空天信息网络宽带多址接入技术研究

发布时间：2017-09-11 11:02

  本文关键词：空天信息网络宽带多址接入技术研究

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【摘要】：随着航空航天技术的发展,构建空天信息网络,获取空天信息优势,已经成为各个航天大国竞相追逐的目标。空天信息网络的基础是空天信息传输网络,核心是构建天基骨干传输网,实现各种空天平台的接入与互联互通。与现有的卫星通信系统相比,未来空天信息传输网络支持的终端类型、业务类型、服务质量要求更为丰富。未来空天信息网络支持的平台类型包括:卫星、导弹、飞船、高超声速飞行器等,不同平台的轨道高度、运行轨迹以及机动能力差异很大,对通信传输的需求也存在较大差异,但各类平台都对宽带高速接入有着强烈需求。现有空天测控通信系统能够较好的支持单址高速以及多址低速等测控通信服务,但实现多址高速接入的体制还不成熟。因此,为保证接入终端能够高速、可靠地进行大容量的数据收发,提出适用于空天信息网络的宽带多址接入体制并开展相关关键技术的研究就显得尤为迫切。针对这一需求,本文首先构建了以GEO卫星为接入点的空天信息网络宽带多址接入模型,对临近空间平台、导弹、低轨卫星等典型接入平台的接入链路特性进行了仿真分析,包括链路的传输距离、运行速度以及多普勒频移等,为空天信息网络的多址接入体制设计提供研究依据。其次,针对空天信息网络接入链路的特点,提出采用连续相位调制(Continuous Phase Modulation,CPM)和频分多址(Frequency Division Multiplexing Access,FDMA)相结合的体制即CPM-FDMA体制,实现空天信息网络宽带多址接入,分析比较了CPM信号在功率利用率、频谱利用率等方面的优势,并深入研究了CPM-FDMA性能;在此基础上,针对FDMA体制中存在的非线性缺陷,将柔性卫星转发器模型引入系统中,提出一种简便且可靠性高的链路资源分配算法,即基于自适应罚函数的改进性遗传算法,一方面优化了卫星转发器各个子信道增益,减少了卫星转发器载波功率之间的差别,另一方面通过选取合适的工作点Z改善了柔性转发器中的高功放的非线性效应问题,仿真分析其性能全面优于经典算法。
【关键词】：空天信息网络 连续相位调制 频谱效率 频分多址 改进性遗传算法 数字信道化器
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V443.1;TN927
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 论文研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势13-17
• 1.2.1 空天信息传输网络概述13-14
• 1.2.2 天基网络多址测控技术发展现状14-15
• 1.2.3 空天测控网络的发展趋势15-16
• 1.2.4 卫星转发器特点及发展现状16-17
• 1.3 论文主要研究内容17-19
• 第二章 空天信息网络多址接入系统研究19-38
• 2.1 空天信息网络多址接入链路特性研究19-26
• 2.1.1 空天信息网络多址接入模型19-20
• 2.1.2 低轨卫星接入链路特性20-21
• 2.1.3 弹道导弹接入链路特性21-23
• 2.1.4 超高速轰炸机接入链路特性23-24
• 2.1.5 临近空间平台接入链路特性24-25
• 2.1.6 空天信息网络多址接入链路分析25-26
• 2.2 空天信息网络多址体制研究26-31
• 2.2.1 频分多址26-28
• 2.2.2 时分多址28-29
• 2.2.3 码分多址29-30
• 2.2.4 多址接入体制选择30-31
• 2.3 空天信息网络接入系统星载转发器体制设计31-37
• 2.3.1 透明转发器31-32
• 2.3.2 再生式转发器32-33
• 2.3.3 数字信道化转发器33-34
• 2.3.4 转发器体制选择34-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 基于CPM-FDMA的空天信息网络接入体制研究38-54
• 3.1 连续相位调制38-44
• 3.1.1 连续相位调制的基本概念38-41
• 3.1.2 CPM相位状态和关联状态41-42
• 3.1.3 CPM信号的功率谱42-44
• 3.2 CPM-FDMA系统设计44-52
• 3.2.1 CPM信号与QPSK信号对比45-47
• 3.2.2 CPM-FDMA系统47-50
• 3.2.3 CPM-FDMA系统的验证50-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第四章 基于天基宽带多址接入链路的功率分析54-74
• 4.1 多载波柔性转发器卫星系统54-58
• 4.1.1 基于柔性转发器的卫星系统模型54-56
• 4.1.2 卫星转发器链路可支持性56-57
• 4.1.3 多载波卫星系统链路性能度量指标57-58
• 4.2 基于遗传算法的转发器功率分配算法58-64
• 4.2.1 基本遗传算法实现过程58-59
• 4.2.2 基于自适应罚函数的改进遗传算法59-64
• 4.2.3 改进遗传算法流程图64
• 4.3 仿真设置及结果分析64-73
• 4.3.1 模型参数设置65-66
• 4.3.2 优化参数与目标66-67
• 4.3.3 典型的优化解对比67-68
• 4.3.4 算法的性能度量对比68-71
• 4.3.5 改进遗传算法评估71-73
• 4.4 本章小结73-74
• 结束语74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 作者在学期间取得的学术成果82

【参考文献】

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本文编号：830324