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《电子科技大学》 2017年
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VDES卫星星座设计及通信关键技术研究

张伟  
【摘要】:自21世纪初起,成熟健全的船舶自动识别系统(AIS,Automatic Identification System)在确保海上航行安全、船舶间可靠通信等方面扮演了至关重要的角色。然而,随着近年来海上船舶数量的急剧增加,船舶间各类应用数据交换量爆发式增长,数据在传输过程中丢失现象在重要航运海域频繁发生,传统的AIS系统已无法满足各类新兴的船舶应用在通信、定位、导航等方面的服务质量需求。国际航标组织在2013年由首次提出了VDES(VHF Data Exchange System)的概念。经过多次国际会议讨论,业界已将VDES作为AIS的升级及后续演进。论文关注VDES卫星子系统,研究针对地球固定区域覆盖性优化的VDES卫星星座设计方法及基于认知无线电技术的VDES星-船通信链路性能优化方法。具体地,论文研究内容包括两部分:第一部分,基于遗传算法的VDES卫星星座设计方法研究。论文以设计VDES卫星星座对地球固定区域覆盖性能为目标,基于传统遗传算法和卫星星座设计理论,分析并推导出共地面轨迹星座应满足的约束条件,并在其基础上综合运用MATLAB和STK工具设计共地面轨迹星座。第二部分,基于认知无线电技术的VDES星-船通信链路性能优化方法研究。论文引入认知无线电技术以提升VDES系统中卫星与船舶间的通信链路性能。同时,论文改进了基于能量的双门限频谱检测算法,并通过仿真实验验证、评估和对比了传统算法与改进算法在典型VDES通信场景中对星-船链路性能的提升。论文主要贡献包括:一方面,提出了基于遗传算法的VDES卫星星座设计方法,实现对地面指定区域连续无缝覆盖性能的优化;另一方面,基于认知无线电技术及其频谱检测算法的改进,优化VDES星-船通信链路性能,提高VHF频段频率利用率。论文研究表明:首先,运用论文提出的基于遗传算法的VDES卫星星座覆盖性能优化设计方法得到的、由4颗中地球轨道卫星组成的共地面轨迹星座,能够对中国南海目标海域提供连续无间断的通信服务,相比由传统解析法得到的、满足覆盖性能要求的6颗卫星Walker-delta星座和10颗卫星极轨道星座所需卫星数量更少,成本更低,具有重要实践意义;其次,论文提出的基于能量的双门限频谱检测改进算法,相比于原有频谱检测技术,能有效提升VDES星-船通信链路性能,以缓解当前VDES业务数据交换量爆发式增长带来的通信频带资源紧张难题。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U675.7;V423.4

【参考文献】
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