VDES衛(wèi)星星座設計及通信關鍵技術研究.pdf

1、自21世紀初起，成熟健全的船舶自動識別系統(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，船舶間各類應用數(shù)據(jù)交換量爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失現(xiàn)象在重要航運海域頻繁發(fā)生，傳統(tǒng)的AIS系統(tǒng)已無法滿足各類新興的船舶應用在通信、定位、導航等方面的服務質(zhì)量需求。國際航標組織在2013年提出了VDES（VHF Dat

2、a Exchange System）的概念。經(jīng)過多次國際會議討論，業(yè)界已將VDES作為AIS的升級及后續(xù)演進。
　　本研究關注VDES衛(wèi)星子系統(tǒng)，研究針對地球固定區(qū)域覆蓋性優(yōu)化的VDES衛(wèi)星星座設計方法及基于認知無線電技術的VDES星-船通信鏈路性能優(yōu)化方法。具體地，研究內(nèi)容包括兩部分：第一部分，基于遺傳算法的 VDES衛(wèi)星星座設計方法研究。論文以設計 VDES衛(wèi)星星座對地球固定區(qū)域覆蓋性能為目標，基于傳統(tǒng)遺傳算法和衛(wèi)星星座設計理

3、論，分析并推導出共地面軌跡星座應滿足的約束條件，并在其基礎上綜合運用 MATLAB和 STK工具設計共地面軌跡星座。第二部分，基于認知無線電技術的VDES星-船通信鏈路性能優(yōu)化方法研究。論文引入認知無線電技術以提升 VDES系統(tǒng)中衛(wèi)星與船舶間的通信鏈路性能。同時，論文改進了基于能量的雙門限頻譜檢測算法，并通過仿真實驗驗證、評估和對比了傳統(tǒng)算法與改進算法在典型VDES通信場景中對星-船鏈路性能的提升。研究表明：首先運用提出的基于遺傳算法的

4、 VDES衛(wèi)星星座覆蓋性能優(yōu)化設計方法得到的、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虾Ｄ繕撕Ｓ蛱峁┻B續(xù)無間斷的通信服務，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，具有重要實踐意義；其次，提出的基于能量的雙門限頻譜檢測改進算法，相比于原有頻譜檢測技術，能有效提升VDES星-船通信鏈路性能，以緩解當前VDES業(yè)務數(shù)據(jù)交換量爆發(fā)式增長帶來的通