深空通信

摘要： 首先介绍了深空通讯的基本原理、系统构成,分析了深空通讯的基本任务和特点,总结了深空通讯的主要技术。首先阐述了深空通信的基本原理、系统构成,对深空通信的基本任务、特征进行了分析,并对深空通信的关键技术进行了归纳;然后,对深空通信中拉格朗日点的应用以及星间网络的架构进行了阐述,并对深空通信的网络协议进行了详细的分析,并对深空通信的发展方向和存在的问题进行了展望。

摘要： 为了尽量节省深空光网络节点的能量,提出定向洪泛路由算法(DFRA),该算法根据深空光通信对角度和方位的敏感特性,基于多接口的深空节点模型,将空分复用和频分复用充分结合,支持定向的多跳路由传输,路由寻路的过程中只有部分节点参与。仿真分析结果表明:与传统洪泛路由算法(TFRA)相比,DFRA能够避免TFRA存在的无方向性和盲目性的问题,更加节能,且网络传输时延和时延抖动等性能都优于TFRA方法。

摘要： 为尽量减少额外开销和寻找最优传输路径,结合激光通信视距传输和长距离传输的特性,提出了一种基于蚁群算法的深空光通信网络路由算法(RA-ACA)。首先对深空光通信中的单向链路问题、节点能耗问题进行研究,然后在传统路由算法的基础上对RA-ACA进行优化,最后进行了仿真对比实验。仿真结果表明:RA-ACA收敛路径上的剩余总能量高于TACA约5kW·h,RA-ACA保留节点信息素时收敛速度提高了50%。

摘要： 为了提高深空星间光通信信道容量、数据传输速率和频谱利用率,对深空星间光通信链路进行了设计,搭建了深空星间光偏振复用(PDM)系统。结合激光通信的链路特性,对不同通信波长、不同传输速率下的PDM系统链路性能进行了仿真,结果表明:PDM技术可有效提高数据传输速率,并且有利于深空光通信系统性能的改善。

摘要： 本文旨在介绍一项具有重大科学意义和应用价值的深空探测任务构想.该任务将对驱动恒星大尺度爆发过程的中心结构(即磁重联电流片)进行抵近(原位)探测,主要目的是详细研究发生在离地球最近的恒星—太阳上的大尺度磁重联过程的精细物理特征,揭示太阳系中最为剧烈的能量释放过程(即太阳爆发或太阳风暴)的奥秘.该任务的科学目标:磁重联过程是发生在宇宙磁化等离子体中的能量转换和释放的核心过程,其一直是太阳物理、等离子体物理、空间科学研究领域内的一个极为重要的研究课题及研究方向.通过抵近观测可以将同样设备的分辨能力提高5～20倍,将提供在地球附近无法获得的太阳超清晰图像以及相应的物理信息,让人类在一个前所未有的平台上来研究、认识和了解太阳,从而解决太阳爆发核心驱动过程的精细物理性质与日冕加热等长期困扰太阳物理研究领域的难题.

摘要： 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.

摘要： 为了研究深空光通信骨干网媒体访问控制(MAC)协议,设计了深空光通信骨干网络,提出了一种扁平的无线Mesh深空光网络结构.结合激光通信的特点,对网络中的节点模型进行了多接口设计,并进一步提出了定向媒体访问控制(DMAC)协议.仿真结果表明:相比非定向媒体访问控制(NDMAC)协议,DMAC协议可有效改善网络性能.

摘要： 在深空通信中,探测器需要向深空站发送大量时间不敏感的数据.但是,探测器的能源供给只来源于太阳能和电池.也就是说,探测器是能量受限的.为了减少能源的消耗,延长探测器的寿命和传送更多的数据,传输协议必须是高效和低能耗的.为了实现这个目标,提出了基于网络编码的互协同传输协议(NMCTP).同其他已知的协议相比较,如COPE协议和重复发送协议,NMCTP能够实现更高地分集增益和更低的系统中断概率.

摘要： 简要介绍了Turbo码的编译码基本原理,概述了Turbo码在第三代移动通信系统和宽带无线通信中的应用.详细介绍了在深空通信领域中,空间数据系统咨询委员会(CCSDS)将Turbo码列为卫星通信和深空通信的信道编码的建议方案,以及通过FPGA技术实现根据CCSDS建议的编码结构的Turbo码编译码的方法.

摘要： 深空通信中探测器距离遥远,同时星载发射机功率受限,导致地面接收信号非常微弱.此外探测器高速飞行,具有很大的径向速度及径向加速度,使得接收信号中产生了严重的多普勒频偏及频偏变化率,尤其是后者给信号的可靠捕获及后续解调译码带来极大挑战.为此,本文采用了锁频锁相环加联合解调译码接收机的设计思路:结合锁频环动态跟踪范围大以及锁相环跟踪精度高的优点,精确跟踪信号的动态多普勒频偏；再将去除动态频偏后的信号送入联合译码接收机.仿真结果表明:发送端采用1/5码率LDPC编码,在动态多普勒频偏为传输速率0.01倍时,本文方案能够稳定工作在Eb/N0=1.2dB,与理想条件下LDPC的译码门限相比仅损失约0.2dB.

摘要： 深空通信中的自主无线电接收机技术在航天领域中有着重要的意义,它能在未知无线电信号特性的情况下自动实现信号参数的估计和接收机的重新配置。该文在无线电信号通用模型基础上,分析总结了自主无线电接收机的参数估计顺序和结构模型,讨论了参数估计的算法,并着重对粗估计阶段使用的利用归一化的准对数似然比的调制识别算法进行了改进和仿真分析。

摘要： 针对深空通信延时非常大的特点,提出了一种基于喷泉编码和并行路径的无反馈数据传输协议,该协议能够避免发送端和接收端之间反复的握手过程,缩短数据传输时间。同时通过在发送端和接收端之间部署多个中继,建立并行传输路径保证数据能够连续传输,克服单一路径易受链路中断影响的缺点,达到充分利用链路资源的效果。仿真结果表明,只要采用编码开销比链路丢包率稍微大一点的喷泉码就能保证数据在接收端以极高的概率准确恢复；增加并行传输路径的数目可以提高传输容量,减小传输所用时间。

摘要： 具有接近香农限误码性能的LDPC码,在深空通信领域正备受关注.本文基于MB-OFDM UWB系统中QC-LDPC码的H矩阵,利用近似下三角编码思想,给出了一种优化的高速编码器设计参考.该设计最优化各个编码子模块,有效降低了计算复杂度和存储复杂度,采用管道结构确保低延迟,并采用并行运算满足高达1Gpbs的物理层速率需求.该编码器已在基于TSMC LP55nm工艺上的ASIC设计中得到验证.

摘要： 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24dBHz,适应频率动态达800Hz/s;新算法较传统的捕获算法,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.

摘要： 介绍了广义LDPC码的概念及研究进展,分析了广义LDPC码的快速编码方法、汉明距离特性及高效译码算法等基本原理.展望了广义LDPC码在未来深空通信中的的应用前景,并探讨了广义LDPC码目前亟待解决的问题及未来研究方向.

摘要： 本文从理论分析和计算机仿真两个方面研究了BCH(63,56)码的编码性能.作为一种实现复杂度低的信道编码方式,BCH(63,56)码被广泛应用在深空遥控链路中,具有检测2比特错误及纠正1比特错误的性能.本文在介绍BCH(63,56)码编译码原理的基础上,对其误码率性能进行了理论估算和计算机仿真.结果表明:当译码后的误码率为1e-5时,BCH(63,56)码的编码增益可达2.1dB.

摘要： 本文从理论分析和计算机仿真两个方面研究了BCH(63,56)码的编码性能.作为一种实现复杂度低的信道编码方式,BCH(63,56)码被广泛应用在深空遥控链路中,具有检测2比特错误及纠正1比特错误的性能.本文在介绍BCH(63,56)码编译码原理的基础上,对其误码率性能进行了理论估算和计算机仿真.结果表明:当译码后的误码率为1e-5时,BCH(63,56)码的编码增益可达2.1dB.

摘要： 本发明涉及深空航天器通信技术领域，具体涉及一种基于光量子通信技术的深空探测通信系统，包括：若干深空探测器、地球轨道卫星和地面站，深空探测器上设置有量子信息发送分系统，地球轨道卫星上设置有量子通信接收站，量子通信接收站分别与量子信息发送分系统和地面站通信连接；量子信息发送分系统与量子通信接收站之间进行量子通信，将深空探测器探测到的科学探测数据转换成光量子信号发送至量子通信接收站，量子通信接收站对光量子信号进行信息解码将光量子信号还原为数字信号，并通过射频通信方式将数字信号发送至地面站。本发明从根本上解决了传统经典通信方案的能耗问题，为深空探测任务提供了一种建立高速、宽带的通信链路的有效方法。

摘要： 本发明提供了一种用于深空探测小卫星的测控通信系统及方法，其用于包括火星、木星探测在内的超远程通信场景，包括：4副天线、1个单刀三掷微波开关、1个双刀双掷微波开关、2个双工器、2台功放、2个微波网络和2台深空应答机。每副天线均可同时用于发射和接收信号；其中1副低增益天线、1副中增益天线和1副高增益天线布置于对地面，另1副低增益天线布置于对天面。两副低增益天线用于近地段通信，以及用于远地段姿态异常情况下的应急通信；中增益天线用于远地段姿态稍有偏转时的测控通信；高增益天线用于远地段姿态准确对地时的测控通信。两台功放均设置高低两档发射功率，低功率用于近地段通信，高功率用于远地段通信。

摘要： 本发明公开了一种深空撞击器撞后深埋等效通信试验系统，该试验系统由深空环境模拟舱、微波暗室、撞击器、靶标、信号接收测试设备等组成。微波暗室设置在深空环境模拟舱内，靶标内置于微波暗室内，撞击器填埋在靶标中，通过信号接收测试设备接收撞击器内通信模块通过信号发射天线发出的信号，模拟深空撞击器撞后深埋等效通信试验，测试深空撞击器撞后的通信性能。通过在微波暗室内设置不同材质的靶标，考虑不同的撞坑深度和形态等条件，模拟测试不同工况下撞击器内通信模块信号质量。深空撞击器撞后深埋等效通信试验方法简单可靠，易于实施，可以满足深空撞击器撞后深埋等效通信试验需求，为未来深空撞击器撞后深埋通信技术发展奠定基础。

摘要： 本发明提供一种深空光通信视轴高精度指向与跟踪装置其包括中心分光装置，在中心分光装置上分别连接有第一光路组件和第二光路组件，第一光路组件包括通信接收探测器和图像跟踪传感器，通信接收探测器分别与图像跟踪传感器和中心分光装置连接；第二光路组件包括向第二光路的远端方向依次布置的平台振动检测单元和执行机构。该装置通过图像跟踪传感器能够计算出地面站和地球图像中心位置关系，从而确定航天器上光通信天线的指向。该装置通过姿态传感器能够实现抑制平台的振动的功能。该装置通过使用提前量探测器和补偿振镜能够实现光轴的提前指向功能。本发明还提供一种具有深空光通信视轴高精度指向与跟踪装置的深空光通信装置。

摘要： 本发明提供一种用于深空激光通信的跟踪通信一体化探测系统及方法，单光子探测器阵列接收探测光斑弱信号，多通道高精度计时器将探测器单元输出的脉冲时刻进行记录，信号合成单元对探测器阵列各通道脉冲时刻进行综合处理，再由译码单元还原，实现通信数据的接收。脉冲计数器根据脉冲时刻统计光子脉冲数量，光斑位置处理单元给出光斑中心的位置，实现跟踪目标的探测。本发明通过单光子探测器阵列同时实现通信数据的接收处理和目标跟踪位置的提取，避免了以传统激光通信系统跟踪光路与通信光路分离而产生的分光损失，进一步提高深空激光通信的传输距离或传输速率，可广泛应用于火星探测、小行星探测、太阳边际探测等深空激光通信链路的地面接收。

摘要： 本发明提供了一种基于光量子通信技术的深空探测通信系统，包括：若干深空探测器、地球轨道卫星和地面站，深空探测器上设置有量子信息发送分系统，地球轨道卫星上设置有量子通信接收站，量子通信接收站分别与量子信息发送分系统和地面站通信连接；量子信息发送分系统与量子通信接收站之间进行量子通信，将深空探测器探测到的科学探测数据转换成光量子信号发送至量子通信接收站，量子通信接收站接收光量子信号，对光量子信号进行信息解码将光量子信号还原为数字信号，并通过射频通信方式将数字信号发送至地面站。本发明从根本上解决了传统经典通信方案的能耗问题，为深空探测任务提供了一种建立高速、宽带的通信链路的有效方法。

摘要： 本发明提供一种超远深空激光通信捕获跟踪系统，通过星敏感器和导航陀螺仪获取位置信息和姿态信息，通过可见光焦平面探测器和红外焦平面探测器获取太阳光斑和地球光斑位置，星载计算机计算粗跟踪指向信号控制粗跟踪转台带动光学天线，计算精跟踪误差信号控制电光偏转器透射光束的偏转方向，实现了从距离地球30～250天文单位外超远深空到地球的激光通信中光束捕获跟踪。本发明省去现有信标光发射系统，有效降低了激光通信系统重量、体积和功耗，将星敏感器、导航陀螺仪相结合获取姿态和位置信息，利用焦平面探测器替代常见QAPD探测器获取跟踪误差，有效提高了捕获跟踪灵敏度和精度，可广泛应用于小行星探测器、太阳系边际探测器等超远深空探测器中。

摘要： 本发明提供一种深空激光通信中的可变阶数及速率的PPM信号发射系统，包括任务模式控制单元、可变速率信号产生单元、编码单元、可变阶数PPM映射单元、驱动放大器、MZM光调制器、信号光激光器、EDFA光放大器、光学天线。本发明通过设定不同任务模式，改变PPM信号发射系统的信号速率阶调制阶数，实现不同深空应用场景下的稳定PPM信号的激光通信，采用可变速率及调制阶数方式，摒弃传统深空探测任务中通信信号体制及速率固化的思想，无需针对不同任务重新开展信号发射系统的二次研发及多载荷搭载，有效的减少了载荷搭载数量，可广泛应用于月球探测、火星探测及小行星探测、太阳系边际探测器等深空探测器中，并且可用于不同调制阶数及速率的通信性能对比分析。

摘要： 本发明涉及一种深空探测高增益指向通信天线，包括：高增益反射面收发共用天线、X‑Y型跟踪机构、伸展机构、锁紧装置、火工品压紧座以及波导组件；高增益反射面收发共用天线、X‑Y型跟踪机构、伸展机构依次固定连接；火工品压紧座用于将伸展机构、X‑Y型跟踪机构以及高增益反射面收发共用天线固定在探测器系统上；波导组件固定在X‑Y型跟踪机构以及伸展机构上，并与高增益收发共用天线射频接口连接。本发明通过采用高增益收发共用天线、X‑Y型跟踪机构、伸展机构、锁紧装置、波导组件以及火工品压紧座组合的设计方案，实现在深空探测器发射时天线压紧固定，入轨展开到位后具备大角度跟踪指向地球功能、具备远距离状态对地收发共用高增益通信功能。

摘要： 本发明公开了一种深空通信网络的LTP协议参数优化配置方法，用于多跳场景下的复杂深空通信网络，该方法包括：根据通信环境建立复杂深空通信网络的LTP文件传递总时延理论模型；基于LTP文件传递总时延模型，提出一种LTP的参数优化设计算法LTP‑PODA；通过LTP‑PODA算法对LTP协议中的segment、block和session参数进行优化，得到三个参数的全局最优解组合，从而得到LTP协议最优参数配置方案。本发明建立的复杂深空通信网络的LTP传递时延模型，比已有的基于简化场景建立的模型精度更高；本方法为基于DTN的复杂深空通信网络配置合理的LTP协议参数，提升了复杂场景下的LTP协议传输性能。