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可变编码调制(Variable Coding and Modulation,VCM)和自适应编码调制(Adaptive Coding and Modulation,ACM)已成为有效提高数据传输能力的关键技术之一,能够支撑卫星有效载荷数据传输系统应对日益增长的任务需求。针对近地卫星过境地面站的数传链路场景,传统数传技术只采用保证最远星地距离可通信的一种固定编码调制模式,在卫星通过地面站的过程中,星地距离会逐步缩短、链路余量也随之增加,这样会导致较大的链路资源浪费。VCM可以根据预测的链路信道变化情况提前设计出合适的编码调制变化流程,匹配卫星过境期间的通信距离变化,减小链路资源浪费,有效提高链路数据吞吐量。ACM实际上是收发两端闭环控制的VCM,在接收端进行实时的链路信噪比估计、通过回传信道将最优的编码调制模式反馈给发送端,能够适应信道的随机变化情况,特别适合应用在降雨环境下的Ka频段通信,可以进一步提高链路数据吞吐量。本文面向VCM/ACM技术在近地轨道卫星有效载荷数据传输系统中的应用,通过分析DVB-S2应用规范中各种模式的误码率性能,结合星地数传链路的信道时变特性,提出可变编码调制的模式设计方法,并且完成了抗雨衰的自适应编码调制系统设计,在保持相同信道带宽和发射功率的条件下,比传统数传技术提高了数传链路一次过站的数据吞吐量;并突破可变编码调制模式的CCSDS-VCM接收端综合解调的关键技术,实现CCSDS-VCM发射端与接收端的部分联合测试。具体完成的研究工作如下:1.开展了CCSDS-VCM发送端系统仿真,完成发送端原理样机的传输系统整体架构及分组模块的FPGA设计与测试验证,实现四种可变编码调制模式的数据的发送,获得准确的星座图和信号频谱。2.面向近地轨道卫星数传系统,以最大化卫星过境时间内的数据吞吐量为目标,分别提出可变编码调制和抗雨衰自适应编码调制模式设计方法。根据链路预算和降雨环境下的雨衰预测,建立准确的数传链路模型,给出模式切换算法,该模式设计方法能够满足链路可用度、可靠性和最大化数据传输吞吐量的应用需求。3.针对接收机输入信号低至-2dB的信噪比条件,提出一种最优相关间隔相关检测联合状态机控制的双阈值峰值检测和PLSC(Physical Layer Signalling Code,PLSC)解码的帧同步方法,增加了接收信号差分数据的相关性,并在解出帧头信息后依据等待时间可快速捕获下一帧头,适用于低信噪比环境和可变的编码调制数传系统。4.研究CCSDS-VCM接收端综合解调的三个同步算法,分别包括位同步、帧同步和载波同步,提出位同步、帧同步和载波同步一体化实现算法,完成接收端各同步系统架构设计、系统仿真及硬件模块设计。本文的研究工作为可变编码调制和自适应编码调制技术在近地卫星数据传输系统中的应用提供了技术上的支持,VCM/ACM技术在X波段和Ka波段都能够进一步提升链路传输数据的吞吐量,尤其ACM技术能够有效应对链路雨衰的影响,可助力宽带Ka频段技术用于近地卫星实现高速数据传输。