天地一体化信息网络

专题导读

盛敏

2023, 4(1): 1-1. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023001-1

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面向巨型星座系统的多地面站协同测控技术

刘阳, 周笛, 盛敏, 李建东, 郝时光, 郑晓天

2023, 4(1): 2-11. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023001

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测控技术是保障星座系统高效运维和管理的关键技术。近年来，随着星座规模的不断扩大，逐步形成了巨型星座系统，使得对星座的测控需求呈现爆发式的增长，从而对星座系统测控任务的完成量提出了新的要求。首先分析巨型星座系统测控任务约束和地面测控站设备约束并给出问题建模；其次提出一种地面站Agent基于学习规划片段的交互方式，通过引入约束惩罚算子和多地面站联合惩罚算子设计优化的目标函数；最后，提出一种多地面站Agent强化学习算法以求解多地面站协同任务分配策略。仿真结果显示，任务规模较大时，在文中提到的不同场景下该方法较传统算法有12%～20%的增益。

基于多智能体深度强化学习的测运控一体化资源调度方法

成思玥, 李浩然, 白卫岗, 周笛, 朱彦

2023, 4(1): 12-22. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023002

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随着卫星通信技术的发展，星座规模的不断扩大，测运控一体化成为主流趋势。星座规模大、调度对象多、复杂操作联合控制给卫星网络测运控一体化资源调度带来巨大的挑战。受制于调度算法求解效率低、约束复杂等问题，传统的测运控资源调度技术采用提前上注测控指令，按照固定部署执行任务，难以满足突发事件与紧急任务的调度需求。因此，提出一种基于多智能体演员-评判家确定性策略梯度算法的测运控一体化资源调度方法，采用集中式训练和分布式执行的方法，建立测运控一体化任务的多智能体模型，通过分析邻居智能体局部信息计算调度策略，提高任务的响应速度。依据测运控一体化资源调度问题中的模型和约束，选择影响意义大、可解释的约束，建立多智能体资源调度强化学习模型，并进行仿真测试。测试结果显示，该方法的任务收益较传统方法提高22%。

卫星网络测控资源鲁棒调度方法

纪翔, 刘润滋, 要趁红, 陈剑豪, 慕桃

2023, 4(1): 23-30. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023003

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卫星网络规模的持续增长为测控资源的有效调度带来了巨大挑战。受到天气等因素的影响，星地链路性能具有较强的不确定性。为了兼顾资源利用率与任务可靠性，提出一种鲁棒的测控资源调度方法。该方法可基于预测得到的星地链路信道状态分布与规划周期内的任务分布情况为测控任务安排传输窗口的开始时间与持续时长，并通过反向迭代的方式对资源分配方案进行优化从而最大化任务期望收益值。实验结果表明，与传统的非鲁棒调度方法相比，所提调度方法在不同信道分布下都能取得良好的任务收益，实现资源利用率与任务可靠性的有效提高。

面向大规模卫星网络协议设计和性能评估的实时仿真系统设计及验证

曹琦轩, 史琰, 周连伟, 丁新旺

2023, 4(1): 31-41. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023004

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针对当前仿真工具存在的问题，研究并开发实时网络仿真测试系统SiT4NET。首先，SiT4NET利用容器技术在保证节点独立性的基础上解决了有限仿真资源实现大规模网络节点部署问题，提升了仿真系统的资源利用率；其次，提出基于数据单元的节点间分组传输和系统级数据单元申请/回收机制，为网络的实时仿真提供核心支撑；再次，通过标准高层协议接口和内部分组格式及可重构的分组处理机制，降低了协议的仿真实现与目标平台之间转换的复杂度；最后，通过SiT4NET和OPNET平台搭建相同的卫星网络环境，设置多组仿真场景，对仿真结果进行比较和分析，说明SiT4NET可以满足大规模卫星网络性能仿真需求。

面向星地融合网络的CPM信号研究进展

潘子豪, 谢琛, 王桁, 郭道省

2023, 4(1): 42-49. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023005

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围绕6G的“全覆盖”愿景，星地融合作为核心技术之一，是未来无线通信系统发展的方向。建设星地融合网络、实现星地深度融合需要设计合理的物理层波形。针对星地融合信息传输面临的问题，分析连续相位调制（Continuous Phase Modulation, CPM）信号在频谱效率、能量效率上的显著优势与应用价值，从时频域的角度综述移动通信系统中CPM信号接收技术的研究进展，以期为后续星地融合中CPM相关研究提供支撑。

宇航级处理器发展现状与趋势

虞志刚, 冯旭, 陆洲, 高吉星, 丁文慧

2023, 4(1): 50-58. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023006

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航天电子系统是航天工程型号的“大脑”，是世界各主要国家竞相发展的核心领域。作为航天电子系统中最核心的器件，宇航级处理器直接影响航天型号的性能、可靠性和安全。在简要介绍航天电子系统的基础上，首先分析国外宇航级处理器架构发展现状；然后梳理形成SPARC、PowerPC、ARM、RISC V等宇航级处理器体系架构发展路线图，综合考虑架构、性能等参数，将其发展历程归纳总结为3个发展阶段：起步阶段、发展阶段、新的阶段；最后对未来宇航级处理器的发展方向总结为“五化”：众核化、商业化、智能化、生态化、云网化。

基于波束成形的低轨卫星物联网接入技术

谢旭旭, 丁晓进, 洪涛, 张更新

2023, 4(1): 59-65. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023007

摘要 ( 183 )

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融合地面物联网与卫星物联网，实现万物互联愿景，是未来天地融合网络发展的必然趋势。卫星物联网作为地面物联网强有力的补充，能够解决地面物联网服务范围受限的缺陷，但随着物联网规模的扩大，卫星载荷有限的难题会逐渐突出，将导致卫星难以满足日益增加的终端数目的通信需求。多输入多输出（MIMO）技术是地面5G的关键技术，也是6G卫星通信中的重要研究方向，考虑将MIMO中的波束成形技术引入低轨卫星物联网，实现空域资源的充分利用，从而达到提高系统容量的目的。针对波束成形技术的实施条件和卫星物联网的特征，讨论若干相关研究内容，包括信道模型、波束成形准则、单星负载均衡接入技术和面向干扰抑制的多星协作波束成形接入技术。

基于非理想信道状态信息的高通量卫星预编码算法

窦映喆, 薛冠昌, 杨明川

2023, 4(1): 66-72. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023008

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为了抑制频率复用造成的同频干扰，高通量卫星通信系统开始研究地面干扰抑制技术，包括应用于反向链路的多用户检测技术和应用于前向链路的预编码技术，建立考虑自由空间损耗、降雨衰减和波束增益等影响的前向链路模型。在非理想信道状态信息模型的基础上针对最小均方误差预编码算法进行改进，提出一种适用于非理想信道状态信息的改进最小均方误差预编码算法。考虑的卫星预编码算法采用更加精确的具有非理想信道信息的信道模型，将非理想信道状态信息纳入预编码算法并进行消除设计。仿真结果表明，基于高通量卫星预编码算法在非理想信道状态信息条件下能够显著提升系统的吞吐量，并且提高了系统的鲁棒性。

基于高斯近似的异步非正交多址接入多用户检测算法

王培森, 王悦能, 程波铭, 杨悦, 叶能

2023, 4(1): 73-81. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023009

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码域非正交多址接入（NOMA）技术是卫星互联网实现泛在互联接入的潜在技术之一。考虑到星地传输具有大传播时延、高信道动态等特点，地面接入设备间保持严格定时同步将导致难以忍受的时间资源开销。多用户需要在松弛的同步关系下实现接入。现有码域NOMA的多用户检测算法大多基于同步传输假设，无法准确建模并高效缓解异步多用户传输引入的复杂干扰。为此，将用户间的相对时延引入传统的二部因子图中构建一种新颖的多层因子图模型，并基于此提出一种基于高斯近似的低复杂度异步多用户检测算法。该算法在每个用户的估计之间进行迭代，并在用户之间传播估计信息改进近似。仿真结果表明，在高信噪比区域，所提出检测算法性能优于同步NOMA的类似算法。

VBR-GAM的SCMA高维度码本设计

邓旭, 储珂, 朱立东

2023, 4(1): 82-88. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023010

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在物理层，为了解决海量用户接入问题而使用稀疏码多址接入（Sparse Code Multiple Access，SCMA）技术。现阶段有关SCMA的研究中，除了SCMA多用户检测技术的研究，还会关注SCMA系统码本设计，性能良好的SCMA码本不仅能在多用户检测过程中提升其抗噪性能，而且能够降低检测复杂度。传统的码本设计方案主要针对低维度码本进行研究，而且所设计的码本方案大部分都是基于QAM、TCM、Lattice展开的，对于高维度码本很少涉足与研究。对此主要聚焦一种新型码本设计——黄金角度调制（Golden Angle Modulation, GAM），并在此基础上提出可变比特率（Variable Bit Rate, VBR）GAM码本设计。仿真结果表明VBR-GAM码本可以灵活满足不同业务的需求，也可以通过改变调制阶数来改变不同优先级用户的功率效率，从而实现码本的变速率传输，相比传统的GAM码本性能更优，可实现更低的误码率。

面向卫星物联网的交织LoRa传输方案

罗进, 夏家宝, 白杨, 白宝明

2023, 4(1): 89-97. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023011

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卫星物联网的传输距离要比地面物联网远得多，导致其传输链路上存在较大的功率损耗，接收端的接收功率变得非常低。将性能优异的编码方案与大扩频因子的LoRa调制相结合，可以实现在极低信噪比下的可靠通信。然而，LoRa调制方案随着扩频因子的增大，频谱效率急剧降低。鉴于此，设计一种交织LoRa传输方案，在降低误比特率的同时确保较高的频谱效率。首先给出LoRa的非相干软解调算法，并对Turbo和LDPC编码的LoRa系统进行性能仿真。接着提出交织LoRa传输方案的软解调算法。仿真结果表明，在误比特率为10^-5时，提出的Turbo编码交织LoRa传输方案相较于未编码方案性能提高了约4 dB，等价于在自由空间下的通信距离增加了55%～57%，与现有的Turbo-LoRa方案相比，频谱效率提高了约23%。

基于边缘计算的卫星地面站天线群因子自适应模糊PID控制系统

单海滨, 石艳军, 刘子菁, 李源鸿, 赵文化, 何沐全, 李楚洲

2023, 4(1): 98-102. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023012

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卫星地面接收站的天线跟踪控制系统一般采用PID控制。针对该类系统由于受到多种不确定性因素影响，难以获得最优的控制参数，造成PID控制的效果不够理想的问题，设计基于边缘计算的自适应模糊PID天线跟踪控制系统，通过模糊控制算法及时调整PID控制器的参数，并在边缘计算服务器中实现对模糊控制输入和输出的论域的优化计算。模拟运行结果表明，基于边缘计算的自适应模糊PID天线跟踪控制系统可以达到良好的控制效果。

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