《面向深空探測的通信理論及關鍵技術》是依託哈爾濱工業大學，由張欽宇擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：面向深空探測的通信理論及關鍵技術
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：張欽宇
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為保障未來地月距離以外的深空探測任務順利實施，考慮到深空環境的大時延、大衰減特點，本課題圍繞著深空通信的基礎理論與關鍵技術，依託未來星際網際網路的基本框架，以火星探測任務為背景，結合探月工程二、三期，從提高點對點鏈路的通信效能出發，研究微弱信號檢測及信道編碼與傳輸協定的聯合最佳化設計。在此基礎上，基於分段中繼構想，研究分散式天線組陣、協作信號檢測與協作編碼等理論與關鍵技術，重點解決大時延與大衰落條件下的可靠通信問題，探求構想中星際網際網路節點位置分布對鏈路可靠性的影響機理，為我國未來深空星際網際網路的星座規劃設計、網路基礎設施構建以及深空探測計畫提供一定的參考依據，為我國空間信息學和航天科學的未來發展提供戰略性預測和有價值的參考建議。
結題摘要
本課題針對深空通信中大損耗、大時延難題，以火星探測任務為背景，引入分段中繼的思想，從“提高單鏈路技術的性能增益”、“基於多鏈路合作的理論與技術”兩個方面，開展深空通信的基礎理論與關鍵技術研究。課題凝練的兩個科學問題是：“深空弱鏈路信息的可靠傳輸”和“IPN框架下分散式協同通信”。並從信號層面、信道層面和協定層面的研究思路出發，分別進行深入研究：首先，從提高點對點鏈路的通信效能出發，研究微弱信號檢測、信道編碼與傳輸協定的聯合最佳化設計，增強點對點鏈路可靠性；在此基礎上，基於分段中繼構想，研究分散式天線組陣、協作信號檢測與分散式協作編碼等通信理論與關鍵技術，並開展地面仿真實驗。取得具有代表性的研究進展和主要成果有： 針對點對點鏈路提出了基於LDPC解碼輔助的參數估計與疊代解調的解碼方法，使得接收機工作門限降低至-5dB以下，並已套用於探月工程項目；在噴泉編碼方案設計上，提出了短碼長噴泉編、解碼最佳化算法，在極低冗餘下獲得了最大似然解碼性能；並設計級聯碼、系統碼進一步降低了解碼開銷；基於噴泉編碼和傳輸協定的研究成果設計了基於數據包交織的PI-CFDP檔案傳輸協定，在地-火點對點通信鏈路下，可將傳輸吞吐量提高一倍以上；基於深空分段中繼鏈路的思想，設計了新型的中繼CFDP協定，並分析驗證了部分具有實踐價值的中繼節點（拉格朗日點），可減少3~10 a.u.的檔案傳輸時延，提高10%以上的鏈路效率。綜合上述成果，並通過對傳輸時延和鏈路效率，編碼開銷與通信距離，存儲空間、計算能力和編碼處理算法等相關參數模型的分析，給出了在特定約束條件下，部分可用中繼位置與系統增益的定量關係，可為我國深空通信的星座規劃設計、網路基礎設施構建以及深空探測計畫提供一定的參考依據，為我國空間信息學和航天科學的未來發展提供戰略性預測和有價值的參考建議。 項目執行期間，共發表學術論文82篇，其中32篇為SCI檢索的期刊論文，標註率100%；申請國家發明專利30項，其中授權5項；培養了碩士研究生45名，博士研究生14名，博士後3名，獲得了鵬城學者特聘教授計畫。參與了6次國際學術會議並聘請了相關專家進行學術報告。
