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深空激光扩频通信测距一体化技术（特邀）

激光与光电子学进展 2024年第7期 141-149页

作者：李超洋孙建锋卢智勇周煜张龙坤姜玉鑫许玲玲潘含蕊贾弘辉袁浩铭陈卫标贺辉中国科学技术大学光学与光学工程系中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部上海卫星互联网研究院有限公司上海市卫星互联网重点实验室

在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差... 详细信息

在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统，提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法，并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建，是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明，对于静态目标，测距偏差不超过0.55 mm，测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标，测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外，扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步，可以提高实时性。

关键词：扩频通信插值重采样通信测距一体化深空探测

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基于DPPM的激光雷达通信测距一体化方案

光通信技术 2024年

作者：曹明华邓浩张悦张霞姚瑞芳兰州理工大学计算机与通信学院聊城大学物理科学与信息工程学院山东省光通信科学与技术重点实验室

针对激光雷达系统频谱利用率低和功耗高的问题，提出了一种基于差分脉冲位置调制（DPPM）的激光雷达通信测距一体化方案。它利用DPPM不同的脉冲时隙位置来代表通信信息和测距帧信号，接收机根据脉冲的时隙位置解调出通信信号并采用飞行... 详细信息

针对激光雷达系统频谱利用率低和功耗高的问题，提出了一种基于差分脉冲位置调制（DPPM）的激光雷达通信测距一体化方案。它利用DPPM不同的脉冲时隙位置来代表通信信息和测距帧信号，接收机根据脉冲的时隙位置解调出通信信号并采用飞行时间法（TOF）实现测距功能。同时，针对回波信号的低信噪比问题，使用脉冲累加算法对回波信号进行组帧处理以提高回波信号的信噪比。最后，通过现场可编程门阵列（FPGA）搭建了该通信测距一体化系统并进行了测试，结果表明该系统在实现5Mbit/s通信速率的基础上还能完成3m内平均测距误差为2cm的测距功能。

关键词：差分脉冲位置调制激光雷达通信测距一体化飞行时间法

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毫米波星间通信测距一体化技术研究

电讯技术 2023年第1期63卷 24-31页

作者：张仲楷崔高峰和梦敏辛星王卫东北京邮电大学电子工程学院北京100876

近年来卫星编队飞行和星间链路技术成为了航天领域的研究热点。在这种趋势之下,需要通过星间的相互通信与相对位置测量来保障编队构型的相对稳定以及实现星间协作。将星间通信和星距测量融合到一体化平台中可以实现通信测距一体化,能够... 详细信息

近年来卫星编队飞行和星间链路技术成为了航天领域的研究热点。在这种趋势之下,需要通过星间的相互通信与相对位置测量来保障编队构型的相对稳定以及实现星间协作。将星间通信和星距测量融合到一体化平台中可以实现通信测距一体化,能够降低负载,符合当前卫星的发展趋势。针对卫星毫米波星间链路设计了一体化波形,同时提出一系列信号处理技术完成波形的同步以及分离,实现了星间通信测距一体化。针对分离波形以及功放非线性对通信信号的影响,使用了基于深度学习的信号检测算法,降低了通信数据的误比特率。仿真结果验证了所设计的一体化波形及信号处理技术在星间链路应用的可行性。

关键词：星间链路通信测距一体化信号处理深度学习

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基于UWB自组网的通信测距一体化系统及其网络覆盖优化

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基于UWB自组网的通信测距一体化系统及其网络覆盖优化

作者：吴昌霖哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,地质、洪涝等自然灾害的频繁多发造成了大量的人员伤亡和经济损失,救援装备作为救灾救援力量的重要组成部分,对抢险救灾至关重要。在重大灾害导致的建筑物、道路坍塌的情况下,由于现场环境恶劣、基础设备缺失,救援人员通信、定... 详细信息

近年来,地质、洪涝等自然灾害的频繁多发造成了大量的人员伤亡和经济损失,救援装备作为救灾救援力量的重要组成部分,对抢险救灾至关重要。在重大灾害导致的建筑物、道路坍塌的情况下,由于现场环境恶劣、基础设备缺失,救援人员通信、定位困难,导致救援人员生命受到严重威胁。而另一方面,Decawave DW1000芯片的面世,使得UWB测距技术重新引起人们的重视,其高精度的时间戳打印能力使得UWB测距技术获得了更高的精度和更广泛的应用前景,搭建与Contiki之上的UWB自组织网络也被证明了可行性。本文针对以上情况,为了解决救援救灾中的部分需求,基于UWB自组网,研究通信测距一体化系统及其网络覆盖优化。为了解决救援场景中救援人员的通信、测距需求,本文设计并搭建了基于UWB自组网的通信测距一体化系统及其网络覆盖优化。首先,针对场景中的信源、电源匮乏等问题,本文进行了多种自组织网络协议的分析,最终认为Weaver同步传输协议最适合作为该场景下的自组织网络协议,其高可靠性与动态网络兼容性能够为救援人员执行任务过程中网络的可靠性提供重要保障。其次,为了满足救援人员的通信、测距需求,本文对通信测距一体化进行了探讨。为了维持Weaver协议所需的时间同步,本文设计并实现了通信测距一体化协同机制与任务调度算法,使得测距模块与串口模块在运行的同时不破坏Weaver协议所需的时间同步与时隙控制,使得UWB通信测距一体化自组网即获得了Weaver协议的高性能,也拥有了UWB的高精度测距能力。此外,在救援场景中,救援人员执行小队、单人任务时难以保障网络的连通性。因此,本文通过网络覆盖优化,为救援人员提供网络辅助信源推荐放置位置,来保障网络的连通性。首先,为了动态刻画救援人员的网络拓扑,本文设计了相对定位算法,为救援人员刻画相对定位图,增加了有效距离信息。接着,通过对相对定位图中不同类型节点进行网络覆盖优化,为救援人员提供网络辅助信源放置参考位置,保障了网络的连通性。最后,本文对基于UWB自组网的通信测距一体化系统及其网络覆盖优化进行了实验与评估,证明了通信测距一体化系统的可用性。而网络覆盖优化则对点覆盖率达到了70%以上的提升,并优于随机覆盖优化。

关键词：救援救灾 UWB 通信测距一体化相对定位网络覆盖优化

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飞行器群通信和相对定位一体化方法研究

飞行器群通信和相对定位一体化方法研究

作者：王慧楠西安电子科技大学

学位级别：硕士

对飞行器协同作战的研究已成为各国航空航天领域的研究热点,信息传输和测距定位是实现飞行器协同工作的重要基础,虽然目前对飞行器独立的通信和相对定位技术已有大量的研究,但是对其通信和相对定位一体化技术的研究仍不成熟。实现飞行... 详细信息

对飞行器协同作战的研究已成为各国航空航天领域的研究热点,信息传输和测距定位是实现飞行器协同工作的重要基础,虽然目前对飞行器独立的通信和相对定位技术已有大量的研究,但是对其通信和相对定位一体化技术的研究仍不成熟。实现飞行器群通信和相对定位的一体化,不仅可以最大限度的利用现有设备,减轻机载负担,还能增强抗干扰能力,提升飞行器在战场中的生存能力。因此,研究飞行器群通信和相对定位的一体化对飞行器集群协同作战效能的提升具有重要意义。本文以飞行器群间存在成熟的通信链路为前提,在此前提下,提出了利用飞行器间现有的通信链路来实现通信和相对定位一体化的方法,并进一步基于该方法解决了飞行器群间的相对定位问题。主要研究工作如下:(1)给出了基于软扩频技术与链接序列技术实现通信测距一体化的方案。首先,根据软扩频系统对扩频序列正交特性的要求,构建出具有良好自相关性和互相关性的mW复合序列;然后,利用到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)估计方法完成飞行器间距离的测量。仿真结果表明,软扩频系统可以实现双量程测距,在常规信噪比环境下可以实现小于10m误差的测距,在较高信噪比环境下通信误码率小于10量级,从而验证了基于软扩频技术与链接序列技术的通信测距一体化方法的可行性和有效性,并为实现飞行器群间的相对定位提供一种测距手段。(2)给出了基于测距信息实现飞行器间相对定位的方案。首先,为了保证定位结果的唯一性并提高定位精度,给出了定位参考飞行器的选择策略;然后,利用基于软扩频技术与链接序列技术的通信测距一体化方法获得飞行器间的相对测距信息,并以此为数据基础,经过相对运动检测、定位方程求解、定位结果融合过程实现了子飞行器的相对定位。本文针对相对运动检测中存在的运动状态难以判断的问题,提出了一种匀速/匀加速混合模型;针对各个飞行器局部定位结果间相关性不确定的问题,提出了一种基于迹最小准则的融合方法。仿真结果表明,本文的相对定位方法对于常见运动情形下的相对定位问题具有良好的稳定性。

关键词：飞行器群通信测距一体化 TDOA估计相对定位相对运动检测定位结果融合

毫米波星间通信测距波形设计与信号处理技术研究

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毫米波星间通信测距波形设计与信号处理技术研究

作者：张仲楷北京邮电大学

学位级别：硕士

近年来小卫星编队飞行、星间链路技术被广泛应用于通信、导航等领域,因此成为了航天领域的研究热点。在这种趋势之下,需要通过星间的相互通信以及相对位置的测量,来保障编队构型的相对稳定以及实现星间协作。本文针对星间链路,以实现星... 详细信息

近年来小卫星编队飞行、星间链路技术被广泛应用于通信、导航等领域,因此成为了航天领域的研究热点。在这种趋势之下,需要通过星间的相互通信以及相对位置的测量,来保障编队构型的相对稳定以及实现星间协作。本文针对星间链路,以实现星间通信测距一体化为目标,从星间通信测距波形设计、信号处理技术研究两方面着手进行系统方案设计以及仿真研究,论文主要工作为:(1)针对卫星通信和测距系统相对独立的现状,本文以毫米波频段单载波传输体制为基础,采用了波形共享的方案,设计了一种通信测距波形。该波形使用格雷互补序列构成测距波形,并且将测距波形的头部作为共享波形的前导序列,有效实现了星间通信测距一体化,节约了卫星的资源消耗,同时确保了系统性能。(2)针对星间链路存在的时频不同步问题,本文对信号处理技术进行研究,提出了基于前导序列的时频同步算法。基于前导序列的时间同步算法利用了格雷序列尖锐的自相关性质,通过相关峰搜索寻找最佳采样时刻,在低信噪下仍然具有较好的同步性能。基于前导序列的频偏估计算法参考了小数倍频偏估计方法,通过对前导序列长度设计,可以有效对抗随机噪声,提高估计算法的稳定性。(3)针对功率放大器非线性导致系统解调性能恶化的问题,提出了一种基于深度学习的信号检测算法,该算法建立起一个从复值符号映射到比特数据的模型。仿真结果表明,在考虑功放非线性的情况下,使用本文所提算法可以给系统性能带来约2-3dB的提升,有效提高了系统的解调性能。(4)依据本文所提出的通信测距波形以及信号处理算法,利用USRP硬件设备搭建软件定义无线电平台,实现了完整的信号传输、采集以及通信测距波形处理等流程,进一步验证了研究内容的可行性,为以后的实际应用打下了基础。

关键词：星间链路通信测距一体化信号处理深度学习

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微小卫星编队的星间测距系统设计及精度分析

哈尔滨工业大学学报 2009年第7期41卷 21-25页

作者：孙蕊兰盛昌徐国栋哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150080

提出了不依赖于GPS的小卫星编队星间测距方法.为满足编队卫星小型化任务的需求,该系统在不增加硬件的情况下,将测距功能集成于原有的星间通信设备上,实现同一星间链路下通信、测距功能的一体化.该方法以传统应答机模式为基础,将信号往... 详细信息

提出了不依赖于GPS的小卫星编队星间测距方法.为满足编队卫星小型化任务的需求,该系统在不增加硬件的情况下,将测距功能集成于原有的星间通信设备上,实现同一星间链路下通信、测距功能的一体化.该方法以传统应答机模式为基础,将信号往返于两星间的传输延时转换为距离,通常精度仅能达到几十米,为将精度进一步提高,分析影响测距精度的原因,提出概率补偿算法,并得到了在不同的风险概率下,达到不同精度时卫星所要发送的测距包的理论公式,使得系统的测距精度可以提高一个数量级.

关键词：非固定性延时概率补偿测距精度通信测距一体化

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激光通信测距技术发展现状及趋势研究

激光与红外 2013年第8期43卷 864-866页

作者：李玮中国电子科技集团公司第二十七研究所河南郑州450046

综述了国内外激光通信技术和激光测距技术的发展现状,指出由于空间条件等的限制,激光通信和测距的复合需求不断增加,激光通信测距一体化技术将成为未来发展趋势。在此基础上,深入分析了国外激光通信测距一体化技术研究进展,最后对激光... 详细信息

综述了国内外激光通信技术和激光测距技术的发展现状,指出由于空间条件等的限制,激光通信和测距的复合需求不断增加,激光通信测距一体化技术将成为未来发展趋势。在此基础上,深入分析了国外激光通信测距一体化技术研究进展,最后对激光通信测距技术的前景进行了介绍。

关键词：激光通信激光测距通信测距一体化发展现状发展趋势

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