[发明专利]遥测信道非相干大规模SIMO处理方法、系统及应用

说明书

本发明属于航天测控通信技术领域，公开了一种遥测信道非相干大规模SIMO处理方法、系统及应用，高超声速飞行器等离子体鞘套信道的建模：建立时变等离子体鞘套的分层电子密度模型；并计算等离子体鞘套透射系数；构建高超声速飞行器大规模下行SIMO系统模型：由高超声速飞行器端单天线和一个多天线接收站组成；优化的功率调制：依据等离子体鞘套信道的平均功率衰减和下行信道的渐进特性设计优化；非相干检测：采用简化的可变逆跳蒙特卡洛算法估计概率密度函数，基于最大似然准则(ML)的非相干检测。本发明针对高超声速飞行器下行SIMO信道，使得在等离子体鞘套信道下实现高可靠性和高效率的信号检测，提升通信质量，有效缓解黑障。

技术领域

本发明属于航天测控通信技术领域，尤其涉及一种遥测信道非相干大规模SIMO处理方法、系统及应用。

背景技术

目前：高速飞行器以高超声速飞行或再入地球大气层时，包覆于飞行器表面的等离子体鞘套会吸收、反射和散射电磁波导致信号显著衰减，甚至导致飞行器测控通信中断(黑障)。现有的缓解黑障技术方案中自适应性通信方法引起了广泛关注。缓解黑障的通信方法主要有增加发射功率、提高通信频率和自适应通信策略/方法等，自适应通信方法主要依据等离子体鞘套信道的状态自适应调整通信策略，进而缓解黑障，如利用信道估计和预测信道状况自适应调整码率、编码参数等方法。然而，已有的通信方法只是针对等离子体鞘套信道的通信。高超声速飞行器下行遥测信道(这里指等离子体鞘套信道和莱斯信道的综合信道)，是更符合实际遥测场景的信道，而设计适用于高超声速飞行器下行遥测信道的调制方法以及相应的检测接收技术方面尚缺乏突破。等离子体鞘套信道因其具有高动态、非平稳和快时变特性，在接收端很难得到信道的实时状态，所以等离子体鞘套信道信息是未知的，且等离子体鞘套信道会引起PSK信号的星座旋转(寄生调制效应)，造成解调失败。因此，调制方法应该避开相位调制，且接收机应采用非相干解调。针对信道信息未知和星座旋转问题，如果能够引入多天线技术，设计相应的新型调制方案和信号检测方法，则可以适应等离子体鞘套信道而提升通信质量。

多天线技术可以有效提升深衰落信道的信道容量和通信性能。本专利针对级联等离子体鞘套信道与莱斯信道的下行SIMO信道(简称高超声速飞行器下行SIMO信道)，利用下行SIMO信道的渐进相关性，设计功率调制方案以及相应的信号检测方法，这具有很大的挑战性。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：高超声速飞行器等离子体鞘套信道呈现高动态、深衰落特性，对于接收端，信道信息未知。常见的基于已知信道信息的通信方案也不再适用，迫切需要设计适应高超声速飞行器下行SIMO信道的调制方案以及相应的自适应非相干信号检测方法。

解决以上问题及缺陷的难度和意义为：现有技术没有充分利用空域资源，而多天线接收技术可以有效提升深衰落信道的信道容量，设计了一种遥测信道非相干大规模SIMO系统。下行SIMO系统发送端采用功率调制方法，可避开相位调制克服星座旋转问题，为获得最大化的系统性能，该系统发送端依据信道的状态变化设计自适应的功率调制；SIMO系统接收端依据信道的渐进相关特性计算接收向量的平均功率，设计相应的自适应非相干ML信号检测方法正确解调信息，可解决等离子体鞘套信道高动态深衰落信道先验信息未知和信道估计难题。本专利针对高超声速飞行器下行SIMO系统设计自适应功率调制方案以及相应的非相干信号检测方案，可在等离子体鞘套信道下实现高可靠性和高效率的无线通信，有效缓解黑障。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种遥测信道非相干大规模SIMO处理方法、系统及应用。

本发明是这样实现的，一种遥测信道非相干大规模SIMO处理方法，所述遥测信道非相干大规模SIMO处理方法包括：

高超声速飞行器等离子体鞘套信道的建模：建立时变等离子体鞘套的分层电子密度模型；并计算等离子体鞘套透射系数；

构建高超声速飞行器大规模下行SIMO系统模型：由高超声速飞行器端单天线和一个多天线接收站组成；