空间编队飞行器DS-UWB体制高速通信网络多用户检测技术研究

宇航科学是二十一世纪世界各主要国家重点发展的学科，空间编队飞行器网络高速通信与数据传输是宇航科学的核心技术之一,探索空间编队飞行器网络高速通信及数据传输新体制、新方法。DS-UWB有传输速率高、设备简单等优势，课题探索并论证了了应用DS-UWB体制构建空间编队飞行器高速通信链路的可行性,重点对空间编队多体制可控通信间频谱共存条件下的DS-UWB体制编队飞行器高速通信的多址干扰抑制机理进行了深入探索。项目首先推导并仿真建立了编队飞行器DS-UWB空间通信信号传播模型和通信链路，以发射功率和有效载荷最小化为条件选择链路传播参数；其次为有效抑制多址干扰、远近效应和窄带测控对通信性能的影响，项目探索了编队飞行器DS-UWB通信多址干扰抑制方法：针对低速空间编队通信，项目提出了基于MMSE和AFSA的检测算法，实验证明，该算法需要一定的迭代运算即可逼近OMD算法的误码率性能；针对高速通信和数传希求，项目提出了基于最优判决函数映射和K-均值聚类的检测理论，将匹配滤波器输出结果映射至特定的空间，构造分类器区分误码和正确码元，该方法不需要任何迭代运算，复杂度逼近匹配滤波法，而其性能与OMD算法差别极小，是理想的高速通信多址干扰抑制方法，与此同时，项目还探索了该方法的FPGA实现途径，构建了FPGA多址干扰抑制平台和仿真系统，实验证明，该方法适于FPGA硬件实现，通信性能与理论仿真一致；针对低信噪比环境下的空间编队通信，项目提出了基于检测性能优化理论的多源联合检测技术，构建了一个基于决策层融合的多用户检测系统，在此基础上详细讨论了最优决策层融合准则、大数投票判决准则、主席仲裁准则和否定逻辑准则在该多用户检测系统中的适用性，最后实验仿真结果表明，主席仲裁准则和否定逻辑准则适合用于本系统，它们能够以很低的计算复杂度来逼近OMD的性能。项目最后研究了DS-UWB与统一S波段测控的频谱共存问题，分析了USB窄带信号对于DS-UWB系统的干扰模型，仿真实验证明多址干扰抑制算法同样对于USB窄带干扰有较好的抑制效果；项目还探索了编队DS-UWB通信对USB接收机的干扰问题，高速UWB通信对低速窄带USB通信所形成的干扰可以近似看作是高斯白噪声干扰。项目的研究取得丰富的理论成果，对空间近距编队飞行器高速通信具有重要的理论和实际意义。