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。     

深空通信中基于FFT的高动态扩频信号的捕获

在深空通信中，航天器的高动态性使扩频信号引入了高Doppler频移，给捕获造成了巨大困难。针对如此之大的Doppler频移，提出了一种新的捕获方案，即基于FFT算法实现对Doppler频移进行一定程度的补偿，将沿码相位一Doppler频率的二维搜索简化为沿码相位的一维搜索；重点分析了深空通信环境中高速长PN码的捕获性能。理论分析和仿真结果表明，该方法大大缩短了捕获时间，是一种性能优良的伪码捕获方法。     

深空微波激光通信一体化技术现状及关键技术

深空飞行平台促进了深空微波激光通信一体化技术的快速发展,但受空间搭载条件的限制,深空飞行平台对通信载荷的集成化和综合化的需求愈加明显。综述了国内外深空微波激光通信一体化技术的发展现状,分析了深空微波激光通信一体化技术涉及的主要关键问题,指出了微波激光通信一体化技术的发展趋势。     

深空激光扩频通信测距一体化技术（特邀）

在深空探测中,以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波,激光光束发散角小,能量更为集中,可达更远的传输距离,以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统,提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法,并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建,是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明,对于静态目标,测距偏差不超过0.55 mm,测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标,测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外,扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步,可以提高实时性。     

深空长时延条件下测控系统捕获应急处置方法

针对火星探测任务中测控距离远、信号传输时延长、测控通信链路中断后重建双向链路时间开销大的问题,分析了近地捕获与深空捕获的流程,提出了满足快速发令需求的应急处置捕获流程。结合深空航天器捕获流程中上行与下行信号处理解耦合的特点,提出上行捕获流程完成即可发送遥控指令进行应急处置,大幅缩短了处置用时。以深空测控设备实际工作中常见的发射机速调管故障为案例,对长时延条件下的测控系统捕获应急处置方法进行了模拟测试,并在首次火星探测任务中成功应用。此案例可作为火星探测等深空任务中测控链路异常故障处置时各单位协同工作的参考。     

深空通信中容迟容断网络协议体系应用研究

针对深空通信面临的各种问题,对当前深空通信中常用的三种网络协议体系进行了简要介绍,并在此基础上对比三者优缺点,提出其各自的适应场景;阐述了未来深空通信网络面临的困难与挑战;剖析容迟容断网络体系架构,并介绍了DTN网络应用研究进展;列举深空通信网络DTN协议体系中的关键技术,例举在深空环境中使用DTN协议体系进行通信时面临的诸多问题,并展望未来深空通信中DTN的应用前景。     

高速脉冲位置调制对SNSPD探测光子计数特性影响（特邀）

激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制（PPM）提升通信能量效率,并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中,超导纳米线单光子探测器（SNSPD）被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖动特性,以及高速脉冲信号的拖尾现象,对基于PPM-SNSPD调制探测方式的深空激光通信产生的影响,并计算了SNSPD在该体系下的光子计数特性。基于分析,提出一种偏移补偿保护时隙PPM符号同步算法。相较普通的保护时隙同步算法,所提算法能有效减少PPM-SNSPD体系下的同步误差,提升系统误码率。     

基于非齐次泊松过程的深空骨干节点流量分析

在深空探测及通信中,由于通信距离及复杂深空环境的影响,使得通信难度较大,通信质量难以得到保证,组建深空通信网络是解决相关问题的有效途径。而深空骨干网作为深空通信网络的重要组成部分,其组成节点承担了较为繁重的数据转发服务请求,因此,对骨干网节点进行业务量分布分析是保证整个深空通信网络服务质量(QoS)及通信能力的前提。在假设服务请求到达率不为常数的情况下分析了深空骨干网节点的服务请求到达特点,得到了服务请求时间间隔低于限定时间的概率及某时间段内请求数量少于设定阈值的概率。为深空节点业务流量合理分配提供了一定依据,为深空通信数据路由选择提供了指导,即可避免节点拥塞,提升节点QoS提供能力,为深空通信网络路由及通信质量保证提供了较为直观的参考依据。     

深空通信特点与关键技术分析

在讨论深空通信相关基本概念的基础上,对深空通信的特点进行了分析,并对适应于这些特点所涉及的关键技术进行了研究。着重阐述了阵列天线技术、高效调制解调技术、信道编码和传输层协议技术、信源编码和数据压缩技术、通信协议等技术的相关内容。研究认为,深空通信对我国航天事业的发展有着关键作用,将是今后通信技术的一个热点研究领域,并有可能带来新的技术上的突破。     

深空测控系统测距信号体制分析

深空测控通信中,接收信号微弱,信号时延巨大,使得深空测控与地球轨道航天器的测控有很大差异,选择合理的测距信号体制,对深空测控系统具有极其重要的意义。在对NASA及ESA的几种测距信号体制进行介绍的基础上,分析比较了几种深空系统测距信号体制,并对深空测控系统测距信号体制提出初步想法。     

深空通信中功率放大器线性化技术研究

深空通信为了得到高的放大效率,需要使功放运行点在饱和状态,由此产生的功率放大器的非线性,使信号产生了失真,预失真是抵抗信号失真的重要方法。文中根据陆地端发射放大器和空间功率放大器的不同,采用了不同的预失真方式,即分别采用信号预失真和数据预失真,对二者性能进行比较分析。最后得出结论,在不同场景下应该使用的相应的预失真技术。     

Turbo码在深空通信中应用

Turbo码具有逼近Shannon容量限的优异性能,介绍了应用于深空通信的Turbo码编码方案和相应的译码算法,并给出了采用修正Max-Log-Map译码算法的深空CCSDS标准Turbo码的软件仿真性能和硬件系统实测性能。通过计算机仿真和硬件实测结果表明,采用该修正Max-Log-Map译码算法的Turbo码译码器易于硬件实现,同时Turbo码仿真性能和实际性能一致,适用于实际工程应用。     

深空通信中极低码率编码技术研究

针对深空通信极低信噪比环境下,通信距离大,信号衰减大等特点,阐述了深空通信对低码率码字的需求。介绍低码率码字的发展情况后,引入GLDPC码,分析了LDPC码和Hadamard码进行级联时存在的度为1的节点问题。将LDPC-Hadamard级联码进行优化,对优化后的LDPC-Hadamard码进行仿真。结果表明,极低信噪比下,低码率LDPC-Hadamard码性能较好,一定程度上能够满足深空通信等恶劣信噪环境下的需求。     

基于集群的深空测控系统设计策略

针对目前航天领域对深空探测系统的任务需求,利用集群技术适用于大数据量和并行计算处理的特点,提出了一种基于集群的深空测控系统的设计和实现策略,介绍了系统的架构和主要工作流程,并着重从系统平台选取、相关并行处理模型和预处理方法等方面对系统数据中心的设计策略进行了详细描述。对系统的主要功能和计算能力进行了说明,并结合系统的精度测试数据,对系统的性能进行了分析和总结。     

深空通信中的调制技术

阐述了深空通信中调制技术所存在的问题和当前的解决办法,介绍了国内外采用的几种调制技术,并对其性能进行了分析和比较,主要是功率谱密度的比较.最后提出了当前的研究重点.     

基于深空通信的级联码译码器实现

利用现场可编程门阵列（FPGA,Field Programmable Gate Array）实现了一种基于深空通信的级联码结构。该级联码包括内码和外码,内码是基于全并行的软判决Viterbi译码器结构,用来纠正随机错误,结合帧同步技术完成解交织,然后进行外码里德-所罗门码（RS codes,Reed-solomon codes）译码,纠正突发错误,实现级联码译码。通过实际硬件测试,在满足系统误码率要求的前提下,使用该级联码译码器能够降低发射功率或减少天线尺寸,对降低系统成本及提高系统性能具有非常重要的作用。     

Turbo码随机性交织器设计

深空测控中为获得较高的编码增益需要用到信道编译码技术。Turbo码是一种逼近香农限的高性能的信道编译码,其中,交织器的设计是影响Turbo码性能的关键因素之一。论述了交织器设计的基本准则,并详细介绍了3种常见的随机性交织器:伪随机交织器、S随机交织器和S改进型交织器的交织原理,对比分析了3种交织器的优缺点并给出了仿真结果。结果表明,交织器生成方式的不同将带来不同的Turbo码译码性能。     

Deep-space optical communications

A major problem in deep-space communication systems is that of obtaining high data rates (of the order of 107 bits per second). This article proposes some design concepts that indicate the probable feasibility of achieving wide-band communications by means of the laser. The example selected here is a hypothetical mission to Venus, chosen because of its great brightness and, hence, high background-noise level. Since no earth satellite relay is assumed, the communication channel includes the atmosphere. The down-link is the one considered because of its high-information-rate requirement.     

小型数字程控交换机的设计与实现

由于我国通信技术的发展势头十分迅猛，以电路交换和数字程控交换技术为基础的电话网更是在整个通信网中占据着重要的地位。针对数字程控交换机的交换原理进行了研究，尤其对系统的工作过程进行了细致的分析，并在此基础上进行了小型数字程控交换机的硬件和软件的设计。     

火星探测深空链路模拟平台设计与实现

针对深空通信环境复杂又难以实测的问题,构建了一种基于单片机控制的火星探测器-地球通信链路模拟平台。该平台采用MSP430系列单片机为硬件基础,结合C#软件开发,整体结构由硬件电路和软件上位机构成,二者通过USB接口进行数据通信。信号处理由硬件电路完成,同时PC机实时和硬件电路进行数据交互,完成软件上位机的动态演示。实测结果表明,该平台的测试结果与理论分析结果相吻合,操作简便且运行稳定,可用于辅助我国火星探测中火地通信系统的参数设计和性能评估,具有重要的工程借鉴意义。