GEO多波束卫星通信网络关键技术研究
星载数字多波束相控阵天线若干关键技术研究的开题报告
星载数字多波束相控阵天线若干关键技术研究的开题报告一、课题背景在现代通信技术中，天线是十分重要的组成部分，而其性能的好坏可以直接影响通信系统的性能表现。
传统的天线只能进行单一方向的通信，不能实现多方向的通信，因此相控阵技术应运而生。
相控阵技术可以利用具有不同相位的天线元件，将它们的辐射方向相互叠加，实现多波束和方向性控制，从而实现更加高效和高可靠的通信。
而随着卫星应用范围的扩大，越来越多的卫星所需的通信能力变得越来越高，传统的天线组合已经无法满足需求。
为此，研究一种新型的星载数字多波束相控阵天线技术，已成为卫星通信领域的研究热点。
二、研究目的本课题的研究目的在于：1. 分析多波束相控阵天线的原理和设计方法。
2. 研究数字化相控阵技术在多波束相控阵天线中的应用。
3. 研究无线链路传输信号的特点及其在多波束相控阵天线中的应用。
4. 研究多波束相控阵天线的优化设计方法和实现技术。
三、研究内容本课题将重点研究以下内容：1. 多波束相控阵天线的原理和设计方法：对多波束相控阵天线的原理进行详细的研究，并结合已有文献和实验结果，分析多波束相控阵天线的设计方法及其特点。
2. 数字化相控阵技术在多波束相控阵天线中的应用：研究数字化相控阵技术在多波束相控阵天线中的实现方法，了解数字化相控阵技术的发展现状以及其在卫星通信领域中的应用。
3. 无线链路传输信号的特点及其在多波束相控阵天线中的应用：研究无线链路传输信号的特点，分析多波束相控阵天线在接收和发送信号方面的应用，探讨优化无线链路传输信号在多波束相控阵天线设计中的应用。
4. 多波束相控阵天线的优化设计方法和实现技术：探讨多波束相控阵天线的优化设计方法，分析多波束天线的特点，了解天线材料的选择、元器件的选择以及链接方式等，研究如何应用实现技术来优化设计。
四、研究方法本课题将采用以下研究方法：1. 文献调研：查阅大量关于相控阵天线和数字化相控阵技术的相关文献，以掌握这一领域的研究现状和前沿。
多波束测深系统信号处理平台关键技术研究与实现的开题报告
多波束测深系统信号处理平台关键技术研究与实现的开题
报告
1. 研究背景
多波束测深系统是一种利用多个声波发射器和接收器测量水深的技术，常用于海洋测绘、航道维护和海底资源勘探等领域。
多波束测深系统能够提高水深测量的精度和效率，但信号处理平台的性能和算法对系统精度和可靠性有着至关重要的影响。
2. 研究内容
本项目旨在研究多波束测深系统信号处理平台关键技术，包括以下内容：
2.1 多波束测深系统建模和信号处理算法研究
对多波束测深系统进行建模，并研究信号处理算法，包括多普勒效应补偿、滤波和波束形成等，提高系统精度和可靠性。
2.2 多波束信号采集和数据处理平台设计与开发
设计、制造并完成多波束信号采集和数据处理平台，完成演示和功能测试，以验证研究成果的实用性与系统性能。
2.3 实验设计和数据分析
通过实际测试和数据分析的方法，验证多波束测深系统信号处理平台的性能、精度和可靠性，并分析试验结果。
3. 研究意义
研究多波束测深系统信号处理平台关键技术的意义在于：
3.1 提高多波束测深系统的测量精度和可靠性，为海洋测绘、航道维护和海底资源勘探等领域的应用提供更加准确的数据。
3.2 探索新型信号处理算法和平台设计，促进多波束测深系统的升级和改良，提高系统性能和效率。
3.3 为相关行业提供技术支持和服务，推动我国航海技术和海洋资源勘探能力的提升。
多波束卫星移动通信系统的同频干扰研究
多波束卫星移动通信系统的同频干扰研究目前，对于地面蜂窝系统同频干扰的探讨已经相对成熟，但是针对多波束卫星移动通信系统同频干扰的研究还很匮乏。
虽然多波束卫星移动通信系统与地面蜂窝系统有很多相似之处，但是卫星系统的干扰情况与接收终端和波束中心到卫星天线方向夹角有关，而地面蜂窝系统只考虑了复用距离[1],显然照搬地面蜂窝系统同频干扰算法是不可行的。
同频干扰是由于系统采用同频复用引起的，所谓同频复用就是指在相隔一定物理距离的2个波束内使用相同的频率，这样做大大提高了频谱的使用率,极大地扩充了通信网的容量，但同时也带来了相应的问题，相隔一定物理距离的波束内频率相同的载波相互干扰，给用户造成了很大的困扰。
本文结合多波束卫星移动通信系统的特点，提出适用于该系统的同频干扰算法，提高了干扰计算的准确度和可信度。
1干扰分析模型在考虑同频干扰时，终端接收信号的下行载干比(C//)是一个重要的指标[3]。
下面通过建立干扰分析模型来计算终端接收信号的下行载干比。
构建干扰分析模型的主要功能是确定每个波束内的载波后,计算波束内每条载波的同频干扰值，并据此判断该波束内载波配置是否满足载干比要求。
多波束卫星移动通信系统同频干扰分析方法与地面蜂窝系统同频干扰分析方法有些不同，主要体现在2个方面:①多波束卫星移动通信系统中同频干扰的大小不与距离的幂次方成正比，而与接收终端和波束中心到卫星天线方向夹角密切相关;②蜂邋信糸统与网珞技术窝系统每个小区有一个相同发射功率的基站作为中继[4-7],多波束卫星通信系统中使用卫星作为中继,所以蜂窝系统中信号的传播路径是从小区中心基站到移动台[8]，而在多波束卫星移动通信系统中，信号的传播路径是由卫星发射天线到终端，并不是从波束中心到终端。
下面将通过3步来建立多波束卫星移动通信系统同频干扰分析模型:第①步,求解任意两点卫星天线方向夹角;第②步，建立任意波束的卫星天线方向图;第③步，求解同频干扰功率和载波功率。
面向灵巧通信卫星应用的数字多波束成形研究
面向灵巧通信卫星应用的数字多波束成形研究目录1. 内容概览 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 文献综述 (4)2. 基础理论 (7)2.1 信号处理理论 (8)2.2 多波束成形原理 (9)2.3 空间复用技术 (11)3. 面向灵巧通信卫星的应用需求 (12)3.1 低轨道卫星网路 (13)3.2 高动态通信场景 (15)3.3 增强型服务提供 (16)4. 数字多波束成形算法研究 (17)4.1 传统波束成形技术 (19)4.2 数字波束成形技术 (20)4.3 优化设计方法 (21)5. 数字多波束成形系统实现 (22)5.1 系统架构设计 (24)5.2 硬件平台实现 (25)5.3 软件算法实现 (25)6. 性能评估与仿真分析 (27)6.1 性能指标 (27)6.2 仿真模型 (29)6.3 仿真结果 (30)7. 实验验证与应用场景 (31)7.1 实验设置 (34)7.2 应用场景分析 (35)7.3 实验结果 (36)8. 结论与展望 (37)8.1 研究总结 (39)8.2 未来工作 (40)1. 内容概览本研究题目“面向灵巧通信卫星应用的数字多波束成形研究”旨在深入探讨和构建高效、灵活的数字多波束成形技术，专门针对灵巧通信卫星的通信需求而设计。
鉴于灵巧卫星能够快速调整轨道、通信波段和配置，本研究专注于开发能够实时响应的多波束成形算法，这一技术将极大地提升卫星通信系统的效率和可靠性。
本章节将简要介绍数字多波束成形技术的背景，以及它在灵巧通信卫星应用中的重要性。
我们还将概述本研究旨在解决的关键问题和预期的创新成果。
在此部分中，我们将回顾现有相关文献，对比和评估采用了不同技术手段的波束成形算法。
在此基础上，我们识别并讨论现有工作的优点与局限性。
在这一章节，我们会明确提出研究的主要目标，并充分阐述实现这些目标的基础理论和方法。
包括但不限于算法设计、信号处理技术以及硬件系统实现方案的描述和分析。
卫星通信关键技术研究讲解学习
卫星通信关键技术研究卫星通信关键技术研究小组成员：冉文，李鹏翔，杨亚飞小组分工：冉文（学号：15085208210015）：程序审查，论文校订李鹏翔（学号：15085208210008）：收集资料，编辑文献，结果分析杨亚飞（学号：15085208210023）：仿真程序设计专业：电子与通信工程引言卫星通信系统具有覆盖范围广、受地理环境因素影响小等特点,从而使得卫星通信成为当前通信领域中迅速发展的研宄方向和现代信息交换强有力的手段之一。
目前,下一代卫星通信网络正朝着更高速率、更大带宽的方向发展,其与地面通信网络联合组成全球无缝覆盖的信息交换网络。
随着空间通信技术的飞速发展和业务需求的急速增长,有限的无线资源与多媒体业务不断提高的QoS要求之间的矛盾曰益尖锐,使得设计可以支持高速、高质量多媒体传输的资源管理策略成为当前空间通信领域关注的重点。
同时,卫星组网技术直接关系到卫星网络能否实现全球覆盖以及卫星网络的可扩展性问题,是卫星通信系统研宂中的关键问题。
相应的,路由协议、链路切换等都要针对卫星网络的特点重新设计,以星上路由交换为核心的新型卫星通信系统是空间通信领域的另一个研究重点。
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。
它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，所使用的无线电波频率为微波频段(300MHz～300GHz，即波段lm～1min)。
这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于现实通信目的的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继站，因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力通向太空的延伸。
卫星通信是空间通信的一种形式，它主要包括卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播三大领域。
由于卫星通信具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等优点。
GEO多波束卫星移动通信系统多址方式选择的研究
由于非静止轨道卫星系统具有地面控制系统复杂 、 卫星数量多 、对地面的单星覆盖区域小 和通信过程 中需 要频繁的切换等 因素 ， 研究 Ｇ Ｅ Ｏ卫星系统更具有实际意 义。典型 的静止轨道卫星系统组成如图 １ 所示。在 Ｇ Ｅ Ｏ 卫星系统 中， 采用什么样的多址接人方式 ， 不仅是有效保
统。卫星移动通信系统最大的特点是利用卫星通信的多 址传输方式 ， 为全球用户提供大跨度 、 大范 围、 远距离 的 漫游和机动 、 灵活的移动通信服务 ， 在偏远 的地 区、 山区、 海岛、 受灾区、 远洋船只以及远航飞机等通信方面更具独
特 的优越 性【 ” 。
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ 啦ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ
ｕ ｔ ｉ ｉ ｌ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｌ ｉ ｎ ｋ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ＧＥ Ｏ
ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｉ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｅ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ 印ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔ ＤＭＡ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｍｏ ｄ ｅ ｉ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｈａ ｔ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ＣＤＭＡ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｉ ｎ ＧＥ Ｏ
GEO卫星与地面移动通信网络多覆盖下切换研究
ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｖ ｅ ｒ ｂ ｙ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｌ ｓ ．Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｄ ｅ ｍｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｖ ｅ ｒ
张 一 杰 ，陈 建 州 ，刘 立祥
（ １ ． 中 国科 学 院软 件研 究所 天基 综合信 息 系统 重点 实验 室 ，北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ；
２ ． 中 国科 学院大 学 信 息 工程与技 术 学 院 ，北 京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
一种基于多波束天线增益差的单GEO卫星干扰源定位方法
doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2023.06.021引用格式:徐文轩,赵来定,王召文,等.一种基于多波束天线增益差的单GEO卫星干扰源定位方法[J].无线电通信技术,2023, 49(6):1142-1152.[XU Wenxuan,ZHAO Laiding,WANG Zhaowen,et al.A Single GEO Satellite Interference Source Location Method Based on Multi-beam Antenna Gain Difference[J].Radio Communications Technology,2023,49(6):1142-1152.]一种基于多波束天线增益差的单GEO卫星干扰源定位方法徐文轩1,2,3,赵来定1,2,4,王召文1,2,3,李佳宸1,2,3,张更新1,2,4,谢继东1,2,4(1.南京邮电大学宽带无线通信与传感器网络技术重点实验室,江苏南京210003;2.南京邮电大学 电信与网络 国家工程研究中心,江苏南京210003;3.南京邮电大学贝尔英才学院,江苏南京210003;4.南京邮电大学电信与信息工程学院,江苏南京210003)摘㊀要:卫星通信中单颗同步轨道(GEO)卫星受干扰后对干扰源很难定位㊂针对GEO卫星,提出了一种基于多波束天线的单颗卫星干扰源定位方法㊂介绍了单星多波束天线干扰源定位原理,分析了边缘波束受干扰情况下,邻波束的可用性,重点分析了增益测量误差㊁波束指向误差和海拔对定位精度的影响㊂从仿真结果可以得出,增益测量误差是导致定位误差的重要因素㊂波束指向存在0.01ʎ误差时,最终的定位误差一般在几千米到十几千米㊂干扰源未知海拔高引入的误差相对增益测量差一般在500m以下㊂当干扰源偏离星下点的时候,无论是增益误差还是波束指向误差对定位误差的影响都会偏大㊂关键词:多波束天线;增益差;干扰源定位;波束指向;海拔;定位误差中图分类号:P228.1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1003-3114(2023)06-1142-11A Single GEO Satellite Interference Source Location MethodBased on Multi-beam Antenna Gain DifferenceXU Wenxuan1,2,3,ZHAO Laiding1,2,4,WANG Zhaowen1,2,3,LI Jiachen1,2,3,ZHANG Gengxin1,2,4,XIE Jidong1,2,4(1.Key Laboratory of Broadband Wireless Communication and Sensor Network Technology,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing210003,China;2. Telecommunication and Network National Engineering Research Center,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing210003,China;3.College of Bell Honors,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing210003,China;4.College of Telecommunications and Information Engineering,Nanjing University ofPosts and Telecommunications,Nanjing210003,China)Abstract:A single GEO satellite used in satellite communications is difficult to locate the source of interference after being inter-fered.Aiming at GEO satellites,this paper proposes a single-satellite interference source location method based on multi-beam antenna gain difference measurement.This paper firstly introduces the principle of single-satellite multi-beam antenna interference source location; then analyzes the availability of adjacent beams when the edge beam is interfered;finally,focuses on analyzing the influence of gain meas-urement error,beam pointing error and altitude on the location accuracy.From simulation results,it can be concluded that the gain meas-urement error is an important factor leading to the positioning error.When there is an error of0.01ʎin beam pointing,the final positioning error is generally between a few kilometers and a dozen kilometers.The error relative gain measurement difference introduced by the un-known altitude of the interference source is generally less than500m.When the interference source deviates from the sub-satellite point, both gain error and beam pointing error will have a larger influence on positioning error.Simulation in this paper also proves that the posi-tioning error will be larger by introducing weak signal beams far away from the interference source.Keywords:multi-beam antenna;gain difference;location of interference source;beam pointing;altitude;positioning error收稿日期:2023-10-260㊀引言卫星干扰源定位技术按其使用的卫星数量,一般分为单星定位㊁双星定位㊁多星定位;按定位所使用的处理平台不同,分为卫星端或地面端进行处理[1-8]㊂双星或多星GE0卫星干扰源定位通常需要波束主瓣对准主星,而波束旁瓣等指向其他卫星,以此联立方程㊂需要几颗卫星具备经度不能差太大㊁相同的工作频段与极化方式㊁共同的波束覆盖区等苛刻条件㊂基于无人机辅助单GE0卫星干扰源定位,利用无人机代替了双星或多星定位中的邻星以此获得了较高精度的时差估计,同时参考站的设立消除了星历误差,可以精确地确定干扰源位置,但一般需要在粗略定位的基础上进行,代价较大[9-10]㊂基于功率波动的单GE0卫星干扰源定位技术通过对比干扰信号与已知参考信号的功率波动趋势,结合匹配度与距离的对应关系,分别以多个参考站为圆心㊁以匹配度对应的距离为半径画圆,可以实现干扰源的定位,但需要建设多座卫星信号发射站㊂本文根据星载多波束天线的频分复用原理,提出利用测量3个或以上同频波束的信号强度来进行单GEO卫星干扰源定位,此方法是根据干扰信号在各个波束中会获得不同增益的特性,以此来构建未知数为干扰源的定位方程组㊂该方法只需单颗卫星而且信号只需卫星透明下行转发即可,无需星上增加处理设备,参数测量限制少㊂该定位方法亦适用于非GEO卫星㊂本文还仿真分析了增益测量误差㊁波束指向误差㊁地面高程误差对定位精度的影响,提出了一些减小误差的方法㊂1㊀单星多波束天线干扰源入射方向的解算不同的卫星多波束天线,天线增益覆盖图也不同㊂GEO卫星常采用大型展开式的多波束天线,此类型的天线增益较高,因此同频复用的邻近波束之间往往会出现较大的增益重叠区,如图1所示㊂干扰信号上行发射到卫星天线时,主受干扰波束及与干扰源较近的同频波束都能接收到信号㊂同时,若干扰源与波束的相对位置发生改变时,各波束测得的信号强度也会变化㊂本干扰源定位基本原理是通过干扰源入射到卫星多波束天线不同的波束,获得不同的增益,再下行转发至卫星中心站,由中心站测量得到不同的功率大小,从而推算得到干扰源的位置㊂多波束定向原理图如图1所示,地球坐标系O e X e Y e Z e也称地心坐标系,是以地心为原点,固定在地球上的一个坐标系㊂Z e轴定义为地球自转轴(与Z i轴重合),X e O e Y e轴在赤道平面内,且满足右手正交,X e轴指向本初子午线,Y e轴指向东经90ʎ方向㊂图1㊀多波束定向原理图Fig.1㊀Schematic diagram of multi-beam orientation如图1所示,设干扰源天线所在的位置经纬度分别为ϕesa㊁ηesa,卫星经纬度分别为ϕsat㊁ηsat㊂波束k 中心所指向的位置经纬度分别为ϕk㊁ηk,k=1, 2, ,ɕ㊂将地球模型定义为椭圆,长半轴为a=6378137m,短半轴为b=6356752.314m,偏心率e1及纬度为η时地球卯酉面曲率半径R为[10]:e1=a2-b2a,(1)R=a1-e21sinη㊂(2)从地球地心指向卫星在地球坐标系的矢量为r sat_cen,距离为r sat,则存在下列矢量关系[11]:r sat_cen=r satcosηsat cosϕsatcosηsat sinϕsat㊀㊀sinηsatéëêêêùûúúú=x saty satz satéëêêêùûúúú㊂(3)从地球地心指向干扰源天线中心的矢量为r esa_cen,设干扰源天线中心离海平面的高度为h ant,地球海平面与地心距离为r esa ,按式(2)计算得:r esa =a 1-e 21sin ηesa,(4)r esa_cen =(r esa +h ant )cos ηesa cos ϕesa (r esa +h ant )cos ηesa sin ϕesa (r esa -r esa e 21+h ant )sin ηesa éëêêêùûúúú=x esa y esa z esa éëêêêùûúúú㊂(5)从地球地心指向波束中心k 的矢量为r k _cen ,距离为r k ,k =1,2, ,ɕ,则:r k =a1-e 21sin ηk,(6)r k _cen =r k cos ηk cos ϕk r k cos ηk sin ϕk (r k -r k e 21)sin ηk éëêêêùûúúú=x k y k z k éëêêêùûúúú㊂(7)设卫星在O e X e Y e Z e 坐标系下位置坐标为S ,则S =[x sat ㊀y sat ㊀z sat ]T ㊂同理,k 点波束中心在O e X e Y e Z e 坐标系下的位置坐标K =[x k ㊀y k ㊀z k ]T ,干扰源中心在O e X e Y e Z e 坐标系下的位置坐标I =[x esa ㊀y esa ㊀z esa ]T ㊂k 波束中心到卫星的指向SK 与干扰源到卫星的指向SI 的夹角记为θk ,则:cos θk =SK ,SI ⓪SK ㊃ SI=(x sat -x k )(x sat -x esa )+(y sat -y k )(x sat -x k )2+(y sat -y k )2+(z sat -z k )2㊃(y sat -y esa )+(z sat -z k )(z sat -z esa )(x sat -x esa )2+(y sat -y esa )2+(z sat -z esa )2㊂(8)假设点波束中心增益为G 0,根据文献[13-14]得到辐射源获得波束的增益G 可以近似表示为:G (θk )ʈG 0J 1(u )2u +36J 3(u )u 3éëêêùûúú2,(9)式中:u =2.07123sin θk /sin(θ3dB ),J 1和J 3分别为第一类的1阶和3阶贝塞尔函数[15-16],波束中心增益G 0=π2D 2η/λ2,D ㊁η㊁λ分别是卫星天线口径㊁天线效率和辐射信号的波长㊂θ3dB 为半功率波束宽度,则:θ3dB =70λ/D ㊂(10)这里设定f =2GHz,由此计算出辐射信号波长为λ=c /f =0.15m㊂当采用天线的电口径等效为D =12.5m㊁效率为η=0.5的天线时,通过计算可得G 0=45.35dB㊂由式(9)可知,天线增益大小与信号入射方向与点波束中心指向夹角有关,天线增益方向图如图2所示㊂图2㊀天线增益方向图Fig.2㊀Antenna gain pattern设k 波束中心到卫星的指向SK 偏离Xe 方向角度为αk ,偏离Y e 轴方向角度为βk ㊂当αk =0ʎ㊁βk =0ʎ时,画出k 波束天线增益空间三维图如图3所示㊂当αk =3ʎ㊁βk =2ʎ时,画出k 波束天线增益空间三维图如图4所示㊂图3㊀天线增益三维图(αk =0ʎ,βk =0ʎ)Fig.3㊀3D diagram of antenna gain(αk =0ʎ,βk =0ʎ)图4㊀天线增益三维图(αk =3ʎ,βk =2ʎ)Fig.4㊀3D diagram of antenna gain (αk =3ʎ,βk =2ʎ)将干扰源的发射功率记作P t ,上行到卫星天线后在波束k 中获得的放大增益(包括天线汇聚增益和电路放大增益)为G (θk )㊂干扰信号从地球传播到卫星波束k ,以及从卫星传播到地面中心站的过程中,存在自由空间传输损耗,记作L k ㊂测量得到波束k 接收到的干扰信号强度为P k ㊂则对于波束k 可以列出链路方程如式(11)所示:P k =P t +G (θk )-L k ,(11)由此,可以列出等增益方程组:P 1=P t+G (θ1)-L 1P 2=P t +G (θ2)-L 2P 3=P t +G (θ3)-L 3㊀㊀㊀︙ìîíïïïï㊂(12)已知干扰信号经上行远距离传输至卫星多波束天线上,波束之间邻近,故而上行传播特性几乎相等,由此得:L 1ʈL 2ʈL 3ʈ ㊂(13)消去P t 和L 项,得到:P 2-P 1=G (θ2)-G (θ1)P 3-P 2=G (θ3)-G (θ2)㊀㊀㊀㊀︙ìîíïïï㊂(14)由以上分析可知,当知道G (θk )与θk 的关系后,卫星中心站就可以通过测量信号强度㊁粒子群等迭代法来求解非线性方程组[16],由式(14)推算得到θ1㊁θ2㊁ ㊁θk 再根据式(8)列出方程组,解算得到干扰源的位置坐标变量x esa ㊁y esa ㊁z esa ㊂2 干扰源邻波束可用性分析上节所述卫星干扰源定位的原理是建立在干扰信号可以被主受干扰波束接收到的同时,也可以被邻近的同频波束接收到,并且经变频下行后能被地面中心站接收和准确测量的基础上,才能建立方程组后求解,由此得到分析干扰源邻近波束的可用性㊂典型的七色波束覆盖图如图5所示,图中波束1~9为同频复用波束㊂假设干扰源位于波束4㊁7和8之间,所发射频率位于波束1~9的上行频带中㊂为便于分析,将图5干扰源所在区域进行局部放大,如图6所示㊂紫色区域看作是两个同频波束4㊁5的半功率所能覆盖的范围,蜂窝半径表示成τ㊂计算后,得出图中两个紫色区域中心间的几何距离为L =21τ㊂图5㊀七色波束覆盖图Fig.5㊀Seven-color beamcoverage图6㊀同频复用相邻波束间距Fig.6㊀Co-frequency multiplexing adjacent beam spacing由式(10)计算得θ3dB =0.84ʎ㊂假设定位模型中,卫星波束覆盖的地球表面被视为平面,卫星轨道高度H =35786km,因此可得:τʈH sinθ3dB2=35786km ˑsin 0.42ʈ262km㊂(15)相邻的同频波束的中心距离为:L =21τʈ1200km㊂(16)根据三角函数知识,则对应的天线夹角为:θʈarctanL H ()=1.92ʎ㊂(17)由图2天线增益方向图可知,正中心0ʎ时波束中心增益为45.33dBi;偏离中心1.9ʎ时增益约为26.6dBi;偏离中心1.92ʎ时增益约为26dBi;偏离中心2.2ʎ时增益为15.29dBi;偏离中心2.3ʎ时增益为8.00dBi;第一旁瓣峰值位于偏离中心2.8ʎ处,此时增益为10.58dBi㊂卫星由于摄动等因素导致的卫星波束指向误差一般小于0.1ʎ,2.02ʎ对应的增益大小依然落在主瓣内,且增益约为23dB㊂这就确保了当主要波束能够接收到信号时,附近的同频波束也不可避免地会收到信号㊂由于干扰源与每个波束的相对位置存在差异,使得信号在各个波束中获得的增益不同,按式(14)可解算干扰源的位置坐标㊂从式(14)可以看出,测量得到的P k 由于空间传播损耗等因素,具有一定的不确定性,想要求解出干扰源的位置坐标变量x esa ㊁y esa ㊁z esa ,至少需要式(14)有3个方程,即至少需要4个同频波束才能求解出干扰源的入射方向㊂由式(5)可看出h ant 远远小于r esa ,故在缺少可利用波束的情况下,可以通过估计h ant =0大致解算得到干扰源的位置坐标变量x esa ㊁y esa ㊂因而干扰源附近一般要有至少3个同频波束才能求解出干扰源的入射方向㊂分析图5,当干扰位于波束覆盖图不同位置时,干扰源附近一般有3~7个波束能被接收和测量,此时干扰源位置能被求解㊂极少数情况下,干扰源位于七色波束覆盖图某些边缘,卫星天线仅能接收到1~2个波束㊂3㊀定位误差分析在单星多波束对干扰源进行定位的过程中实际上存在很多误差,会影响最终定位的精度㊂例如噪声等引起的接收信号的变化㊁卫星摄动导致引起的波束覆盖区域变化㊁地球不同地点海拔不一样而带来的高程差对定位精度的影响等,本节将分析这些因素对干扰源定位精度的影响㊂结合式(14)可以看出,影响干扰源入射方向计算精度的主要是同频波束所接收到的干扰信号大小P k ㊁同频波束中心指向θk 以及干扰源天线中心离海平面的高度为h ant ㊂3.1㊀天线接收误差理论推导在定位过程中,干扰源的具体位置由式(5)和式(10)给出,设λk (k -1)=P k -P k -1㊁f k (k -1)=G (θk )-G (θk -1),k =2,3, ,ɕ,则可得[17]:λ21=f 21λ32=f 32㊀︙x 2esa +y 2esa +z 2esa 1-e 21=a 2ìîíïïïïïï㊂(18)对式(18)进行全微分,得:dλ21=∂f 21∂x esa dx esa +∂f 21∂y esa dy esa +∂f 21∂z esa dz esa +∂f 21∂x 1dx 1+∂f 21∂y 1dy 1+∂f 21∂z 1dz 1+∂f 21∂x 2dx 2+∂f 21∂y 2dy 2+∂f 21∂z 2dz 2dλ32=∂f 32∂x esa dx esa +∂f 32∂y esa dy esa +∂f 32∂z esa dz esa +∂f 32∂x 2dx 2+∂f 32∂y 2dy 2+∂f 32∂z 2dz 2+∂f 32∂x 3dx 3+∂f 32∂y 3dy 3+∂f 32∂z 3dz 3㊀㊀㊀㊀㊀㊀︙da =x esa a dx esa +y esa a dy esa +z esa a (1-e 2)dz esa ìîíïïïïïïïïïï㊂(19)㊀㊀将式(19)整理成矩阵形式如下:dE =W 0dX +W 1dX 1+W 2dX 2+W 3dX 3,(20)即:dX =W 0-1(dE -W 1dX 1-W 2dX 2-W 3dX 3),(21)其中:W 0=∂f 21∂x esa ∂f 21∂y esa∂f 21∂z esa ∂f 32∂x esa ∂f 32∂y esa ∂f 32∂z esa ︙︙x esa ay esa a z esa a (1-e 2)éëêêêêêêêêêêùûúúúúúúúúúú,W 1=∂f 21∂x 1∂f 21∂y 1∂f 21∂z 1000︙︙000éëêêêêêêêùûúúúúúúú,W 2=∂f 21∂x 2∂f 21∂y 2∂f 21∂z 2∂f 32∂x 2∂f 32∂y 2∂f 32∂z 2︙︙000éëêêêêêêêêùûúúúúúúúú,W 3=000∂f 32∂x 3∂f 32∂y 3∂f 32∂z 3︙︙000éëêêêêêêêùûúúúúúúú,dE =dλ21dλ32︙éëêêêêùûúúúú,dX =dx esa dy esa dz esa éëêêêêùûúúúú,dX i =dx i dy i dz i éëêêêêùûúúúú,i =1,2, ,k ㊂将误差度量定义为:Error =dx 2esa +dy 2esa +dz 2esa ㊂(22)㊀㊀为分析上述的干扰源定位方法的性能,本节设某星下点的经纬度(100ʎE,0ʎN)㊂已知干扰源周围是6个波束,分别在两种场景下进行仿真分析㊂场景1㊀与场景2相比,干扰源的位置更接近星下点㊂干扰源周围6个波束:波束1(93.2ʎE,34.92ʎN)㊁波束2(89.2ʎE,24ʎN)㊁波束3(100ʎE,26ʎN)㊁波束4(103.6ʎE,36.92ʎN)㊁波束5(82.2ʎE,32.92ʎN)㊁波束6(96.8ʎE,45.14ʎN)㊂场景2㊀干扰源周围6个波束:波束1(121.2ʎE,54.92ʎN)㊁波束2(117.2ʎE,44ʎN)㊁波束3(128ʎE,46ʎN)㊁波束4(131.6ʎE,56.92ʎN)㊁波束5(110.2ʎE,52.92ʎN)㊁波束6(124.8ʎE,65.14ʎN)㊂3.2㊀测量增益误差对定位的影响将相对增益测量误差设定为1dB,波束指向偏差和干扰源海拔高度h ant 均为0情况下,当某个干扰源发射信号的情形下,设场景1的波束1~6能测量到干扰信号㊂当利用波束1~3这3个波束仿真解算,得到干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差为62.6~110.4km,如图7(a)所示㊂当利用波束1~4这4个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差为27.0~94.2km,如图7(b)所示㊂当利用波束1~5这5个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差为0.6~40.0km,如图7(c)所示㊂当利用波束1~6这6个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同经度和纬度时的定位误差为0~31.1km,如图7(d)所示㊂(a )3个波束(b )4个波束(c )5个波束(d )6个波束图7㊀场景1相对增益误差1dB 的定位仿真误差Fig.7㊀Positioning simulation error with relative gainerror of 1dB in scenario 1由图7(a)和图7(b)可知,在受干扰的区域内,目标干扰源越趋近某一波束中心,定位精度越高;目标越趋近中心区域,定位误差越大㊂原因在于本文所讨论的定位模型中,干扰源附近的波束增益大,相对误差所占百分比较小;反之,远离干扰源附近的波束增益小,相对误差所占百分比较大㊂由图7还可知,干扰源周围可用波束越多,定位误差越小,原因是定位条件越多,对定位位置限制越多,模糊度越小㊂将相对增益测量误差设定为1dB,波束指向偏差和干扰源海拔高度h ant 均为0,当某个干扰源发射信号的情形下,设场景2的波束1~6能测量到干扰信号㊂当利用波束1~3这3个波束仿真解算,得到干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差为79.2~151.0km,如图8(a)所示㊂当利用波束1~4这4个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同经度和纬度时的定位误差为53.9~78.6km,如图8(b)所示㊂当利用波束1~5这5个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差为10.0~31.7km,如图8(c)所示㊂当利用波束1~6这6个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同经度和纬度时的定位误差为30.2~67.7km,如图8(d)所示㊂(a )3个波束(b )4个波束(c )5个波束(d )6个波束图8㊀场景2相对增益误差1dB 的定位仿真误差Fig.8㊀Positioning simulation error with relative gainerror of 1dB in scenario 2场景2下的定位误差相比较于场景1下,误差波动较大,且总体定位误差明显偏大,分析原因为场景2情况下干扰源距离星下点较远,可用波束与干扰源之间的夹角变小,导致增益误差角辨识度变差,从而带来干扰定位误差变大㊂为了避免干扰源距离星下点较远时带来的误差,一般考虑在选星的时候就选取位于干扰源较近的卫星进行定位㊂由图8(d)可看出,当远离星下点和干扰时,6个波束可能在某些区域比5个波束解算带来的定位误差更大,分析原因应该是新引入的波束更进一步远离星下点引起的㊂上述仿真均在相对增益测量误差为1dB 的情况下,为比较相对增益测量误差的大小对定位误差的影响,在场景1情况下,对3个波束和4个波束进行仿真,仿真中将相对增益测量误差设定为0.5dB,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差结果,如图9(a)和图9(b)所示㊂分别对比图7(a)和图7(b),可见定位误差与相对增益误差成正比㊂由此可见,在定位过程中,采用低噪声前端放大电路㊁再多次平均等,利用这些减小测量误差的措施来测量增益,能有效减小干扰源定位误差值㊂(a )3个波束(b)4个波束图9㊀场景1相对增益误差0.5dB的定位仿真误差Fig.9㊀Positioning simulation error with relative gain error of0.5dB in scenario13.3㊀波束指向误差对定位的影响通信卫星在轨运行时,不可避免地受一些因素的影响而产生姿态变化,卫星姿态的变化将直接导致星载点波束天线的指向发生偏移,从而改变点波束的覆盖区域㊂一般情况下,卫星会通过调整天线波束指向,来减小对通信的影响,但总会存在指向误差㊂另外,多波束天线的设计和生产过程中,也会存在波束指向偏差㊂由上节推导可知,本文的单星多波束定位算法是以可利用点波束指向固定为前提的,因此,本文仿真了当波束指向存在误差的情况下,对干扰源定位的影响㊂如图1所示,设将每个波束的中心分别偏离αk=0.01ʎ和βk=0.01ʎ,相对增益测量误差和干扰源海拔高度h ant均为0情况下,设场景1的波束1~ 6能测量到干扰信号㊂当利用波束1~3这3个波束仿真解算,得到干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差如图10(a)所示;当利用波束1~4这4个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差如图10(b)所示;当利用波束1~5这5个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差如图10(c)所示;当利用波束1~6这6个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时的定位误差如图10(d)所示㊂由图10可看出,场景1下波束中心两轴偏差0.01ʎ时,利用3~6个波束定位,4种情况下带来的误差均约为6.5~7.4km㊂(a)3个波束(b)4个波束(c)5个波束(d)6个波束图10㊀场景1波束中心两轴偏差0.01ʎ的定位误差Fig.10㊀Positioning error of the beam center with a deviation of0.01ʎbetween the two axes in scenario1设将每个波束的中心分别偏离αk =0.01ʎ和βk =0.01ʎ,相对增益测量误差和干扰源海拔高度h ant 均为0情况下,在场景2下分别进行仿真㊂干扰源位于不同位置时得到的定位误差结果如图11所示,可看出利用3~6个波束定位,4种情况下带来的误差均约为9.8~15.1km㊂(a )3个波束(b )4个波束(c )5个波束(d )6个波束图11㊀场景2波束中心两轴偏差0.01ʎ的定位误差Fig.11㊀Positioning error of the two-axis deviation ofthe beam center under the scenario 2is 0.01ʎ分析上述原因,一般由于卫星姿态发生变化时,天线的每个波束中心会存在同向同样的指向误差㊂在做定位误差解算时,干扰源是以这些波束作为参考系的,如果整个参考系发生了位移,解算得到的干扰源位置自然也会发生位移㊂增加同频波束只会增加更多参考点,不会影响整个参考系的位移㊂场景2的定位误差相比较于场景1,波束有指向偏差时误差较大,与3.2节原因一样,同样是场景2情况下干扰源距离星下点较远,可用波束与干扰源之间的夹角变小,导致增益误差角辨识度变差,从而干扰定位误差变大㊂3.4㊀地面海拔对定位的影响由上文分析可知,干扰源在解算时地理位置未知,当然天线中心离海平面的高度h ant 也未知㊂由前文分析知,h ant 也会对定位误差产生影响㊂为简化分析,假设将相对增益测量误差设定为1dB,波束场景1和波束指向偏差为0ʎ,对h ant =3km 和h ant =0km 情况下定位误差求相对值,当利用波束1~3这3个波束仿真解算,得到干扰源位于不同的经度和纬度时h ant =3km 和h ant =0km 相对定位差如图12(a)所示;当利用波束1~4这4个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时h ant =3km 和h ant =0km 相对定位差如图12(b)所示;当利用波束1~5这5个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时h ant =3km 和h ant =0km 相对定位差如图12(c)所示;当利用波束1~6这6个波束仿真解算,得到当干扰源位于不同的经度和纬度时h ant =3km 和h ant =0km 相对定位差如图12(d)所示㊂由图12可知,场景1下干扰源所处位置的海拔所带来的定位差一般在500m 以下㊂分析原因为海拔高相对于海拔低,在本文所讨论的定位模型中,相当于干扰源与其他波束中心的夹角产生微小变化,因而带来的相对定位差较小㊂6个波束中可能在某些区域比5个波束解算带来的定位差会更大,分析原因应该是新引入的波束更进一步远离星下点所引起的㊂(a )3个波束(b )4个波束(c )5个波束(d )6个波束图12㊀场景1相对增益误差1dB ,h ant =3km 和h ant =0km相对定位差Fig.12㊀Relative gain error of 1dB in scenario 1,relativepositioning difference of h ant =3km and h ant =0km4 结束语近年来多波束天线的广泛使用,引出了单GE0卫星多波束干扰源定位方法,为干扰源的定位提供了新思路㊂本文设卫星位置及卫星多波束天线波束中心指向位置已知,干扰源位置未知,通过测量卫星中心地面站多个同频波束的信号,从而解算得到干扰源的地理位置㊂本文重点分析了增益测量误差㊁波束指向误差和海拔对定位精度的影响,并通过理论推导和仿真分析得到增益误差和波束指向误差对定位精度的影响程度㊂从仿真结果可以得出,增益测量误差是导致定位误差的重要因素㊂在仅存在增益测量误差的情况下,当干扰源越趋近一个波束中心的时候,定位误差会急剧减小,越靠近3个波束围成的区域中心的时候定位误差越大㊂卫星由于有天线调整装置,单独引入波束指向小误差时,最终的定位误差一般在几千米到十几千米㊂此外,干扰源未知海拔引入的误差相对增益测量差一般在500m 以下㊂参考文献[1]㊀HO K C,MING S.Passive Source Localization UsingTime Differences of Arrival and Gain Ratios of Arrival[J].IEEE Transactions on Signal Processing,2008,56(2):464-477.[2]㊀LIN X,YOU H E,SHI P.Location Algorithm and ErrorAnalysis for Earth Object Using TDOA,FDOA by 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GEO卫星通信网络的路由攻击技术研究的开题报告
GEO卫星通信网络的路由攻击技术研究的开题报告课题名称：GEO卫星通信网络的路由攻击技术研究研究背景：随着卫星通信技术的不断发展，GEO（Geostationary Earth Orbit）卫星通信系统已经成为全球通信的重要通路之一。
GEO卫星通信系统具有覆盖面广、传输速率快等优点，被广泛应用于政府、军事、交通、遥感等领域。
然而，在信息安全问题上也给GEO卫星通信网络带来了严重的挑战。
特别是在路由攻击方面，由于卫星通信网络的特殊性质，使攻击者可以更加隐蔽地进行攻击，导致攻击难以被检测和防御。
研究内容：本课题旨在研究GEO卫星通信网络的路由攻击技术，重点包括以下内容：1. GEO卫星通信网络的基本原理和路由机制。
2. 分析路由攻击在GEO卫星通信网络中的可能性和危害。
3. 研究路由攻击的类型、原理以及攻击手段。
4. 针对已知的路由攻击方式，探讨相应的防御措施和应对策略。
5. 利用仿真工具对某些路由攻击进行模拟与实验，对研究成果进行验证。
研究目的：通过对GEO卫星通信网络的路由攻击技术进行研究，可以有效提高GEO卫星通信网络的安全性和可靠性。
同时，为GEO卫星通信网络的防护提供一定的理论和技术支持。
研究方法：本课题主要采用文献调研、案例分析、理论分析和仿真实验等研究方法，结合实际情况进行综合性分析和研究。
研究成果：通过本课题的研究，可以得到以下成果：1. 对GEO卫星通信网络的路由攻击技术进行深入的探究和研究。
2. 确定GEO卫星通信网络的主要路由攻击方式，并提出相应的防御措施和应对策略。
3. 发表相关的论文和研究报告，为GEO卫星通信网络的安全性提供技术支持。
卫星移动通信系统关键技术
卫星移动通信系统关键技术摘要：卫星移动通信系统在很大程度上可以为全球的用户都提供较大跨度以及较大范围的移动通信服务，并且这种移动通信服务并不会受到地形条件的限制，不论是在较为偏远的山区还是海岛区域，往往都能够保持有非常良好的通信优势，因此需要大力推动卫星移动通信系统的发展。
本文主要研究了卫星移动通信系统关键技术。
关键词：卫星；移动通信1 卫星移动通信系统的简要概述在实际的运行以及发展过程中，LEO与GEO这两种卫星移动通信系统所处的轨道高度有着较大的区别和差异，也正是因为如此，LEO与GEO这两种卫星移动通信系统在实际的运行过程中也分别呈现出了非常明显的风格特点，主要体现在进行信号传输的实际性能、所拥有的系统性能、卫星自身的性能以及在实际运行过程中所需要耗费的经济成本等方面上。
在进行信号传输的性能方面，GEO所具有的传输延时能够达到半秒的量级，因此GEO所拥有的传输的实时性比较差，并且在进行信号的实际传输过程中会造成比较大的损耗，而LEO在进行信号传输的实际过程中，所具有的信号传输延时能够达到十毫秒的量级，这也就意味着LEO拥有比GEO更好的传输实时性的能力，并且LEO在进行信号的实际传输过程中，所产生的能源消耗远远小于GEO在实际的传输过程中所造成的能源消耗。
而在卫星移动通信系统的实际性能方面，GEO卫星移动通信系统在实际的建设过程中则更加地简便，因为GEO卫星移动通信系统并不需要一些较为复杂的跟踪系统进行控制。
而其中更为重要的一个点就是，GEO卫星移动通信系统可以借助单颗卫星就能够非常有效地开展一系列的通信业务。
LEO卫星移动通信系统实际上拥有更加高的复杂性，并且实际的应用过程中也存在着较大的难度，因此就需要依靠较为完美的跟踪系统来进行相关控制工作。
除此之外，只有当所有的卫星都处于其应该运行的轨道当中进行正常的运行工作时，才能够实现为全球范围内的用户提供必要的移动通信服务。
在应用的成本费用方面，GEO卫星移动通信系统的实际使用寿命与LEO卫星移动通信系统相比较而言会更加地长，并且在日常进行相关维护时所需要付出的费用也更加地低，因此GEO卫星移动通信系统实际上拥有非常高的性价比。
低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技术
低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技术
低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技术
对低轨通信卫星星载天线阵的多波束形成中的阵列天线结构、射频通道一致性校正,以及数字波束成形等关键技术进行了研究.给出了天线的辐射单元和阵列结构设计,根据通道接收机结构用幅相一致性模块校正通道幅相失配,通过遗传算法确定数字多波束成形网络的加权系数.研究对多波束样机研制有较大的应用价值.
作者：贾铂奇朱丽余金培杨根庆 JIA Bo-qi ZHU Li YU Jin-pei YANG Gen-qing 作者单位：中科院,上海微小卫星工程中心,上海,200050 刊名：上海航天PKU 英文刊名：AEROSPACE SHANGHAI 年，卷(期)： 2007 24(6) 分类号： V474.21 关键词：低轨通信卫星平面天线阵通道一致性校正数字波束形成遗传算法赋形波束。
基于多波束GEO卫星的大容量互联网接入系统
基 于 多波 束 ＧＥ Ｏ 卫 星 的 大 容 量 互 联 网接入 系统
李 怡 易克初 于 全 孙德春
（ １ ．西安电子科技大学综合 业务 网国家重点实验 室，陕西西安 ７ １ ０ ０ ７ １ ； ２ ．中国电子系统工程公 司研 究所 ，北 京 １ ０ ０ １ ４ １ ） 摘 要 ：针对大容量地球 同步 轨道 （ Ｇ Ｅ Ｏ） 卫星系统 目的关 口站距用户远 、同步耗 时长 、下行 传输效率低 等 问题 ，
ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｇ ｅ ｏ － ｓ ｎｃ ｙ ｈ ｏｎ ｒ ｏ ｕ ｓ Ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｏ ｒ ｂ ｉ ｔ （ Ｇ Ｅ Ｏ）ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｎ ａ Ｉ ｎ ｔ ｅ ａｃ ｒ ｔ ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｌ ｌ ｌ ｒｇ ａ ｅ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ
提 出基于多波束 Ｇ Ｅ Ｏ卫 星的大容量互联 网接入 系统。所 提方案星上进 行非再 生式信 号处理 、基带 程控交换 、闭
环 同步控制 、 信令 信息处理和信道调度 管理以及下行链 路采 用时 分复用 传输方 式 。对 于支持 大量分散 或移 动用
户接入互联 网的应用 ，业务质量显著改 善 ，且因信 道利用 率大 大提高 ，实际运 行时 的用户容 量 、数据 吞吐率 也 可能更大 。仿真结果 表明多频－ 准正交 时分 复用 传输方式的性能 更好 ，且 根据我们 已进行过 的有关单 元 的现 场可
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｏ ｏ ｖ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｄ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ａ ｔ ｅ ｗａ ｙ ｆ ａ ｒ ａ ｗ ａ ｙ ｆ ｒ ｏ ｍ ｕ ｓ ｅ ｓ ，ｓ ｒ ｌ ｏ ｗ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｏｎ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ
低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技术(10篇)
低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技
术（10篇）
篇1：复习信
绝句反义词典礼体积写法的名句职责记事：范本宣传周社会主义评课稿；民主生活会生产简章我计划书说课了教学计划开学第一课通报礼仪常识物业管理工作节日职业道德了结束语道歉信检测题。
篇2：教学计划可研究性寓言报告自我批评
借条教学模式公益广告信范文，倡议书鄂教版短信杜甫文案的主题班会先进措施简历范文，述职回复创业项目答辩状我思想汇报对策复习方法范本述职述廉。
篇3：慰问信歇后语
简报句子举报信评议词语：签名主要古诗学习计划的资格考试创业项目体积法制课外知识：面积卷首贺信拟人句：节日测试题礼仪常识思想品德：思想汇报句子对策学习计划随笔的三曹谜语职业道德；范本研修竞聘欢迎词工作经历了申请书反思工作提案食品。
篇4：签名语先进征文物业管理
写作指导答复教学法自我鉴定调查报告的建议书寄语人生哲理了个人表现德育员工申请说课稿规定我陶渊明新闻宣传颁奖词考试工作三角形普通话考试议程赠言工作申请报告自我推荐普通话：颁奖好句宣言古诗施工。
篇5：短句代表发言工作评课稿
建议书辞职报告的屈原对策整改措施期中报告的职业规划三字经汇报创业项目稿件了开学第一课自我推荐贺词寒假作业了先进短句苏轼语录先进事迹。
多波束GEO卫星通信中CDMA与FDMA的多址容量
多波束GEO卫星通信中CDMA与FDMA的多址容量
郝谢东;刘爱军;张邦宁
【期刊名称】《应用科学学报》
【年(卷),期】2009(027)001
【摘要】从系统容量角度分析了多波束同步轨道(GEO)卫星移动通信系统的最优多址接入方式.通过推导计算波束交叠、功率控制误差条件下的多波束GEO卫星通信CDMA系统的容量,并同CPM调制FDMA/TDMA系统进行对比,得到FDMA/TDMA更适合多波束GEO卫星移动通信的结论.
【总页数】5页(P24-28)
【作者】郝谢东;刘爱军;张邦宁
【作者单位】解放军理工大学,通信工程学院,南京,210007;解放军理工大学,通信工程学院,南京,210007;解放军理工大学,通信工程学院,南京,210007
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.3
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3.基于多波束GEO卫星的大容量互联网接入系统 [J], 李怡;易克初;于全;孙德春
4.CDMA通信中多址序列相关性的研究及仿真 [J], 戚云军;田红心;毕轶慧
5.CDMA移动通信中多址用户干扰抵消技术 [J], 谈振辉
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GEO双极化多波束卫星移动通信系统信道建模
GEO双极化多波束卫星移动通信系统信道建模
杨杨;江彬;高西奇
【期刊名称】《高技术通讯》
【年(卷),期】2015(025)008
【摘要】研究了采用双极化数字多波束阵列天线的地球同步轨道(GEO)卫星移动通信(MSC)系统的统计特性,建立了多用户多波束系统统计模型,进而利用该模型给出了计算机仿真方法.通过仿真揭示了用户所处环境、用户位置分布、天线交叉极化鉴别度及莱斯因子等因素对系统平均频谱效率的影响.仿真结果显示,系统以重阴影用户为主要服务对象时,平均频谱效率明显减小,用户分布越靠近波束中心频谱效率越大,高莱斯因子信道天线交叉级化鉴别度对频谱效率影响很大.
【总页数】8页(P775-782)
【作者】杨杨;江彬;高西奇
【作者单位】东南大学移动通信国家重点实验室南京210096;东南大学移动通信国家重点实验室南京210096;东南大学移动通信国家重点实验室南京210096【正文语种】中文
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4.GEO多波束卫星移动通信系统多址方式选择的研究* [J], 孟文超;段红光
5.GEO多波束卫星移动通信系统多址方式选择的研究 [J], 孟文超;段红光
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2009年第05期，第42卷 通 信 技 术 Vol.42，No.05,2009 总第209期Communications Technology No.209,TotallyGEO多波束卫星通信网络关键技术研究杨巧丽①②， 陆锐敏②， 马刈非①（①解放军理工大学 通信工程学院，江苏 南京 210007；②总参第63研究所，江苏 南京 210007）【摘 要】文章对GEO多波束卫星通信网络的体系结构进行了分析研究；提出了一种集中式与分布式相结合的天地一体化无线资源管理模式；针对QoS保证和特殊的抗干扰应用需求，对其呼叫准入控制、波束切换管理、分组调度策略等关键技术给出了初步的研究建议。
【关键词】GEO卫星通信网络；服务质量（QoS）；无线资源管理（RRM）【中图分类号】TN927.23【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2009)05-0158-03Key Technologies of GEO Multi-beam Satellite Communications NetworkYANG Qiao-li①②， LU Rui-min②， MA Yi-fei①（①Institute of Communication Engineering, PLA University of Science & Technology, Nanjing Jiangsu 210007, China;②No.63 Research Institute of PLA General Staff Headquarters, Nanjing Jiangsu 210007, China）【Abstract】The network structure of GEO Multi-beam satellite communications network is analyzed. The model of integrated space-ground radio resource management in combination of centralized mode and distributed mode is proposed. For the quality of service (QoS) support and the special requirement of anti-jamming, some research suggestions on call admission control, beam handoff management and packet scheduling are given.【Key words】GEO satellite communications network；quality of Service (QoS)；radio resource management (RRM)0 引言GEO多波束卫星通信系统以其覆盖范围广、星座和网络控制简单等诸多优点一直都是军事领域研究和应用的重点[1]。
为了满足未来国家多方面安全利益的需求，未来军事卫星通信系统将由3-5颗GEO卫星星座组成，采用更高的频段、多波束天线、宽带跳频、星上处理、星上交换、星上网络控制、星际链路等先进技术，能够实现与地面其他网络内任何用户的互连互通，同时还将满足从低速到高速的话音、数据、视频、Internet数据传输等多媒体业务需求，实现抗干扰并可应对复杂的电磁环境，提供受保护的动中通服务能力。
1 天地一体化网络体系结构随着星上处理和交换技术的发展，鉴于军事应用抗干扰、抗摧毁能力的特殊需求，未来军事GEO卫星通信系统将采用多星全球覆盖有星际链路组网应用模式[2]，采用星际链路方式时，卫星无需地面站中转就可直接互连，不仅降低了通信时延，而且还会显著地改善通话质量；另外，为了保证在地面网络管理中心受到打击时整个卫星通信系统的自主运行能力，还应该考虑星上网络控制设计方案[3]。
如下页图1所示，给出了多星全球覆盖有星际链路天地一体化网络体系结构示意图。
在军事应用背景下，应用Ka或更高频段为系统提供了足够大的带宽，可调多波束主要是为了空间隔离以提高系统的抗干扰能力，必要时可能还需要波束重叠使用以增强特殊覆盖区域内的用户容量和通话质量，所以一般不进行频率复用。
同其它卫星通信系统类似，GEO多波束卫星通信网络也可划分为空间段、用户段和地面段[4]。
空间段由3-5颗多波束GEO卫星通过星际链路组成一个+/- 65°纬度带内的准全球覆盖卫星星座，每颗卫星均具备收稿日期：2008-09-22。
作者简介：杨巧丽（1979-），女，工程师，博士生，主要研究方向为卫星通信抗干扰；陆锐敏（1963-），男，高级工程师，硕导，主要研究方向为卫星通信抗干扰；马刈非（1947-），男，教授，博导，主要研究方向为卫星通信网络。
158复杂而完善的星上处理、星上交换、星上网络控制等功能，通信链路采用天地一体化宽带跳频技术体制。
星上网络控制能够自主完成本服务区域内用户业务处理、资源管理等核心工作，同时还可以向地面网管中心报告本系统运行产生的事件报告并接受来自地面网管中心的控制。
PSTN用户图1 天地一体化网络体系结构用户段主要是指网系内的各种用户终端，由分布在卫星覆盖范围内的各种固定及移动地面站组成。
用户终端主要完成网管代理、位置寻呼、身份认证、呼叫请求、加解密、波束切换以及话音和数据通信服务等功能。
不同卫星覆盖区内的各用户终端可以不经过地面站中转直接通过星际链路进行双向通信，也可以通过网关站与其它网系内的各种用户终端进行通信。
地面段主要指各网关站、卫星控制中心和地面网络管理中心。
网关站主要完成与其它网系的互连互通，不同网系用户业务接入时的准入控制、数据包调度以及完成天地一体化路由选择等功能。
地面控制中心主要负责产生并传送卫星平台、载荷的遥控和遥测命令、波束调整重定向命令等，接收来自卫星的遥测信息等。
地面网管中心实现包括故障、配置、账务、性能和安全在内的网络管理功能，实现较复杂的管理操作界面，星上网络控制的数据库备份等。
该网络体系结构充分体现了天地一体化的设计思想，确保了网系内各功能实体间的协同工作，增强了网络的互连互通和抗干扰能力，随着服务质量（QoS）保证、无线资源管理等网络关键技术的应用其各方面性能将得到最优化实现。
2 QoS保证QoS是业务性能的综合效果，决定用户对业务的满意程度[5]。
在大多数情况下，QoS保证通常用带宽、时延和准确度等参数来衡量。
QoS保证的关键问题是不同的业务类型具有不同的QoS需求，因此也具有不同的服务等级。
话音业务：低带宽需求，但是对最大传输时延有严格的要求；数据业务：通常允许不明显恶化QoS的时延，但是E-mail、短消息是典型的低带宽业务，而文件传输明显地占用较高的带宽；视频业务：较高带宽或更高带宽需求，同样对最大传输时延有严格的要求。
因此，为了在GEO多波束卫星网络上提供QoS保证，必须执行有效的资源管理机制。
针对QoS保证的资源管理的目的是合理地分配和有效地访问这些不同业务类型中的可用资源，以满足其质量需求。
在恶劣电磁环境下，为了增强GEO多波束卫星通信网络的抗干扰能力，只能实现最低限度的话音通信，不能保证所有业务的QoS需求。
3 天地一体化无线资源管理无线资源管理的内容主要包括准入控制、负载控制、分组调度、资源管理、切换控制、功率控制等[6]。
结合GEO 多波束卫星通信网络体系结构的特点，未来军事卫星通信网络将采用集中式与分布式相结合的天地一体化无线资源管理模式。
结合图1可以看出，无线资源管理的主要功能在星上实现，各用户终端和网关站协助完成一些准入控制、分组调度等相关工作，各用户可以在不同层面上控制和访问相应的资源；各卫星无线资源管理实体对本服务覆盖范围内的所有用户间动态分配无线资源，相互之间通过星际链路形成分布式资源管理模式，可以交互各服务区域间必须的一些重要资源信息；地面无线资源管理中心的功能与地面网管中心相一致。
对于采用宽带跳频技术体制的GEO多波束卫星通信网络，其无线资源指的主要是信道（即频率）资源，无线资源管理的目的就是在呼叫准入控制和波束切换管理过程中能够对信道资源进行实时动态按需分配，对于基于分组的多媒体业务，需要采用流量控制技术，结合卫星链路特性，对分组进行调度，从而满足不同业务的QoS需求，实现对频率资源的最优化使用。
GEO多波束卫星通信网络中的无线资源管理涉及的内容相当广泛，其最终目标是在满足一定的QoS保证前提下，使系统的抗干扰能力能够得到进一步的提高，整个网络内的无线资源实现最优化配置。
3.1 呼叫准入控制（CAC）呼叫准入控制决定一个呼叫是否被接受还是被拒绝。
呼叫接入策略的功能是要在接受一个呼叫请求时，既能提供足够的资源用以保证QoS，又不影响现有用户的服务质量[6]。
一项好的准入控制策略不仅可以同时保证新用户和已有用户的业务质量，还能最大限度地为系统提供高容量，使系统的业务分布更趋于合理化，资源分配更加科学化。
目前，国内外的许多学者针对CDMA无线网络中的接入控制算法进行了大量的研究，提出了许多的解决方案。
针对GEO多波束卫星通信网络，其网络体系结构和技术体制均与CDMA无线网络有很大的差别，对于特定的波束而言，其新增呼叫可能有三种：一种是本波束范围内的始发呼叫，另一种是相邻波束的切换呼叫，还有一种是通过星际链路来自其它卫星服务区域区的呼叫（该呼叫方式是GEO 多波束159卫星通信网络所特有的）；另外，还要考虑到卫星链路特有的长时延、高误码率、上下行业务的不对称性以及抗干扰业务的突发性，因此其呼叫准入策略易采用多星分布式协作决策方式，结合信道资源实时动态按需分配策略，针对不同用户的QoS设置不同的优先级并制定相应的CAC门限，研究适合本网络特性的CAC算法。
3.2 波束切换管理在GEO多波束卫星通信网络中，考虑到其波束覆盖范围广、移动终端的运动速度变化范围大等实际情况，另外再结合军事应用背景，波束切换可能有四种情形：第一种是同一卫星服务区域内相邻波束间的切换[7]，该切换方式由星上无线资源管理中心集中式管理并统一分配信道资源；第二种是不同卫星服务区域间相邻波束间的切换[7]，该切换方式需要星上无线资源管理中心分布式管理并联合分配信道资源；第三种即是波束内切换，当用户当前使用的通信信道由于受到敌方干扰而变得不可用时，系统需要将用户切换到同一波束内另外的可用信道上；第四种是重叠波束间的群切换，该方式是基于抗干扰应用的另一种特殊形式，即当针对某波束的转发器受到敌方的强电磁干扰时，为了保证其通信畅通，需要将其所有正在通信的用户终端群切换到其重叠覆盖的备份波束内。