基于微波光子的时空多维信息智能星载信号处理方法研究

The intelligent satellite-borne signal processing method based on microwave photonic technique is the core theory and method to solve the problem of the hybrid network of satellite laser link and microwave link. Based on the research of microwave / laser hybrid satellite communication system architecture, the characteristics of inter-satellite link and microwave photonic frequency conversion technology and so on, a spatial and temporal multi-dimensional informational intelligent satellite communication system architecture based on microwave photonic technique will be proposed. The theoretical model of Inter-satellite links will be established. A spatial and temporal multi-dimensional informational intelligent satellite-borne microwave and millimeter/light wave up and down frequency transform scheme will be presented. The intelligent satellite-borne data communication scheme based on microwave photonic technique will be put forward. A simulation experiment system will be set up. The proposed schemes will be analyzed and experimentally verified. The research results of this project can solve the problems of limited bandwidth resources and satellite orbit resources, fusion of microwave and laser information on the satellite and provide a new way for the realization of the high speed and large capacity satellite communication system.

基于微波光子的智能星载信号处理方法是解决卫星激光链路与微波链路混合组网问题的核心理论与方法，本项目在深入研究微波/激光混合卫星通信系统体系架构、星间链路特性和微波光子变频技术等的基础上，提出基于微波光子的时空多维信息智能星载通信系统体系架构，建立星间链路理论模型，提出基于微波光子的时空多维信息智能星载微波与毫米波/光波的上、下频率变换方法和智能星载数据通信方案，建立模拟实验系统，进行性能分析和方案优化。该项目研究成果解决高速大容量卫星通信系统中带宽资源和轨道资源有限、星上微波和光波信息融合处理等问题，将为高速、大容量的卫星通信系统的实现提供新途径。

基于微波光子的卫星通信系统是目前卫星通信领域中研究热点之一。在研究多种微波光子变频实现机理和实现方法的基础上，对微波/激光混合卫星通信系统的关键理论和实现方案进行了仿真和模拟实验研究。建立了基于微波光子的时空多维信息智能星载通信系统体系架构和星间链路理论模型，开展了基于星地激光链路的大气湍流影响研究；提出了一种基于WF局部感知的自适应光学补偿方法；提出了星上多频段高平坦度光频梳产生方法、基于色散补偿动态预编码算法的毫米波信号生成方法、基于光子频率转换的卫星星上处理方案；提出了适用于星间激光通信的新型QAM-MPPM-RZ调制方式；提出了结合分形分割和支持向量机学习方法的调制分类方法；提出了基于光OFDM空载波位置编码的多维调制信号处理方法；提出了一种基于星间WDM ISLs的动态路由和波长分配算法；提出了基于星间微波通信的SPRD路由算法；提出了基于联合调制的全光汇聚方案；提出了基于概率整形的卫星通信传输方案，并进行模拟实验验证。此外，本课题组还增加了六项研究内容：提出了面向多任务的卫星通信网络自适应补偿方法、自适应跳频频点替换方法、基于介数中心性的卫星网络备份路由计算方法、内外扫描圈数相同的六边形螺旋扫描方法、基于链路代价的路由和波长分配蜂群算法优化方案和基于激光微波融合的卫星网络协同通信系统体系结构。发表或录用学术论文14篇(其中被SCI检索9篇，被EI检索的论文3篇，EI刊源论文2篇)，申请发明专利8项（其中授权3项），培养博士生10人（其中毕业3人，在读7人）、硕士生7人（其中毕业5人，在读2人），获得国家科技进步二等奖1项。在本项目组全体人员的不懈努力下，现已按原定计划圆满并超额完成了本项目的研究任务。该项目研究成果解决高速大容量卫星通信系统中带宽资源和轨道资源有限、星上微波和光波信息融合处理等问题，将为高速、大容量的卫星通信系统的实现提供新途径。