VDES衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)及通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、自21世紀(jì)初起，成熟健全的船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS，Automatic Identification System）在確保海上航行安全、船舶間可靠通信等方面扮演了至關(guān)重要的角色。然而，隨著近年來海上船舶數(shù)量的急劇增加，船舶間各類應(yīng)用數(shù)據(jù)交換量爆發(fā)式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失現(xiàn)象在重要航運(yùn)海域頻繁發(fā)生，傳統(tǒng)的AIS系統(tǒng)已無法滿足各類新興的船舶應(yīng)用在通信、定位、導(dǎo)航等方面的服務(wù)質(zhì)量需求。國(guó)際航標(biāo)組織在2013年提出了VDES（VHF Dat

2、a Exchange System）的概念。經(jīng)過多次國(guó)際會(huì)議討論，業(yè)界已將VDES作為AIS的升級(jí)及后續(xù)演進(jìn)。
　　本研究關(guān)注VDES衛(wèi)星子系統(tǒng)，研究針對(duì)地球固定區(qū)域覆蓋性優(yōu)化的VDES衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)方法及基于認(rèn)知無線電技術(shù)的VDES星-船通信鏈路性能優(yōu)化方法。具體地，研究?jī)?nèi)容包括兩部分：第一部分，基于遺傳算法的 VDES衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)方法研究。論文以設(shè)計(jì) VDES衛(wèi)星星座對(duì)地球固定區(qū)域覆蓋性能為目標(biāo)，基于傳統(tǒng)遺傳算法和衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)理

3、論，分析并推導(dǎo)出共地面軌跡星座應(yīng)滿足的約束條件，并在其基礎(chǔ)上綜合運(yùn)用 MATLAB和 STK工具設(shè)計(jì)共地面軌跡星座。第二部分，基于認(rèn)知無線電技術(shù)的VDES星-船通信鏈路性能優(yōu)化方法研究。論文引入認(rèn)知無線電技術(shù)以提升 VDES系統(tǒng)中衛(wèi)星與船舶間的通信鏈路性能。同時(shí)，論文改進(jìn)了基于能量的雙門限頻譜檢測(cè)算法，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、評(píng)估和對(duì)比了傳統(tǒng)算法與改進(jìn)算法在典型VDES通信場(chǎng)景中對(duì)星-船鏈路性能的提升。研究表明：首先運(yùn)用提出的基于遺傳算法的

4、 VDES衛(wèi)星星座覆蓋性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法得到的、由4顆中地球軌道衛(wèi)星組成的共地面軌跡星座，能夠?qū)χ袊?guó)南海目標(biāo)海域提供連續(xù)無間斷的通信服務(wù)，相比由傳統(tǒng)解析法得到的、滿足覆蓋性能要求的6顆衛(wèi)星Walker-delta星座和10顆衛(wèi)星極軌道星座所需衛(wèi)星數(shù)量更少，成本更低，具有重要實(shí)踐意義；其次，提出的基于能量的雙門限頻譜檢測(cè)改進(jìn)算法，相比于原有頻譜檢測(cè)技術(shù)，能有效提升VDES星-船通信鏈路性能，以緩解當(dāng)前VDES業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換量爆發(fā)式增長(zhǎng)帶來的通