果表明,压缩采样系统可以实现直扩信号的压缩采样处理,并能够高精度重构原信号,但重构信号的解调门限会随压缩比增大而相应提高,这是采样率降低所需付出的代价。压缩采样为宽带直扩测控通信系统提供了一种高效的模数转换和同步解调处理思路。

一种应用于深空通信的微弱信号捕获算法

针对低信噪比、高动态条件下深空测控通信信号捕获概率低以及复杂度较高的问题,首先分析了深空测控通信信号捕获的难点以及信号循环平稳特性,然后在此基础上提出了一种基于循环相关的新算法。计算机仿真结果证明新算法捕获门限达24 dBHz,适应频率动态达800 Hz/s;新算法较传统的捕获算法,在相同门限条件下的频率动态适应范围提升了约两个数量级。该方法已被应用于我国第一个深空测控站的建设,工作性能稳定可靠,有效地解决了低信噪比下深空站抑制载波信号的捕获问题。

测控系统电子信息综合对抗技术研究

测控系统是飞行器天地链路间的联系纽带,是战争双方空中、空间力量综合应用的关键环节,对飞行器作战效能的发挥起着至关重要的作用。测控对抗已经成为未来战争的重要作战样式。在发掘全球测控系统特性的基础上,分析总结了测控系统电子信息侦察与对抗的方法思路,提出了构建我国测控系统电子信息综合对抗系统的体系架构以及发展思路和建议。

飞行器地面测控系统中天线系统时延标定

针对地面测控系统中一些天线系统时延无法利用信标塔进行精确标定的缺点,提出了对天线系统时延进行分段计算和测量的标定方法,对标定精度进行了分析和计算,并分析了不同因素对天线系统时延变化的影响。工程实践证明该方法可行,天线系统时延标定精度优于0.1 ns。

混沌扩频测控系统码跟踪性能分析

混沌信号的非周期性有助于解决距离测量中的模糊问题,使得它在测控系统中具有巨大应用吸引力。混沌扩频测控系统的码跟踪抖动,除了来源于加性噪声影响之外,还受到数字化混沌序列相关函数旁瓣随机性的影响。根据码跟踪原理与混沌码特性,给出了混沌码相关函数旁瓣随机性影响下码跟踪环路鉴相增益随机性的计算方法,分析了混沌扩频测控系统的码跟踪性能。结果表明,混沌码相关函数随机性的存在,使码鉴相增益产生随机性,它与环路稳态误差的相互作用对跟踪精度产生有限影响。分析结果可以为混沌序列在扩频测控系统中的应用提供支持与参考。

适用于天基测控小范围视线角约束的运载火箭轨道优化设计

测控系统对运载火箭的约束是轨道优化设计的重要条件。随着卫星平台高度和宽度的增加,导致天基测控视线角约束越来越严苛。为保证发射大型卫星任务仍适用于天基测控,对运载火箭轨道进行优化设计,以运载能力最优为目标,迭代飞行程序角,满足天基测控小范围视线角约束条件,进而延长测控弧段。分析了运载火箭轨道优化设计对天基测控特性的改善作用。