随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题,是目前该领域关注的热点。此外,用户终端通过微波链路接入卫星互联网,需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发,也是迫切需要研究解决的重点难点问题。
卫星互联网 低轨星座 星间激光通信链路 传输 交换 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706005
1 华中科技大学光学与电子信息学院,武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 华中科技大学网络空间安全学院,湖北 武汉 430074
3 北京遥测技术研究所,北京 100094
4 湖北光谷实验室,湖北 武汉 430074
针对低轨卫星激光通信实时化、低功耗的应用场景,为了解决独立时钟源及传输信道复杂等问题,对时钟恢复算法和前向纠错码进行了改进与优化,实现了资源占用低、时延低且功耗为0.129 W和1.199 W的实时化全数字时钟恢复算法和低密度奇偶校验(LDPC)编译码。搭建了桌面演示系统,成功演示了二进制相移键控(BPSK)调制/相干探测、通信速率为1.024 Gbit/s的实时空间光传输,其中时钟误差约为1.50×10-4。
低轨卫星 相干光通信 实时 低功耗 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0106003
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春30033
2 中国科学院大学,北京100049
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室,吉林长春100
4 中国人民解放军63768部队,陕西西安710200
大视场光学望远镜是中高轨目标搜索的重要设备,在搜索图像中除中高轨目标外还存在恒星目标,对恒星目标进行辨识与抑制是中高轨目标检测的必要环节之一。考虑银道面附近天区、曝光时间差异以及多云遮挡等因素的影响,图像中的星场密度变化区间非常大,传统的恒星辨识方法在计算准确性与实时性方面均存在局限性,导致恒星虚警、计算超时等情况的发生。为解决该问题,提出了一种基于惯性坐标时域相对不变性的恒星辨识与抑制方法。推导了地平坐标系与惯性坐标系的数学转换关系,并由此构建了恒星辨识模型;在不同的静态系统误差条件下,量化分析了恒星目标的惯性坐标时域相对不变性;最后,开展了恒星辨识与抑制算法的仿真与实验验证。仿真与实验结果表明:在时间间隔为10 s、静态系统误差为10″的条件下,恒星的惯性坐标最大相对差异为0.51″(赤经),0.16″(赤纬),其时域相对不变性满足恒星辨识需求,辨识过程完全不依赖星场密度。经100圈次中高轨目标实测图像验证,本文方法未出现恒星虚警及中高轨目标检测缺失的现象。
目标检测 恒星辨识与抑制 中高轨目标搜索 惯性坐标系 target detection identification and suppression of stars search of GEO and MEO inertial coordinate system
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100049
风云三号E星(FY-3E)搭载的高光谱大气探测仪(HIRAS-II)能够实现大气的垂直探测,具有高光谱、高灵敏度、高精度的特点。仪器在轨之后由于仪器衰减和环境变化的原因产生非线性响应,影响在轨定标精度。针对非线性响应的问题,提出了一种基于带内光谱的非线性校正方法。首先基于带外低频光谱的非线性特征求解非线性校正系数,将此系数作为初值输入到辐射定标模型中,以星上测量的黑体带内光谱与理想光谱的偏差为目标函数,通过迭代优化非线性校正系数。通过辐射定标实验得出,校正后的黑体亮温偏差明显低于未校正和基于带外光谱的校正方法。将HIRAS-II的观测数据与IASI进行交叉比对并计算平均亮温偏差和偏差绝对值,经过带内校正法非线性校正后的亮温平均偏差为-0.13K,优于带外校正方法。
HIRAS-II 非线性校正 在轨定标 带内光谱 HIRAS-II nonlinearity correction on-orbit calibration in-band spectrum
光学 精密工程
2023, 31(19): 2898
南京邮电大学 通信与信息工程学院, 南京 210003
为了在高动态、低信噪比的条件下实现对低轨物联网信号的快速捕获, 提出了一种用于快速捕获低轨物联网信号的部分匹配滤波-快速傅里叶变换(PMF-FFT)改进算法。首先, 利用星历信息预估多普勒频偏, 缩小频域搜索范围; 然后, 通过补零、加窗方法克服PMF-FFT算法的扇贝损失; 最后, 采用频域差分非相干累积提高低信噪比下的输出增益。仿真分析表明, 所提改进算法在信噪比为-25~-15 dB时能提高低轨物联网信号的检测概率, 搜索范围由15~35 kHz缩小为24.8~25.2 kHz。
低轨卫星物联网 多普勒频移估计 扇贝损失 部分匹配滤波-快速傅里叶变换 low-orbit satellite internet of things, Doppler fr
1 中山大学电子与信息工程学院,广东广州 510006
2 中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081
低轨(LEO)宽带星座卫星通信作为地面 5G无线通信系统的重要补充,始终面临地面可视卫星数量大、传统选星算法计算复杂度高等难题。为实现高效的卫星分组选择算法,基于多输入多输出(MIMO)系统原理,以大尺度路径损耗模型为基础,结合递减卫星选择算法,从而以较低计算复杂度、更快收敛速度有效逼近最优容量性能。该算法在典型 LEO星座系统构型下通过数值仿真得到了验证,为未来 5G低轨卫星星座通信传输方案设计提供了一种参考思路。
卫星通信 多输入多输出系统 低轨卫星 选星算法 satellite communication Multiple Input Multiple Output Low Earth Orbit satellite satellite selection algorithm 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 608
1 中国空间技术研究院西安分院空间微波技术重点实验室, 陕西西安 710000
2 中国空间技术研究院, 北京 100081
3D打印通过流体材料或粉体材料的层片叠加, 将 CAD设计转化为三维实体零件, 无需模具或机加工, 凭借极大的设计自由度和生产效率, 近年来逐渐用于工业产品的直接制造, 在配件减重、模型验证、复杂结构一体化成型、零部件受损修复方面具有极大的优势。本文介绍了 3D打印技术及其分类, 举例分析该技术在航天器微波部件的应用情况, 探讨其对射频器件制备的影响。最后, 对 3D打印在空间部件制造的关键问题和发展进行了展望。
3D打印 航天应用 空间微波部件 在轨增材制造 3D printing aerospace applications microwave devices on-orbit manufacturing 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 555
1 南京邮电大学通信与信息工程学院通信与网络技术国家工程研究中心, 江苏南京 210023
2 西安空间无线电技术研究所, 陕西西安 710199
跳波束技术作为一种高通量卫星资源分配方法, 能够根据地面业务需求灵活配置星上资源, 提高星上资源利用率。本文将跳波束技术应用到低轨星座场景中, 针对用户业务先验未知和先验已知两种情况, 考虑波束间的共信道干扰, 基于迭代算法和凸优化制定了适用于低轨星座的两种跳波束资源调度策略。与传统策略对比, 能达到更高的系统吞吐量, 同时具有较好的时延性能, 且适应用户业务的不均分布。
低轨星座 跳波束 资源分配 同频干扰 LEO constellation beam-hopping resource allocation co-channel interference 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1429