火星探测论文提纲;大气进入段论文提纲

火星进入段中继通信信道建模和通信仿真研究

摘要：当探火飞行器以高超声速进入火星大气时,通信信道环境复杂。在其周围形成的等离子鞘套,将导致电磁波信号的大幅度衰减甚至造成通信中断,火星沙尘暴严重影响无线电波信号传输。此外,由于目前世界各国探火任务在进入段多采用直接对地通信,信息传输速率低,飞行器在整个进入、下降、着陆过程（EDL段）中无法保证高效可靠的通信,导致探测器无法按照预期安全着陆甚至着陆失败。本文基于火星探测大气进入段复杂信道环境,提出了火星进入段中继双极化MIMO通信方案,研究了火星探测器在EDL段不同极化波入射角度与信道容量的映射关系;建立了火星进入段中继双极化MIMO通信系统,评估了不同调制和编码方式下的通信方案的性能。本文的主要创新点和工作如下:（1）分析了目前各国火星探测任务大气进入段探测数据,分析了火星大气、电离层、云雾和火星沙尘对不同电磁波波段下电波信号传输的衰减;以火星“探路者”号进入段重建数据为例,建立火星进入段探测器表面等离子鞘套电子密度分布模型,重点研究了EDL段时变等离子鞘套对不同通信频段电磁波的衰减和相移,对火星探测器进入火星大气后的信号中断时间进行评估;（2）针对火星探测器与轨道器的中继通信场景,建立了火星进入段中继双极化MIMO信道模型,研究了火星进入段信道环境对信号功率和信道相关性的影响,对火星进入段中继双极化MIMO通信技术仿真实现,并建立了火星探测器在大气进入段不同极化波入射角度与信道容量的映射关系。仿真结果显示,本文所提出的中继双极化MIMO通信技术相较于以往的火星进入段SISO通信能够显著提升信道容量;（3）建立了火星进入段中继双极化MIMO通信系统,在典型进入高度下对比了双极化MIMO通信方案与SISO通信的误比特率,对不同频段的载波通信性能进行评估,为进入段最优通信频段的选取提供理论依据,重点评估了不同调制方式和不同编码方式下的误比特率。仿真结果表明,在EDL段等离子鞘套电子密度较高的飞行高度下,当载波频率为Ka波段时,采用高调制阶数的MFSK信号相较BPSK信号大约有4 d B提升,LDPC编码相较RS+卷积级联码有3 d B的编码增益提升。本文提出的火星进入段中继双极化MIMO通信方案可以有效提升信道容量,改善EDL段通信质量,可显著降低火星大气进入段短暂通信“黑障”时间,可为火星进入段通信链路容量的优化和通信系统的设计提供参考。 

关键词：火星探测;大气进入段

文章目录

摘要

ABSTRACT

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

    1.1 研究背景及意义

    1.2 国内外研究现状

        1.2.1 国内外火星探测现状

        1.2.2 国内外EDL段测控通信方案

        1.2.3 等离子鞘套研究现状

    1.3 本文主要内容及章节安排

第二章 火星进入段信道建模基础

    2.1 引言

    2.2 MIMO系统

        2.2.1 MIMO系统模型

        2.2.2 MIMO信道容量

    2.3 等离子鞘套研究理论基础

        2.3.1 等离子鞘套基本概念

        2.3.2 等离子鞘套电波传播基础

    2.4 本章小结

第三章 火星进入段信道衰落特性

    3.1 近火段信道衰落特性概述

    3.2 火星大气对电波传播的影响

    3.3 火星电离层对电波传播的影响

    3.4 火星云雾对电波传播影响

    3.5 火星沙尘对电波传播的影响

        3.5.1 信号能量衰减

        3.5.2 火星沙尘对电波信号的去极化效应

    3.6 自由空间对电波传播的影响

    3.7 火星进入段等离子鞘套电磁计算

        3.7.1 进入段全程电子密度描述方法

        3.7.2 等离子鞘套分层介质模型电磁计算

    3.8 本章小结

第四章 火星进入段中继双极化MIMO信道建模

    4.1 引言

    4.2 中继通信系统场景

    4.3 火星进入段信道环境对信号功率的影响

        4.3.1 信道环境对大尺度衰落信号功率的影响

        4.3.2 信道环境对小尺度衰落信号功率的影响

    4.4 极化对信道相关性的影响

    4.5 火星进入段中继双极化MIMO信道模型

        4.5.1 信道的三状态切换和信道参数

        4.5.2 中继双极化MIMO信道建模

    4.6 中继双极化MIMO信道容量仿真分析

    4.7 本章小结

第五章 中继双极化MIMO信道下通信性能分析

    5.1 引言

    5.2 火星进入段中继双极化MIMO通信系统

    5.3 通信系统性能仿真分析

        5.3.1 不同载波波段的误比特率对比

        5.3.2 不同调制方式的误比特率对比

        5.3.3 不同编码方式的误比特率对比

    5.4 本章小结

第六章 总结与展望

    6.1 本文研究工作总结

    6.2 研究展望

参考文献

[1]国际火星探测科学目标演变与未来展望[J]. 赵宇鴳,周迪圣,李雄耀,刘建忠,王世杰,欧阳自远.  科学通报. 2020(23)

[2]中国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射（英文）[J]. CHEN Li,ZHAO Cong.  Aerospace China. 2020(02)

[3]国务院新闻办发表《2016中国的航天》白皮书[J]. 蔡金曼.  国防科技工业. 2017(01)

博士 共2条

[1]等离子鞘套下电磁波极化特性及天线辐射特性研究[D]. 白博文.西安电子科技大学 2015

[2]等离子鞘套下测控通信信号传输特性研究[D]. 杨敏.西安电子科技大学 2014