星間-星內(nèi)無線通信技術(shù)研究.pdf

1、快速響應(yīng)空間技術(shù)是目前我國空間技術(shù)的重要發(fā)展方向,星間/星內(nèi)通信系統(tǒng)是快速響應(yīng)衛(wèi)星平臺的重要組成部分。傳統(tǒng)的星內(nèi)通信一般采用點(diǎn)對點(diǎn)或總線等有線連接方式,但有線連接的方式不能實(shí)現(xiàn)即插即用,不利于系統(tǒng)的快速集成和快速測試,不能滿足快速響應(yīng)的需要。
　　為此本文提出了支持即插即用的基于無線體制的星內(nèi)通信系統(tǒng),針對星內(nèi)無線通信的特殊性,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電磁兼容、軟件協(xié)議等方面進(jìn)行了理論研究和試驗(yàn)分析。針對星間通信及編隊(duì)的任務(wù)特點(diǎn),提出了變速率

2、的通信方法,并對其進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文提出了基于無線體制的星內(nèi)通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),針對各單機(jī)/部件的要求將其劃分為無線通信單元以及專用功能單元兩部分,通過無線通信單元實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星平臺各專用功能單元的信息交互。針對星內(nèi)無線通信體系結(jié)構(gòu)以及星內(nèi)通信多徑、遮擋等問題,深入研究了不同通信體制下星內(nèi)通信的主要性能及技術(shù)指標(biāo)。通過優(yōu)化設(shè)計確定了FSK/GFSK的調(diào)制解調(diào)方式,建立了無線通信基本單元的理論模型。采用SOC及RFIC作為核心

3、部件,實(shí)現(xiàn)了無線通信的基本單元,并通過無線通信基本單元在星內(nèi)環(huán)境下的通信試驗(yàn),驗(yàn)證了星內(nèi)無線通信體系結(jié)構(gòu)的合理性和可行性,為星內(nèi)無線通信的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
　　針對星內(nèi)無線通信存在的遮擋及多路徑問題,提出了多元環(huán)形天線射頻耦合通信的新方法。基于天線設(shè)計理論建立了近場射頻通信模型,通過了仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證,表明該方法可以實(shí)現(xiàn)可靠的射頻通信,解決了遮擋及多路徑問題。針對無線通信的特點(diǎn),研究了星內(nèi)/星外無線通信電磁環(huán)境的作用機(jī)理,得出了

4、星表為導(dǎo)體的情況下,星內(nèi)通信和外部射頻信號互不干擾的結(jié)論,并通過實(shí)際的無線通信基本單元驗(yàn)證了該結(jié)論的正確性,為星內(nèi)/星外無線通信的信道及信息路徑設(shè)計提供了理論支持。
　　在星內(nèi)通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對衛(wèi)星平臺即插即用的需求,提出了基于動態(tài)時隙分配的無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。通信協(xié)議中采用了主從的工作方式,由上位機(jī)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的工作時序?yàn)橄挛粰C(jī)分配應(yīng)答時隙,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各單機(jī)部件統(tǒng)一調(diào)度和單機(jī)部件的即插即用。對無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行

5、了仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證,測試表明,基于動態(tài)時隙分配的無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議較好的解決了無線通信時碰撞的問題,滿足系統(tǒng)實(shí)時性的要求。協(xié)議允許節(jié)點(diǎn)的自由地加入及退出網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了即插即用的要求。通過試驗(yàn)衛(wèi)星三號的在軌試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)星內(nèi)無線通信技術(shù)的驗(yàn)證。
　　針對衛(wèi)星編隊(duì)過程中的執(zhí)行任務(wù)期間衛(wèi)星距離近、通信數(shù)據(jù)量大,而非任務(wù)期間距離遠(yuǎn)、通信數(shù)據(jù)量小的特點(diǎn),再根據(jù)通信鏈路方程,在發(fā)射功率及信噪比不變的條件下,可實(shí)現(xiàn)通信速率損耗和通信距離損耗之間的交換,提