深空探测中的USB测控技术

本文阐述了深空探测的重要地位和意义,就深空探测中的测控技术开展讨论。对S波段统一载波测控（USB）系统进行了介绍．并详细描述了统一载波测控系统中的测速技术和测距技术。     

激光通信/测距一体化技术研究

介绍了激光通信和激光测距技术的优势,指出由于空间条件等的限制,激光通信和测距的复合需求不断增加,激光通信测距一体化技术将成为未来发展趋势。在此基础上,深入分析了国外激光通信测距一体化技术最新研究进展。然后,针对未来卫星远距离、高精度测距的需要,文章提出了在激光通信的基础上,通过设置特殊测距帧,实现激光通信和测距一体化的系统设计方案并进行了论述,为未来我国测控事业的发展提供了新型手段。文章最后对激光通信测距一体化技术的发展提出了建议。     

月球轨道交会对接微波雷达系统设计

针对月球轨道自主交会对接任务特点,设计一种测距、测速、测角、通信一体化的先进交会对接微波雷达系统。该雷达系统采用高速伪码延时测距、双程相干多普勒测速及相位干涉仪测角体制完成测量功能,采用QPSK调制与RS编码完成扩频通信功能,具有测量通信一体化、测量参数全、测量精度高、小型化低功耗、使用方便可靠等特点。经实际在轨验证,该雷达系统首次实现了月球轨道无人交会对接全程高精度多元信息测量及可靠双向通信,综合技术达到国际先进水平。     

QPSK空间相干激光通信仿真与实验北大核心CSCD

相干激光通信因其具有高通信速率、复杂编码格式、极高灵敏度,已成为星间高速数据通信的重要技术之一。本文设计了一种QPSK空间相干激光通信系统链路,给出发射端二进制电信号到激光载波相位的调制映射表,和接收端激光载波相位到二进制电信号的解调映射表。对设计的空间相干激光通信系统链路进行数字化仿真,以星座图的EVM作为核心指标衡量系统性能,仿真分析接收端入射光功率、接收端光放大器噪声系数等因素对EVM的影响。根据仿真结果搭建相应通信链路,在输入光功率为-45 dBm、-48.5 dBm时,经测试得到相应星座图EVM分别为17.8%、24.4%,与仿真结果较符合。     

卫星扩频测控体制研究

介绍了USB微波统一测控系统、连续波测量系统、GPS原理。对中低轨卫星扩频测控采用的测控体制作了相应的论述与设计。提出中低轨卫星测控采用星地上下行信号相干(包括载波相干、伪码相干)方式,使星上应答机发射的下行频率与地面站发射的上行频率同步,消除星地钟差,完成卫星的测速、测距以及遥测遥控任务,并阐述了星地扩频测控设备的组成和工作原理。     

空间激光通信与测距一体化研究

【目的】随着卫星技术和通信技术的不断提高,空间激光通信与测距一体化技术也逐渐成熟。而伴随着深空探测、卫星导航等领域的进一步发展,大量的业务及应用需求对星间的通信容量和测距精度又提出了更高的要求。在综合考虑卫星荷载与功耗的前提下,如何在实现激光卫星高速通信的同时,完成测距并进一步提升测距精度,成为亟待解决的课题。【方法】基于双向单程测距原理,设计并实现了一种同时支持正交相移键控（QPSK）和二进制相移键控（BPSK）的相干通信与测距一体化系统,为进一步提升测距性能,又从提升时钟精度入手,通过使用差拍采样方法,使用鉴频与鉴相来获取发送时钟与接收时钟之间的频率差与相位差,以此来获取到更高的时钟精度,从而对测距值进行校正。【结果】该系统能稳定工作在接收光功率大于-48dBm的环境,针对不同应用需求可设置不同的速率,QPSK模式下最高速率为5Gbit/s,BPSK模式下速率分别为2.5Gbit/s、1.25Gbit/s和625Mbit/s,系统测距精度理论上可达最小值53 ps,在正常通信时,使用Matlab与Vivado对测距数据进行计算处理,验证了系统测距精度小于0.1ns。进一步采用差拍采...     

基于OOK体制空间光非相干测距通信系统设计与实现

面向商业航天用空间激光通信5～10 Gbps星间链路传输速率以及厘米级的星间高精度测距需求,本文分析了目前国内外使用的三种激光通信体制的特点以及应用场景,提出了一种新的OOK体制测距方法,采用FPGA+高精度鉴相器+ADC设计方案,降低了工程应用成本,试验结果表明测距精度小于1 cm;研制了采用本文方法的OOK通信测距单元原理样机,开展了5 Gbps通信码速率下测距精度试验验证,试验中记录了两台样机各自发送测量数据帧和接收测量数据帧的本地钟时间,通过信号处理方法消除系统误差,并开展了包括时钟及PPS不同情况下的测距精度测试、插拔光纤前后的测距精度测试以及断电前后测距精度测试等,测试结果显示各种模式下的测量距离测距精度均优于1 cm.本文的技术可用于星座组网星间激光通信终端的设计与研制中,将有效提升我国激光星间链路的通信及测距能力.     

激光多普勒测速与光的干涉

本文首先描述了激光多普勒测速原理,而后论述了两束光的相干匹配。前者指出激光多普勒测速原理的理论解释始于多普勒效应和光外差技术,而后对于双光束条纹型光路又用散射粒子穿越相交区的干涉条纹而产生信号频率进行了解释。两种解释都有不足之处,于是本文提出了一种统一的理论即激光多普勒测速原理是基于光的多普勒效应和光的干涉,而两者紧密配合则能达到测速的目的,因此本文作者认为正确的名字应为激光多普勒干涉测速仪。并从光的多普勒效应、测速中光的多普勒效应、测速中光的干涉几部分进行了论述。后者着重论述了两束光的     

激光相干多普勒测速精度实验

激光相干多普勒测速雷达由于测量精度高、测速范围广、功耗体积小等优势广泛应用在风场测量、导航及飞行器着陆等方面。为了测试其测速精度,本文研制了速度发生器,搭建了高精度大速度范围的精度测试平台,利用搭建的测试平台对激光多普勒测速精度进行测量,在105.8266 m/s的速度下测得的精度为0.0383 m/s。对激光多普勒测速的精度进行了分析,提出了插值校正FFT频率、采用流水线的FFT处理方法、增加采样位数和提升采样频率等方法来提高测速精度。     

混合扩频测控体制下高精度测速研究

针对具有大多普勒偏移的DS-FH/MSK信号进行捕获和多普勒偏移估计问题,介绍采用匹配FFT技术对载波进行粗估计,采用FFT频谱细化算法对载波多普勒频移进行精估计的方法。在较短的时间内同步系统的同时,对多普勒偏移进行高精度的估计和补偿。该方法对载波的多普勒频移的粗略估计能解决载波同步的问题,而对多普勒偏移的精确估计能解决测速问题。通过仿真表明,该方法能更快,更高精度地完成多普勒频移的估计,从而完成测控体制下高精度测速的要求。     

综合应用静止轨道(GEO)和中轨道(MEO)的卫星移动通信系统研究

本文针对我国的具体国情，研究了一个综合应用静止轨道（ＧＥＯ）和中轨道（ＭＥＯ）卫星的区域卫星移动通信系统，它具有投资少，见效快，风险小等特点，并在此基础上对系统中存在的若干关键技术进行了研究。     

卫星导航星座在轨测试系统总体技术研究

卫星导航系统主要由空间段导航卫星、地面段运行控制系统和接收机组成。在轨测试是在导航卫星发射入轨后对其各项功能及指标进行全面检验,判断是否满足卫星导航系统运行的要求。导航卫星在轨测试设备具有与地面运行控制系统相同的信号体制和基本功能,专业用于导航卫星的在轨测试。介绍了导航卫星在轨测试设备的组成,简单分析了利用该设备进行导航卫星在轨测试的方法,提出了一套行之有效的针对导航卫星在轨测试的方案。     

卫星便携站天线自动对星系统的设计与实现

针对卫星便携站窄波束天线找星难度大、对星耗时多、对星精度差的问题,设计并实现了一个附加在实装设备上的自动对星工具,以PIC单片机为核心,通过采集和处理GPS数据、方位俯仰传感器数据和卫星信号强度数据,控制高精度步进电机自动调整便携站天线方位角和俯仰角,从而实现快速、自动、精确对星。通过使用高精度步进电机代替传统手工操作,能够明显缩短对星时间、提高对星精度,且体积较小、安装拆卸容易、携带方便,显著提高了通信效能。     

大型跟踪测量雷达的卫星标定方法研究

卫星标定是跟踪测量雷达保证测量精度的重要手段。首先阐述了大型跟踪测量雷达误差的标定方法,然后详细介绍了卫星标定的优点及原理和方法。结合某试验雷达的工作模式和特点,给出了符合该雷达的卫星标定方法和误差模型,并对标定效果进行了仿真验证。结果表明,对于大型跟踪测量雷达,利用卫星标定的方法进行误差标定合理有效,且可行性好,避免了常规标定方法所涉及的大量的人工参与,比常规标定方法方便、快捷,为今后跟踪测量雷达的误差标定提供了一定的参考,具有广阔的工程应用前景。     

基于子空间和小波降噪的盲信号干扰抑制算法

卫星通信信号十分微弱,信噪比的改善以及抗干扰能力的增强对于信号的正确接收具有至关重要的作用。提出了一种星上干扰抑制方案和一种基于子空间和小波降噪的盲分离干扰抑制算法,对提出的算法在单音、多音、窄带噪声以及宽带噪声干扰下进行了误码性能仿真。结果表明,该算法克服了传统基于前置小波降噪的盲分离算法在干信比大于30dB时性能恶化的问题,提高了抗高斯白噪声性能。     

基于STK的预警卫星部署与性能分析

预警卫星对导弹的早期预警是反导防御系统有效作战的关键环节,而红外预警卫星就是实现弹道导弹早期预警的有效手段。利用卫星工具包（STK）仿真工具,研究红外预警卫星部署的方法,并通过STK仿真出来的数据分析其探测能力。该方法可得到针对特定热点地域反导预警卫星的合理部署方案。     

基于STK的LEO卫星光网络设计及性能分析

文中设计了适合星间激光链路的LEO层卫星网络,并对同轨道内和轨道间链路进行了分析,建立了每个轨道内一颗主卫星,轨道间通过主卫星相连的网络。最后,对链路的稳定性以及覆盖性能进行了研究。     

一种应用于卫星导航定位系统的SLR系统架构与实现

卫星激光测距(SLR)是一种高精度测量观测点与卫星之间距离的重要方法,它可以为卫星精密定轨和星地时间同步提供高精度观测数据。本文首先介绍了卫星激光测距基本原理,然后从系统架构角度深入分析了用于卫星导航定位系统的激光测距系统的组成和功能,详细阐述了激光测距中光学系统、控制系统等子系统原理及工作过程。最后,按照本文架构实现的激光测距系统给出了实际的测试结果和精度。实验表明,本文提出的激光测距系统具有较高的测量精度,能够满足我国导航定位系统的测距需求。     

基于Himawari-8静止卫星多通道资料的重庆地区短时强降水反演研究

收集了2021年重庆地区8次区域性暴雨天气过程中地面降水强度大于等于20 mm/h的数据,匹配了相应时间空间范围的Himawari-8静止气象卫星多通道资料,建立了降水强度与辐射特征一一对应的数据集。在此基础上采用单位特征空间归类分析法,选择0.64 μm、1.6 μm、3.9 μm、6.2 μm、7.3 μm、10.4 μm等多个通道组成二维光谱空间,反演了强降水像素点的分布范围和集群特征,并基于反演结果开展了重庆地区短时强降水识别研究。提出了一种基于卫星多通道资料的强降水落区阈值判识方案,并利用该方案对2021~2022年重庆地区的16个强对流天气个例进行了检验。结果表明,该方案能够实现全天24 h、逐10 min的强降水落区连续动态监测,整点及整点前10 min、前30 min的卫星资料对降水落区的反演准确率达到70%~80%。     

一种卫星多波束中的波束选择构架及实现方法

为了以少量卫星载荷设备在广阔的服务区内提供高增益的通信链路,针对多波束通信卫星提出了一种星上收发波束选择的载荷构架及其实现方法.载荷构架分为波束分组与选择模块,实现方法则利用了收发无源设备的频率响应.通过控制前后端有源设备的混频本振,使上行接收波束和下行发射波束能够工作于多波束天线覆盖区内的任意位置.通过波束指向轮循,以低于波束数量的转发器实现了卫星在广大覆盖区内的高增益通信.分析结果表明,相比同样波束规模的多波束卫星,采用所提载荷架构的多波束卫星能够大幅降低载荷重量、功耗及热耗,提高转发器使用效率;相比同样承载规模的多波束卫星,能够大幅提高每个波束的传输性能及整星的吞吐量.