基于机器学习的星地量子通信成码率预测及实验验证

星地量子通信已经验证了广域量子通信网络的可行性,面对未来量子通信网络多用户的特点,能够准确、快速预测成码率是高效利用星地量子网络资源的核心问题。提出了一种基于机器学习及恒星星像图像识别的信道预测新方法,并将此方法应用于北京地面站的观测中。实验结果表明,恒星星像的图像识别正确率可达88%,并给出是否开展星地实验的建议。在建议开展星地对接的信道情况下,预估该时段量子卫星北京地面站在仰角39.5°的筛选成码率约为8~9 kbit/s,实际星地量子通信实验的筛选成码率为8.8 kbit/s。实验结果可用于合理安排多颗卫星、多个地面站的星地对接任务,提高星地量子通信的成功率,避免浪费卫星和地面站资源,推动量子通信卫星组网的实用化研究。     

星地量子密钥分发中的时间同步研究

高精度的时间同步是星地量子密钥分发实验的关键.给出了一种新型的时间同步方案,该方案采用与量子信号光共光路的同步光脉冲,采用单光子探测器对同步光脉冲进行探测,通过基于时间标记型高精度时间测量插件对信号事例和同步事例进行精确的时间测量.解决了星地量子密钥分发实验中星上同步光对卫星平台载荷和资源要求较高及同步光与量子信号光的...     

基于卫星星历的时延变化研究

本文研究利用卫星星历中的轨道参数以及地面站的经纬度和高程,采用几何矢量法,建立了对各种轨道卫星具有通用性的卫星接收信号时延变化估计模型,分析了低轨、中轨和高轨卫星接收信号时延变化情况。仿真结果表明,本文建立的模型具有较好的适用性,为星地网同步缓冲器大小的设置以及星地同步的设计提供了参考依据。     

雷暴云背景下星地量子通信链路多参数融合寻优策略

为降低雷暴云对星地量子通信链路的影响，提出了一种基于多参数融合的星地量子通信链路切换策略。仿真分析了雷暴云中大气带电粒子浓度和观测高度对量子纠缠度、信道容量以及链路误码率之间的关系。将量子纠缠度、信道容量、链路误码率这三个参数进行加权并利用该加权因子的阈值来寻找当前时刻最优卫星接入星地量子通信链路中。仿真结果表明，使用参数加权融合因子来进行链路切换可以提高切换的成功率，并改善切换过程中掉话率高的问题。因此，采用参数加权融合因子来进行链路切换，对星地量子通信链路的可靠性有明显改善。     

近地卫星测控中的一种GPS时间同步方法

针对近地卫星测控中的星地时间同步问题,首先建立星地时差模型,在重点分析星地时差误差源的基础上,提出使用星载 GPS 接收机的时间信息对卫星时间进行同步,并建立 GPS 时间同步模型,从理论上对星地时差进行误差源的比较和分析,最后应用于近地卫星测控。结果表明,利用 GPS 的星地时间同步方法的误差源少,时间同步精度高,误差在±1ms 以内,精度优于 1ms,并施用于在轨卫星长期管理与测控。     

面向低轨卫星的星地信道特性研究与仿真

随着5G的应用与6G的研究,构建空天地一体化网络已经成为未来通信系统的发展方向。低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星网络可以提供大容量、低时延、广覆盖的通信能力,是未来天基网络的重要组成部分。然而星地信道传播距离长,电磁环境复杂,其传播特性与地面蜂窝网络有着很大不同。介绍了目前低轨卫星关于星地链路信道的标准化进展,分析了影响星地链路信道特性的因素及计算方法。在仿真平台上利用Starlink卫星数据对星地链路传播中的各种损耗进行了仿真,为低轨卫星星地链路设计提供了参考。     

星地时间异步条件下快速建链方法

针对星地时间异步而导致卫星与地面设备无法正常建链的问题,提出了一种星地时间异步条件下星地快速建链的方法,阐述并分析了1 pps秒脉冲同步下星地信号收发关系,设计了针对大钟差卫星信号的盲捕算法,给出了盲捕模式下的星地快速建链流程,并采用地面设备对星进行了无线试验验证,实现了星地钟差在1 s范围内的星地快速建链。     

船载通信侦察系统距离估算研究

介绍了海上通信信号传播模型,选择以Longley-Rice传播模型为基础,采用实验数据拟合的方法得到模型参数,通过与实测数据进行比较,证明了该方法能够较好地反映海上通信信号传输的实际损耗.再根据该模型计算接收点场强,对船载通信侦察系统在不同距离上的侦察概率进行定量分析,进而估算系统的有效侦察距离.此方法结合了理论模型与实验数据,为估算系统有效侦察距离、对比不同系统性能优劣提供了新思路.     

卫星导航定位系统星地时间同步方法

星地时间同步是卫星导航定位系统的重要组成部分,其精度和可靠性对导航系统的定位精度和性能有重大影响。该文简要介绍了星地时间同步的基本原理,阐述了卫星导航定位系统星地时间同步常用的单向时间同步、双向时间同步和激光时间同步方法,并对这三种方法的优缺点进行了分析比较,对建立新型卫星无源导航定位系统应采用的星地时间同步方法提出了自己的观点。     

星地光通信发展状况与趋势

星地之间日益增长的高数据率和大通信容量的通信需求，必须用光通信来实现。否则卫星光网与光纤光网之间将形成传输“瓶颈”，限制通信的发展。美国的激光通信演示系统、光通信演示和高速率链路设备、空间技术研究卫星2实验、同步轨道轻量技术实验、火星激光通信演示系统，日本的激光通信实验装置等均对星地光通信进行了有成效的探索。中国也在跟瞄（APT）、光相控阵和新型星地通信等研究方面不断探索。如何提高跟瞄系统的性能，如何克服空同大气影响，如何将数据传输率提高到每桫吉比特并实现低误码率，如何使卫星与地面光纤网相连将是未来星地光通信的发展趋势。     

Effect of non-spherical atmospheric charged particles and atmospheric visibility on performance of satellite-ground quantum link and parameters simulation

In order to study the relationship between the non-spherical atmospheric charged particles and satellite-ground quantum links attenuation. The relationship among the particle concentration, equivalent radius, charge density of the charged particle, the attenuation coefficient and entanglement of the satellite-ground quantum link can be established first according to the extinction cross section and spectral distribution function of the non-spherical atmospheric charged particles. The quantitative relationship between atmospheric visibility and communication fidelity of satellite-ground quantum link were analyzed then. Simulation results show that the ellipsoid, Chebyshev atmospheric charged particle influences on attenuation of the satellite-ground quantum link increase progressively. When the equivalent particle radius is 0.2 μm and the particle concentration is 50 μg/m³, the attenuation coefficient and entanglement of the satellite-ground quantum link is 9.21 dB/km, 11.46 dB/km and 0.453, 0.421 respectively; When the atmospheric visibility reduces from 8 km to 2 km, the communication fidelity of satellite-ground quantum link decreases from 0.52 to 0.08. It is shown that the non-spherical atmospheric charged particles and atmospheric visibility influence greatly on the performance of the satellite-ground quantum link communication system. Therefore, it is necessary to adjust the parameters of the quantum-satellite communication system according to the visibility values of the atmosphere and the shapes of the charged particles in the atmosphere to improve reliability of the satellite-ground quantum link.     

一种共形阵星地通信地面接收波束形成器设计

为了满足卫星和地面实现通信的需求,设计了一种共形阵的星地通信面接收波束形成器.采用球面阵圆极化天线的形式,在FPGA平台上完成信号处理.系统可以完成对信号的接收、下变频和数字波束形成等功能.系统内置整套卫星定位和数字波束形成算法,可根据上位机给出的星历平根数据,自主完成实时计算卫星位置、波束指向角度和权系数,可同时完成...     

卫星量子通信的光子偏振误差影响与补偿研究

针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对运动对量子偏振态相位和对准的具体影响。仿真分析了量子偏振态相位延迟和对准误差对系统量子误码率影响,提出了一种新的BB84协议与半波片旋转相结合的偏振补偿方案。该方案通过对准提前量补偿的加入弥补原有补偿方案补偿过程中不能进行通信的缺陷,可基本实现零角度偏振误差,保证卫星量子通信的安全可靠性,且因该方案仅需在原有系统上添加一个半波片,易于实现。     

适用于海上卫星通信终端的快速测试系统

针对海上卫星通信终端在性能调试、系统联试和试验现场环节中关键特性的快速检测需求,设计和开发了一套便携式测试系统。测试系统可模拟生成码片速率为3.069 Mchip/s的星地前向扩频信号,接收解调数据速率最大为2.0 Mb/s的返向正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)调制信号,且具备快速检测终端捕获和跟踪卫星信号时间是否优于7.0 s的能力。采用软件无线电思想,基于Matlab的卫星信号模拟程序替代现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)完成数据的组帧、加扰和扩频处理,降低了测试系统开发难度和周期,并提高了适应性和灵活性。各阶段的应用结果表明,便携式测试系统能够快速测试卫星通信终端的关键特性,为现场及时发现并定位问题提供了可靠依据。     

基于纠缠度计算的低轨道量子卫星通信切换算法

为了解决低轨道(Low Earth Orbit, LEO) 量子卫星通信的越区切换问题,提出了基于纠缠度计算的量子卫星通信切换算法。在卫星与终端距离和量子噪声的作用下,得出了环境与量子系统消相干后两粒子系统的纠缠度,并且系统始终选择与终端纠缠度最大的卫星进行切换。仿真结果表明,LEO卫星在700km和1400km轨道上在一定纠缠度下的切换成功率可达到95%以上,这很好的实现了量子卫星的平稳切换,对于构建未来全球量子通信系统及其标准的制定有着重要的技术支撑作用。     

Identification of the source of an interferer by comparison with known carriers using a single satellite

We describe a method for identifying the source of a satellite interferer using a single satellite. The technique relies on the fact that the strength of a carrier signal measured at the downlink station varies with time due to a number of factors, and we use a quantum‐inspired algorithm to compute a “signature” for a signal, which captures part of the pattern of variation that is a characteristic of the uplink antenna. We define a distance measure to numerically quantify the degree of similarity between two signatures, and by computing the distances between the signature for an interfering carrier and the signatures of the known carriers being relayed by the same satellite at the same time, we can identify the antenna that the interferer originated from, if a known carrier is being relayed from it. As a proof of concept, we evaluate the performance of the technique using a simple statistical model applied to measured carrier data.     

量子密钥分发系统中高精度同步方案设计

针对光纤量子密钥分发(QKD)系统中信号同步的关键问题,提出了一种光同步方案。发送方通过现场可编程门阵列（FPGA）产生一定特征的同步脉冲序列驱动同步激光器,产生的同步光和信号光耦合到一根光纤传给接收方。接收方经过高速甄别后使用高频时钟来“采样”接收到的同步脉冲序列,使得双方达到严格同步;同时经过高精度延时调整后提供给单光子探测器作为门控信号,最大限度地去除暗计数。该方案具有高精度,低成本,容错性好的特点,已经成功应用于城域量子通信网络。     

一种低轨卫星通信的定时提前计算方法

低轨(LEO)卫星网络作为地面网络的重要补充,是未来天地一体化网络的重要组成部分。由于LEO卫星的高移动速度以及星地通信的大传播距离造成了高传播时延,因此需要新的针对LEO卫星星地通信背景的上行链路的定时提前量(TA)的计算策略。本文基于LEO卫星的星地通信场景,介绍了TA及其在协议中的规定,并针对LEO卫星的特点,提出一种LEO卫星通信的定时提前计算方法。通过仿真分析验证了所提方案的有效性,为LEO卫星星地通信系统的设计提供了参考。     

基于Kalman滤波预测主动段卫星测控信号质量的方法

通过建立卫星运动学模型,采用kalnmn滤波算法得到主动段卫星飞行弹道的最优估计以及卫星飞行姿态变化情况,利用其与卫星天线辐射方向图的对应关系,修正星地理论接收电平,最终实现主动段卫星姿态变化情;兄下,星地测控信号质量的预测,为地面决策指挥提『盐科学的信息支持。