基于低轨卫星编队协作的星地MIMO天线阵优化

发布时间：2017-08-02 06:06

  本文关键词：基于低轨卫星编队协作的星地MIMO天线阵优化

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【摘要】：随着空间技术的发展,人造卫星所承担的任务愈发复杂多样,需要传送的空间数据越来越多,亟需一种快速将卫星数据传输至地面的方法以满足日益增长的通信需求,同时随着各种业务类型卫星数量的增多,不可再生的同步轨道资源已趋于紧张状态。卫星编队飞行与非同步轨道的利用是未来卫星应用发展的热点方向,低轨轨道编队飞行卫星相互协作,在许多方面具有比单颗卫星更大的优势。利用卫星编队的空域资源在星地通信中形成MIMO系统,可以有效地提高数据传输速率,根据Line of Sight(LOS)MIMO理论,通过特定的天线阵参数配置可以实现LOS MIMO子信道正交,而低轨编队卫星处于高速运动状态,导致固定的天线阵参数配置不能维持星地MIMO系统容量最大化。本文主要研究利用编队卫星搭载的多天线与地面天线阵形成MIMO通信,实现空分复用来提高系统信道容量。在现有的视距MIMO理论以及卫星编队协作通信研究的基础上,考虑卫星通信中存在的强视距路径的情况,研究基于低轨卫星编队与地面天线阵形成LOS MIMO系统,提出了在无线衰落信道下提升低轨星地LOS MIMO信道容量的天线阵参数优化方法。通过STK与Matlab建立了跟飞式卫星编队星地MIMO模型,仿真验证了天线阵参数优化方法的性能。证明在低轨卫星编队与地面站可通信时间窗口内,利用天线阵参数优化方法能够保持星地LOS MIMO系统子信道的正交性,使星地LOS MIMO信道容量最大化。最后通过对地面天线阵最优间距误差和卫星位置误差对系统信道容量的影响进行了仿真分析,表明在使用天线阵参数优化方法下,利用卫星编队与地面阵形成星地LOS MIMO不仅能够提升系统的信道容量,而且有一定的误差容忍能力,证明了本文提出的卫星编队星地MIMO天线阵参数优化方案有一定的工程应用价值。
【关键词】：星地MIMO 卫星编队 天线阵参数优化 模型仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN927.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-13
• 1.2.1 MIMO技术10-11
• 1.2.2 卫星编队11-12
• 1.2.3 卫星编队星地MIMO系统12-13
• 1.3 本文主要内容13-15
• 第2章 卫星通信信道基础以及轨道摄动理论15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 星地无线信道特性15-19
• 2.2.1 链路预算16-18
• 2.2.2 多普勒频移18-19
• 2.3 卫星通信信道模型19-20
• 2.3.1 C.Loo模型19
• 2.3.2 Lutz模型19-20
• 2.4 卫星编队飞行摄动分析20-22
• 2.4.1 地球非球形摄动20
• 2.4.2 大气阻力摄动20-21
• 2.4.3 日月引力摄动21
• 2.4.4 太阳光压摄动21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 星地MIMO天线阵参数优化方法23-37
• 3.1 引言23
• 3.2 MIMO信道容量推导23-27
• 3.2.1 传统MIMO系统容量23-25
• 3.2.2 视距MIMO系统信道容量分析25-27
• 3.3 卫星编队星地MIMO天线阵几何模型27-30
• 3.4 基于低轨编队MIMO的地面阵参数优化方案30-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 星地MIMO天线阵优化方案性能仿真37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 对天线阵参数优化算法性能的仿真37-44
• 4.2.1 低轨编队模型设定37-39
• 4.2.2 未优化时星地MIMO信道容量变化分析39-41
• 4.2.3 地面天线阵间距优化对系统容量的影响41-44
• 4.3 对星地MIMO系统容量影响因素的仿真分析44-48
• 4.3.1 参数优化误差对星地MIMO系统容量的影响44-46
• 4.3.2 卫星摄动引起的位置误差对系统容量的影响46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 结论49-50
• 参考文献50-54
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果54-56
• 致谢56

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 徐其乐;陈建州;刘立祥;;GEO卫星通信系统中MF-TDMA信道分配算法研究[J];计算机科学;2014年04期

2 李京生;;无线电波的空间传输[J];数字通信世界;2014年10期

3 周忠喜;;卫星通信技术在映秀湾水力发电总厂的应用[J];通讯世界;2014年20期

4 金浩;;浅析VSAT通信在远程视频监控系统中的应用[J];数字通信世界;2015年02期

5 丁良辉;李天赐;杨峰;钱良;支t$;;基于编码辅助和过采样的成对载波多址信号盲分离算法[J];上海交通大学学报;2015年10期

6 张维杰;陈欢;罗静;;基于北斗卫星的机动卫星通信地球站远端技术支援系统研究[J];微型机与应用;2015年04期

7 郭丞;;卫星通信系统轨道类型研究[J];中国高新技术企业;2015年27期

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1 许富元;;调制编码方式对宽带卫星系统广播链路性能影响的研究[A];中国新闻技术工作者联合会第六次会员代表大会、2014年学术年会暨第七届《王选新闻科学技术奖》和优秀论文奖颁奖大会论文集（三等奖）[C];2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张连礼;编队航天器相对运动分析与控制[D];西北工业大学;2007年

2 梁树甜;小卫星编队的队形捕获和保持控制[D];哈尔滨工业大学;2009年

3 朱礼伟;基于GIS港口储运基地LNG泄漏监测系统构建[D];大连海事大学;2013年

4 尹伟;高阶QAM载波同步研究与实现[D];华中科技大学;2013年

5 马素双;GEO卫星通信中空时协同编码技术研究[D];杭州电子科技大学;2014年

6 路小超;专用交换单元CPU接口及队列管理的设计与实现[D];西安电子科技大学;2014年

7 侯蒙学;同步卫星业务自动检测运行系统的设计[D];内蒙古大学;2013年

8 李超;民用航空器VHF通信干扰分析[D];西安电子科技大学;2014年

9 王辉;星载数字调制解调器设计及其FPGA实现[D];西安电子科技大学;2014年

10 陆延;星座网络的网关卫星选择问题[D];扬州大学;2014年

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本文编号：607900