扩频体制低轨卫星通信信号捕获与跟踪系统设计

针对扩频体制下低轨卫星信号的捕获及跟踪等系统设计实现问题,根据卫星信号模型进行了捕获及跟踪算法设计,重点对基于快速傅里叶变换的快速捕获算法、锁频环、锁相环和码跟踪环路进行了设计,并进行了工程系统实现。试验验证表明,该系统可以实现码分多址体制低轨卫星信号捕获、跟踪处理,工作性能参数满足系统需求。     

低轨卫星互联网：发展、应用及新技术展望

传统以人为中心的通信模式正在逐步向以服务为中心的通信模式转移，未来的6G时代，将是空天地海一体化的泛在网络。为了解决互联网的“最后一公里”问题、实现全球无差别的信息覆盖，低轨卫星互联网应运而生。从互联网的概念入手，介绍了低轨卫星的发展，并由此衍生出低轨卫星互联网的概念；概述了国内外在低轨卫星互联网建设中的项目进展情况；详细阐述了低轨卫星互联网在陆地、海洋及空中的典型应用场景和业务接入需求；梳理了低轨互联网发展过程中面向用户的4个关键技术，即抗干扰技术、感-传-算一体化技术、多星多波束联合传输技术和免授权接入技术，希望对低轨卫星互联网的工程推广产生一定的积极意义。     

低轨遥感卫星Ka频段捕获跟踪的设计及应用

随着对地观测技术的快速发展,遥感卫星空间分辨力的不断提高,星地链路传输的信息量越来越大,码速率越来越高,数据传输频段已经由传统的X频段扩展到Ka频段,以满足海量遥感数据传输的需求。但Ka频段低轨遥感卫星波束非常窄,遥感卫星地面接收系统需要具备良好的跟踪性能,才能实现系统稳定的捕获跟踪,保证接收数据的质量。文中通过对跟踪方式和跟踪精确度方面进行分析和论证,优化捕获跟踪流程,实现对低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪。文中提出利用S频段跟踪引导Ka频段跟踪的方式,高低仰角采用不同的优化流程设计,结合高分辨力对地观测系统重大专项的先期研究内容和某地面接收站进行了设计验证,结果表明,可实现低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪,待时机成熟,可进行工程应用。     

低轨卫星CDMA突发通信的信号检测与捕获分析以及基于FPGA的实现

CDMA作为一种抗噪声强、带宽分配灵活，保密性强的传输接入方式被广泛的应用于民用、军用低轨卫星通信系统中，而信号的捕获和同步分析对于设计一个可实现的低轨卫星CDMA接收机是至关重要的，在低轨卫星信道上的CDMA传输必须着重考虑以下两点；低轨卫星信道上的衰落以及相对较大的多普勒频移。本文针对低轨卫星信道特征，着重分析了在此信道上的信号检测（Signal Detection),初始的码捕获（Code Acquisition)，载波捕获(Carrier Acquistion)方法以及性能，并给出了基于FPGA实现的方案。     

GNSS信号接收机的构件初识──GNSS导航信号的收发问题之十

GNSS信号接收机是GNSS导航卫星的用户设备,是实现GNSS卫星导航定位的终端仪器。它是一种能够接收、跟踪、变换和测量GNSS卫星导航定位信号的无线电接收设备,既具有常用无线电接收设备的共性,又具有捕获、跟踪和处理弱达3.5E-16W~2.5E-17W卫星微弱信号的特性。为此,GNSS信号接收机的构件必须满足这种捕获、跟踪和测量GNSS信号的需求。     

低轨星DSSS信号快速捕获技术研究

本文介绍了一种基于非相干的低轨星直接扩频信号快速捕获技术。低轨星高速运动所带来的大多普勒频偏成为制约传统捕获方法的主要因素，导致捕获性能严重恶化，同时低轨星快速的过境时间要求加快信号捕获速度。部分匹配滤波器可在时域快速完成码相位搜索，快速傅里叶变换可在频域完成多普勒频移搜索。相比传统捕获方法，部分匹配滤波器结合快速傅里叶变换的捕获方法可快速完成大范围多普勒频偏搜索，为低轨卫星直扩导航信号的接收提供支撑。     

面向低轨互联网星座的频率干扰仿真研究

低轨卫星互联网星座发展迅猛,使得空间频轨资源的受限情况越发严重,同频干扰分析问题值得重视。由于其具有规模大、动态性强、空间立体分布、波束体制灵活等特点,低轨卫星互联网星座系统之间的同频干扰场景与传统同频干扰场景有很大不同。文中针对低轨卫星互联网星座间干扰场景建立了统一的多波束分析模型。为评估实际卫星互联网系统的干扰影响,基于Matlab自动计算平台对Starlink星座和OneWeb星座间的下行通信频率干扰场景进行了仿真分析,结果表明低轨卫星互联网星座在大部分时间里会对其他同频星座造成严重干扰,引起通信质量的大幅下降。     

基于多波束阵列天线的目标快速捕获方法

航天器在高动态下,需要宽波束来保证目标角度捕获概率,但目标的微弱信号需要高增益、窄波束的天线去接收,随之而来的是对高动态微弱信号目标的快速捕获问题。针对该问题,提出了基于多波束阵列天线的目标快速捕获的方法。它既可以采用多波束解决宽视场覆盖问题,又可以兼顾波束的高增益特性,通过研究多波束快速扫描、多通道能量检测等关键技术解决了低信噪比下的高动态信号检测和角度捕获跟踪。仿真结果表明,该方法可以完成对高动态、弱信号目标的快速捕获。     

Ka频段低轨卫星跟踪技术研究

大口径天线在跟踪Ka频段低轨遥感卫星时,由于半功率波束宽度很窄,对天线跟踪提出了更高的要求。从提升天线跟踪精度角度出发,提出了通过采用变积分PID控制及计算机辅助跟踪的方法,有效减小天线伺服环路的动态滞后,提高天线跟踪精度;从优化Ka频段跟踪捕获流程角度,提出了低仰角捕获跟踪及高仰角捕获跟踪时的不同策略,提高大口径天线Ka频段窄波束捕获成功率。采用上述方法和策略,通过仿真及工程调优可以显著提升天线跟踪精度,实现天线高精度跟踪。     

星载DBF多波束发射有源阵列天线

 低轨通信卫星大容量、终端小型化要求卫星采用多波束天线技术来实现高增益、宽覆盖.本文针对低轨CDMA通信系统,设计了具有近"等通量"覆盖的平面阵列多波束发射天线,该天线由61微带单元天线阵、61个发射射频通道和数字波束形成网络组成;数字波束成形网络对输入的16个波束信号进行正交化、加权处理输出61路中频信号,由发射射频通道完成上变频和信号放大,最后通过天线阵辐射出去在空间形成期望的16个赋形波束覆盖.文章详细介绍了天线的实现方法和试验结果,通过对16波束发射天线原理样机的测试,结果表明天线各指标都符合设计要求,有效验证了天线系统设计的正确性.     

面向低轨卫星网络的组网关键技术综述

随着信息通信技术的不断发展，人类对于扩大网络覆盖范围和降低通信时延的要求越来越高。低轨卫星网络是一种利用轨道高度较低的卫星构建的网络体系，具有覆盖范围广、通信时延低等优势。基于此，首先概述了低轨卫星网络的国内外发展现状及其组网所面临的挑战，进一步阐述了低轨卫星网络组网关键技术难点及建议，最后结合分布式、博弈论和人工智能等方法，对潜在可行的低轨卫星组网方案进行了探讨。     

无信标星间激光通信系统粗精复合扫描方法

无信标星间激光通信系统无需额外设置信标光组件,直接采用小束散角的信号光进行瞄准捕获跟踪,有利于降低终端的质量、体积、功耗和制造成本等重要指标,满足商业航天和低轨卫星空间激光网络的发展要求。为了克服现有无信标激光通信系统扫描时间长、捕获难度大的问题,综合考虑星上姿态变化、测量精度和终端安装定位误差等因素,对扫描不确定域进行了数值计算,设计了无信标扫描捕获流程,定量分析了粗精扫描机构控制带宽、扫描步长、规划路径与光束覆盖面积的耦合关系,提出了一种简单可靠的无信标粗精复合螺旋扫描方法。典型环境仿真结果表明,采用所提方法平均扫描捕获时长小于20 s,捕获概率大于95%,有效提升了无信标系统的扫描效率,可满足未来低轨卫星空间激光网络的快速建链要求。     

基于LMS算法的TDRSS自适应多波束形成

跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）是转发地球站对低、中轨航天器的跟踪测控信号和中继从航天器发回地面的信息的卫星通信系统,自适应多波束形成是TDRSS中的一个关键技术。讨论了一种基于中频实数加权的LMS算法的自适应多波束形成方法,采用两路正交实信号进行实数加权,大大节约了硬件资源。理论分析及计算机仿真结果都证明了该算法的可行性及优越性。     

星载GNSS反射信号时-空性能仿真分析

针对星载全球导航卫星系统(GNSS)反射信号时-空性能问题,该文从1阶统计量角度定义了平均空间覆盖次数、全球覆盖面积百分比和平均回访时间3个衡量星载GNSS反射信号时-空性能的指标,并通过建立GNSS和低轨卫星轨道仿真研究了低轨卫星轨道高度、倾角、升交点赤经以及天线波束对星载GNSS反射信号时-空性能的影响.结果表明:...     

低轨卫星星座动态波束关闭算法

针对低轨多波束卫星星座网络中空间段卫星对地覆盖不均匀导致某些区域相对密集,造成严重的波束间干扰与不必要的波束资源开销等问题,提出了在满足覆盖等要求下的波束关闭算法。以多波束低轨星座网络为研究对象,分析并建立了低轨星座网络波束关闭的最优化问题,进而分析并论证了该问题的NP完全属性,给出了探索式求解方法。以共计3 168个波束的铱星星座网络为仿真场景,仿真分析了所提出的探索式波束关闭算法。仿真结果表明,所提算法仅需要1 913个波束即可实现对全球区域的连续覆盖,降低了39.61%的波束资源开销。     

对低轨卫星星座天基测控服务模式的设计与应用

随着大规模低轨卫星星座的全面部署,对天基测控服务模式提出了新的挑战。分析了低轨卫星星座在常态运行、应急使用以及智能化应用中的测控需求;构建了新型天基测控服务系统,设计了前返向实时跟踪波束和全域静态波束组合应用的天基测控资源保障模式。提出了基于地面运管中心统一调度的天基测控服务模式,给出了即时计划驱动和“返向全时分发+前向业务驱动”两种典型模式下的系统工作流程,归纳总结了所述服务模式产生的效益。详细梳理了与所述服务模式相适配的卫星终端设计要求,明确了不同模式下的卫星终端工作状态。可用于指导后续对低轨卫星星座天基测控服务的工程化应用。     

基于用户位置的低轨卫星波束关闭策略

由于多波束低轨卫星网络具有网络拓扑动态变化、高纬度地区存在波束重叠覆盖现象等特点,可能会引发严重的乒乓切换效应及大量的波束资源浪费.针对该问题,首先设计了卫星星座及多波束天线,建立了低轨卫星网络的覆盖模型,对卫星波束覆盖优化问题进行模拟和分析;其次,基于低轨卫星点波束覆盖、用户位置等约束,以最小化开启卫星波束为目标,提...     

一种低轨卫星阵列天线多波束覆盖及多业务协作传输方案

随着5G技术的发展与成熟,将5G技术应用于低轨卫星通信中对天地融合一体化接入具有重要的意义.对于低轨卫星阵列天线多波束覆盖,卫星端天线阵列形成的波束覆盖范围较大,服务的用户数较多,采用自适应波束覆盖的复杂度较高,而采用固定波束覆盖有着星下用户的链路余量过大、边缘用户链路余量低的缺点.为此,设计了一种基于部分连接混合预编...     

车载低轨卫星数据接收天线现状与发展

文中分析了目前车载低轨卫星数据接收系统对天线过顶跟踪和机动性能的需求,详细比较了遥感天线过顶跟踪技术的适用范围和优缺点,并介绍了四种典型类型车载过顶跟踪遥感天线基本原理和代表产品,归纳总结了各个类型产品的特点和应用范围以及主要产品技术指标对比;针对未来低轨卫星数据接收天线在高机动性能和Ka频段宽带高速数传数据接收等方面提出的新需求,研究了车载低轨卫星数据接收与跟踪天线的多频段馈源设计、高指向跟踪、高精度面板设计制造和一键“展开/收藏”控制等技术和解决途径,最后展望了车载低轨卫星数据接收与跟踪天线的发展趋势。     

相控阵卫星跟踪系统搜索/捕获仿真研究

为了实现针对高速移动载体平台稳定的相控阵天线对卫星系统的自动跟踪。对二维相控阵天线自跟踪系统方案设计进行了说明,考虑到载体平台提供的引导信息与卫星真实方向之间存在一定偏差,使得系统不能直接进入自跟踪过程,需要首先根据引导信息对卫星信号进行搜索捕获,给出搜索过程的波位排列和能量检测理论以判断接收到信号是否是有效信号,捕获中采用单脉冲和差波束比幅测角和α-β滤波作为捕获过程跟踪滤波方案,并通过仿真分析了信噪比、波束指向误差对捕获过程收敛性能的影响。整个算法简易稳定,可以运用到高速移动平台的自跟踪系统,保证自跟踪的准确性。