基于可变编码多载波调制技术的星地高速数传系统研究

发布时间：2020-03-20 20:50

【摘要】：星-地链路高速高效数据传输技术是发展高精度低轨地球观测卫星系统的重要支撑技术之一。随着空间对地观测技术向高灵敏度、高精度、多任务、多功能的方向发展,星上存储并向地面站下行传输的数据量将有大幅提升,传统的星-地链路数据传输技术已很难满足未来有效载荷数据传输的需求。在此背景下,本文针对近地轨道星-地链路特点,从链路资源合理安排和提高带宽利用率两方面出发,研究提高星地数传效率的新型传输体制、系统架构及相关的关键性技术,目标在有限的数传时间内利用有限的功率和带宽资源,实现单通道Gbps的高速传输,将高吞吐量的星载数据下行传输给地面站。具体完成了以下研究工作:1、面向高精度有效载荷数据传输的需求,以“提高系统综合传输效率”为目标,研究高效高速星-地链路数据传输体制。以可变调制编码、正交多载波传输以及高阶数字调制和多码率信道编码为核心技术,提出“三层星地数传”体制。根据所提出的新体制,设计传输系统的总体架构和模块构成。2、“三层星地数传”体制以可变调制编码作为上层核心思想,本文针对星-地数传链路时变特征和数传系统设计需求,提出了优化链路效率的可变编码调制流程设计方法,以及相应的自动化设计算法。实现了对动态链路预算曲线的最佳拟合,充分利用链路功率资源,在数传时间窗口内获得最大的平均数据传输效率。3、“三层星地数传”体制以多载波传输作为中层核心技术,文本提出滤波准正交频分复用波形,详细讨论其波形设计与调制解调技术。所提出的传输波形具有高频谱效率、低运算复杂度、低传输开销的优势,适于星地数传场景,满足高速高效的星地数传需求。面向应用场景,优化波形参数,讨论多载波传输符号和物理层传输帧的数据结构。4、服务于“三层星地数传‖体制,研究相应的接收机同步算法。建立接收信号模型,针对性地提出帧检测与符号同步一体化算法、载波同步算法、采样偏差补偿算法和相位跟踪方法,研究其设计原理、性能评价以及硬件实现。针对星-地链路的时变多普勒效应做出快速的跟踪和补偿。通过系统级传输性能验证以及与现有体制和系统的对比分析,证明了本文的研究工作从传输体制上改善传输效率,有助于充分发挥现有成熟的X波段数传接收地面站的作用,为未来载有高精度、多功能载荷的复杂对地观测任务提供了数据传输方面的技术支持。
【图文】：

卫星,仿真图,轨迹,地面站

图 2. 2 LandSat-8 卫星对地轨迹 (STK 仿真图)gure 2.2 The ground trajectory of LandSat-8 satellite (simulation figure from S没有中继星的情况下，观测卫星需要将采集到的信息保存在星载计星在地面站的可视弧段出现时，才可以利用地面站建立星地数传链下传数据。通常当地面站天线的仰角大于 5 度时认为卫星进入地面，，如图 2.3 所示。图 2. 3 星-地数传链路的建立5Λ地面站卫星位于地面站的可视弧段

原型滤波器,时频特性,频率特性分析,汉宁窗

图 5. 6 基于汉宁窗不同长度的软截断滤波器频率特性分析re 5.6 Frequency domain feature of soft-truncation filter based on Hanning w 0.47 0.45
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V443;V55

【参考文献】