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X射线通信链路捕获方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-11-16 14:25:25

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| bayuegua123 | 2022-11-16 14:25:25

针对现有光通信使用的链路捕获的方法存在的问题,本发明提供了一种基于两自由度脉冲星辐射方向矢量搜索的X射线通信链路捕获方法,利用X射线脉冲星信号矢量观测实现,不需要额外的捕获链路,在节省设备重量的同时,不受环境干扰影响,可靠性高,自主性强。本发明采用以下的技术方案:一种基于两自由度脉冲星辐射方向矢量搜索的X射线通信链路捕获方法,包括一个两自由度的转台,两自由度的转台上放置有X射线探测器和准直器,准直器位于X射线探测器的前方;

X射线通信(X-ray Communications,XCOM)是一种新兴的深空通信技术,它利用X射线高能量、高频率、低衰减、低色散的良好特性实现高可靠、高速率的通信,是一种极具潜力的深空通信方式。在X射线通信建立前,需要首先实现发送端和接收端的链路捕获,链路捕获完成后才能进行通信。现有光通信使用的链路捕获的方法一般是利用额外的射频或光学捕获链路实现。额外的射频或光学捕获既增加了设备重量,同时,射频或光学链路极易受环境干扰影响,导致捕获链路的不稳定。X射线脉冲星是自然存在的天体,其围绕自转轴稳定旋转的同时,两轴方向能够辐射出X射线信号。由于脉冲星的星表十分稳定,且距离太阳系很远,从太阳系内观测X射线脉冲星信号时,短期内的星表微小变化可以忽略不计,可以认为达到太阳系的X射线脉冲星信号辐射方向是平行的,且辐射方向是稳定的。脉冲星辐射方向的稳定性为深空中其他系统提供了方向信息。利用X射线脉冲星信号辐射方向矢量实现XCOM链路的捕获是一种可行的方法。

随着深空探测任务的不断发展,高精度、实时、自主导航与大容量、高可靠通信保障已成为未来深空任务需要解决的重要基础问题,导航通信的一体化也日益成为未来空间技术融合发展趋势。当前,能够实现导航的手段众多,如传统天文导航、 GNSS 系统、惯性导航、地磁导航等,这些方式大多需要地面测站的支持,无法实现真正意义上的航天器自主导航";空间通信主要集中在传统微波频段,微波频段通信容量有限,且易受到空间环境的干扰,具有较大通信容量的激光通信技术正处于演示验证阶段。本项目提出捕获方法不依赖于专门的射频或光学链路,抗干扰能力强,自主性强,适合于深空X射线通信的应用。

宋诗斌,山东科技大学机器人研究中心教学副主任。王海霞,女,九三学社成员,博士、副教授、博士导师,陕西榆林人。现任山东科技大学机器人中心教师,机器人与智能技术山东省泰山学者团队骨干成员,兼任山东省自动化学会特种机器人专委会副秘书长。博士毕业于中国科学院自动化研究所模式识别与智能系统专业,在俄亥俄州立大学电气工程学院访学一年,主要从事机器人技术、视觉伺服、模式识别等方面的研究。近年来,主持国家自然科学基金2项,主持山东省自然科学基金等纵向科研项目6项、横向科研项目3项,参与国家科技部863计划、国家自然科学基金等项目10余项。发表论文50余篇,其中SCI检索30余篇。获山东省机械工业科学技术奖二等奖1项,青岛经济技术开发区科学技术奖2项,指导学生获山东省优秀硕士学位论文1篇、山东省研究生优秀成果奖2项。指导学生获山东省大学生机器人大赛一等奖、山东省高校机器人大赛一等奖、“恩智浦”杯智能车竞赛摄像头组二等奖等奖励多项。获得青岛西海岸新区优秀青年人才、山东科技大学“三八红旗手”、优秀教师、优秀青年科技工作者、工会优秀积极分子、学生科技创新优秀指导教师、“我心目中的好老师”等称号多项。

作为通信的载体意味着更大的可利用频带。光通信每通道的数据速率可达20Gbit/s 以上,并且还可采用波分复用的技术使通信容量成倍上升,随着技术的进步还将有大幅度的上升。经过聚焦后,X 射线具有高度的定向性,发射波束纤细,并且在短时间内能够传输大量数据,从而减少持续通信时间。因此空间X 射线通信具有高度的保密性和抗干扰性,能有效地防止窃听和侦测,对于军事和民用都有较大的意义。单光子能量更大,受高能粒子与复杂空天环境影响更小。同时,匹配聚焦型探测器的使用,能够有效去除信号X 射线光子之外的其他粒子,大大提升接收系统信噪比。发散角很小,能量高度集中,落在接收机的望远镜天线上的功率密度高,从而发射机的发射功率可以大大降低,整个通信发射机功耗也会相应降低。这对于卫星通信这种功率资源宝贵的场合十分适用。传统的微波、激光等通信手段在受到屏蔽干扰及空间天气变化的情况下可靠性大大降低甚至无法通信。而X 射线通信可以在电磁屏蔽环境下正常工作,不仅可用于超高速飞机通信和飞行器返回地球时进入黑障区的通信,还将为未来复杂条件下的空天一体化战争提供通信安全保障。本项目提供了一种基于两自由度脉冲星辐射方向矢量搜索的X射线通信链路捕获方法,利用X射线脉冲星信号矢量观测实现,不需要额外的捕获链路,在节省设备重量的同时,不受环境干扰影响,可靠性高,自主性强。在复杂的空间环境与特殊应用场合中,更是对传统通信方式颠覆性的替代。

技术许可、技术转让;寻求资源对接,最好有明确的目标合作区域、目标合作领域、目标合作企业等;目标合作投融资机构等