火星通信深空信道模型研究与模拟器实现

发布时间：2017-09-06 17:38

  本文关键词：火星通信深空信道模型研究与模拟器实现

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【摘要】：本文以深空信道特性的研究为基础，结合项目中继网络构架星座设计的结果，，建立了深空信道模型并研制了满足深空通信协议演示验证需求的深空信道模拟器。在信道模型建立阶段，本文对深空环境下多种影响电磁波传播的因素进行分析，在火星着陆器到火星中继卫星段，重点研究了火星大气吸收和火星沙尘对电磁波传播的影响；在火星中继卫星到地面测控站通信段，本文着重研究了太阳闪烁及信道中的损耗对电磁波的影响，此外还将银河宇宙射线对电磁波的影响进行了相应分析。最终，基于上述研究，本文提出了基本符合课题中继网络构架的火星段和火星地球段信道模型。在信道模拟器研制阶段，根据深空通信传输协议演示验证系统的需求，本文采用了上位计算机与FPGA硬件板卡结合的开发方式对信道模拟器进行研制。在硬件逻辑部分，本文中采用了基于AXI4总线的嵌入式开发模式，编写了实现缓存功能、延迟发送控制功能、误码添加功能的IP模块，并通过调用配置Xilinx公司提供的PCI-E模块实现了与上位机之间的高速通信和信道模拟功能。在软件功能方面，本文设计了信道模拟器的软件界面，并实现了星历文件读取查询的功能，通过Windriver驱动提供的PCI-E接口实现了延迟和误码率信息的动态配置功能。经过仿真和测试，本文中设计的深空信道模拟器能够为深空通信协议演示验证系统提供延迟精确控制、误码率动态调节的信道模拟功能。
【关键词】：深空信道模型 信道模拟器 随机数生成
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN927
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 本论文研究的目的与意义8
• 1.2 课题研究领域发展现状8-13
• 1.2.1 深空通信主要特点8-9
• 1.2.2 火星探测发展历史9-10
• 1.2.3 深空信道模型研究现状10-12
• 1.2.4 深空信道模拟器发展现状12-13
• 1.3 论文主要内容安排13-14
• 第二章 深空信道模型研究14-45
• 2.1 火星中继通信网络构架14-17
• 2.1.1 火星通信系统14-15
• 2.1.2 火星中继星座设计15-17
• 2.2 地球大气17-20
• 2.2.1 地球大气层18-19
• 2.2.2 地球大气层对电磁波传播影响19-20
• 2.3 火星大气20-24
• 2.3.1 水汽21
• 2.3.2 风21-22
• 2.3.3 火星大气对电磁波传播影响22-24
• 2.4 火星沙尘24-27
• 2.5 太阳风噪声27-35
• 2.5.1 太阳风与行星聚合27-29
• 2.5.2 太阳风对电磁波传播的影响29-31
• 2.5.3 太阳风影响下深空信道仿真31-35
• 2.6 银河宇宙射线35-36
• 2.7 多普勒频移36-39
• 2.7.1 理想情况多普勒频移的计算与仿真36-38
• 2.7.2 改进模型的多普勒频移的计算与仿真38-39
• 2.8 通信链路损耗39-42
• 2.8.1 极化损耗39-40
• 2.8.2 馈线损耗40
• 2.8.3 自由空间损耗40-42
• 2.9 分段深空信道模型42-44
• 2.9.1 火星段信道模型42-44
• 2.9.2 火星地球段信道模型44
• 2.10 小结44-45
• 第三章 深空信道模拟器研制45-62
• 3.1 深空信道模拟器总体结构45
• 3.2 深空信道模拟器硬件逻辑45-56
• 3.2.1 整体硬件逻辑框架45-47
• 3.2.2 收发模块设计47-48
• 3.2.3 延迟模块设计48-53
• 3.2.4 加误码模块设计53-56
• 3.3 深空信道模拟器软件结构56-58
• 3.3.1 软件界面56-57
• 3.3.2 上位机软件结构57-58
• 3.4 深空信道模拟器仿真与测试58-62
• 总结与展望62-64
• 参考文献64-66
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单66-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李平,张纪生;俄罗斯深空测控通信技术的发展及现状[J];电讯技术;2003年04期

2 涂传诒;太阳风中磁流体湍流的特征和本质[J];地球科学进展;2002年06期

3 任海玉;高翔;闫毅;姚秀娟;李秀冰;;基于虚拟仪器的深空信道仿真器的设计与实现[J];电子测量技术;2010年03期

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本文编号：804518