簇飞行航天器网络动态连接和路径时空演进特性

簇飞行航天器模块的高速飞行增加了网络拓扑的不确定性.为优化簇飞行航天器的轨道设计，提升簇飞行航天器网络性能，在簇飞行航天器节点动态连接的基础上，开展基于概率连接矩阵的簇飞行航天器网络动态连接和路径时空演进特性研究.基于航天器双星伴飞模式，建立了簇飞行航天器节点移动模型，运用经验统计和曲线拟合的分析方法，得到簇飞行航天器网络节点间的距离密度函数；利用簇飞行航天器网络节点间相对距离有界的约束，给出节点连接距离的阈值范围；利用STK生成的轨道数据，通过给出序贯路径定义和一种新的矩阵乘法运算，得到节点多跳序贯路径的概率连接矩阵，分析轨道超周期内节点动态连接和路径时空演进特性，为簇飞行航天器网络的设计和优化提供理论参考.      

协同无线通信系统中的分布式自适应功率分配

在系统总功率一定的情况下,通过在协同节点间进行优化的功率分配以改善系统的接收性能.针对单中继协同传输,推导了节点间最优功率分配因子的闭式表达式,给出了中继节点的激活条件,仅当信道的衰落特性满足该条件时,中继节点才发送信号到目的节点,否则进入空闲状态.多节点协同传输场景下,直接根据系统的输出信噪比难以得到节点间最优功率分配因子的闭式表达式.因此,推导了系统输出信噪比的上界,在此基础上,提出了一种新的功率分配方法.将整个功率分配过程分成两步,采用迭代的方法实现节点间的最优功率分配.仿真结果表明,对于单中继节点的情况,所提出的功率分配方案能够获得约1~2 dB的性能增益,随着参与协同传输的节点数的增大,迭代的功率分配可使系统获得显著的性能提升.     

无线传感器网络覆盖质量问题

降低功耗、延长寿命是无线传感器网络的一个重要问题,同时,对监测区域保持一定的覆盖质量才能及时捕捉到目标的状态变化.一种广泛采用的策略是选出能够满足监测区域质量要求的最小节点集作为工作节点,关闭其他冗余节点.因此,传感器网络中控制节点休眠与保持覆盖质量是两个重要方面.提出了一个数学模型,求解满足任意给定覆盖服务质量下所需的最小节点数.实验表明,当监测区域与节点感知区域比值较大时,提出的方法更为准确地计算出所需最小工作节点数,且此方法复杂度低、传感器节点的感知区域可以为任意形状.网络覆盖质量与节点休眠率同时达到最大化是一个NP难问题,采用遗传算法进行仿真实验尝试性解决这一问题,为传感器网络实际应用带来重要意义.     

无线传感器网中的加权距离节点选择法

节点选择存在于无线传感器网的目标跟踪问题中,主要任务是从多个传感器中选取合适节点跟踪当前目标,满足跟踪精度、算法计算量的要求.提出一种适用于测角传感器节点的加权距离选择法,该算法利用目标状态预测的分布及节点的探测模型,通过计算节点距目标几何距离及加权系数,选择具有最小加权距离的传感器点进行探测,避开了贝叶斯滤波,在减少计算量的同时具有很好的选择精度.仿真结果表明,本算法大幅度减少了计算量,同时可达到和熵值法相当的跟踪定位效果.      

适用于Ad hoc网络的EIGamal型门限数字签名方案

现有ElGamal型门限数字签名方案在签名前签名各方需要协商生成一个随机数,该过程计算量与通信量比较大,不能满足Ad hoc网络的需求.将组合公钥的思想引入到ElGamal型门限数字签名的随机数生成中,为Ad hoc网络提出一种门限数字签名的改进方案.方案由密钥初始化和门限签名两部分组成.密钥初始化时,签名各方使用分布式密钥生成协议协商出系统公/私钥对和一个随机数矩阵,每个节点掌握部分私钥和部分随机数矩阵;门限签名时,每个签名方使用相同的算法在掌握的部分随机数矩阵中选择随机数进行部分签名;最后将部分签名合成整体签名.对提出的方案在随机预言(RO, Random Oracle)模型中进行了安全性证明.实用性分析表明:方案计算复杂度低,交互次数少,通信量小,有很好的执行效率与签名成功率.     

参数不定区间估计的对偶线性规划方法

将参数不定区间估计(PIE)问题变换成一组对偶线性规划(DLP)问题,提出了求解这组DLP问题的改进单纯形方法.该方法利用变量间的对偶关系,直接计算初始基本可行解,省去了初始基本可行解的搜索步骤.此外,在确定旋入和旋出变量时都采用了目标值最大减少规则,减少了旋转迭代次数.针对由PIE问题所导出的全部DLP问题都具有相同的目标函数和约束矩阵,给出了单搜索过程求解全部DLP问题的联合单纯形法.仿真结果说明了所给算法的计算效率.      

可容忍信标误差的三维传感网节点定位方法

针对信标位置存在误差情况下的三维无线传感器网络节点定位问题,提出一种基于正交回归的多跳定位方法.同时考虑到自变量误差和因变量偏差对节点坐标估计的影响,基于约束加权正交回归参数估计准则,建立可容忍信标位置误差的三维多跳定位模型,解决了信标位置和距离估计两方面的误差并存时的节点自定位问题,并给出求解节点坐标最优值的数值方法;推导出相应的坐标估计精度评估标准3D-MCRB (3D Multi-hop Cramér-Rao Bound).仿真结果表明:此方法对信标位置误差和距离估计误差都具有较好的抑制能力,在大多数实验条件下,能将定位精度提高10%以上.     

压力传感器动态特性参数不确定度评定

压力传感器动态特性参数的不确定度是表征其动态测量性能的重要指标。提出了一种压力传感器动态特性参数的不确定度评定方法。首先,使用激波管动态校准系统产生阶跃压力信号激励压力传感器,得到传感器的输出信号;其次,采用基于经验模态分解（EMD）的传感器输出信号预处理方法,减小动态校准过程中噪声的影响;然后,根据传感器的输入输出信号,采用自适应最小二乘法建立压力传感器的数学模型,进而得到其时频域动态特性参数;最后,针对重复校准实验得到的动态特性参数序列的小样本特点,采用自助法计算参数的扩展不确定度和相对不确定度。采用激波管系统对压力传感器进行多次重复动态校准实验,计算时频域动态特性参数的不确定度,并与现有方法进行对比。实验结果表明:本文方法可以弥补贝塞尔法在处理小样本量数据中的不足,且与蒙特卡罗法的不确定度评定结果相对误差小于10%,说明本文方法可以有效地评定压力传感器动态特性参数的不确定度。分析时频域动态特性参数的相对不确定度得到传感器的工作频带和超调量受噪声的影响较大,为动态校准实验条件的改善提供了重要依据。      

一种基于身份的移动自组网认证机制

针对移动自组网无公钥基础设施的特点,采用基于身份的密码学算法、分布式秘密共享算法和椭圆曲线加密算法,实现安全高效的移动节点认证.简单讨论基于身份的数字签名算法;介绍如何使用Lagrange插值公式,实现分布式的系统主密钥;然后给出节点密钥安全分发的模型,并在此模型的基础上,基于椭圆曲线加密算法实现安全的分布式节点密钥签发;给出算法安全性和效率分析;根据双线性对的特点,讨论会话密钥的产生和更新.给出的认证方法,具有分布式实现和安全高效的特点,同时可以非交互式产生一次性会话密钥,适用于分布式移动网络环境.      

基于T-H方程的多脉冲最优交会方法

针对椭圆参考轨道交会问题,采用T-H方程描述相对运动,提出了一种时间固定燃料最省的多脉冲最优交会方法,优化参数为交会脉冲及其施加时刻.当考虑到J2摄动或航天器初始相对距离较大时,用T-H方程进行状态预测其线性化误差一般不容忽略,而若用轨道积分预测则耗时较多,进而导致优化时间过长.针对此问题,提出一种采用前一优化脉冲节点的状态导出的轨道根数预测当前节点状态的预测方法.该方法简单实用,有效地加快了优化收敛速度.最后基于多脉冲优化解进行了数值轨道积分以验证交会精度.仿真结果表明,即使加上J2摄动,在初始相对距离为1 000 km时,该方法的终端位置精度仍能达到75 m.     

卫星遥感图像信息作为姿态敏感器的应用研究

陆标敏感器可以从卫星遥感图像信息中提取卫星的姿态信息,它根据卫星实时图像与基准图像之间的偏移量,计算出卫星的姿态。对陆标敏感器的总体方案进行了设计,在图像匹配技术中采用基于区域特征的先粗匹配、后精匹配的匹配算法,在姿态确定算法中对可能达到的姿态测量精度进行了理论分析,研究表明陆标敏感器可以获得较高精度的卫星姿态信息,作为新型光学姿态敏感器具有重要的研究意义。     

基于CC1310芯片的多通道高速率低功耗无线传感系统

为有效减轻新一代运载火箭传感器数据采集与传输系统的质量, 设计并实现了基于CC1310芯片的无线传感器系统。采用频分复用(FDM)结合时分复用(TDM)的方式完成多节点组网并实施分组管理, 组间频分复用既实现了节点数的扩增, 又提升了传输速率复用倍数, 分组数为4时子节点数量可达100个以上。提出主节点授时法结合多节点分时传输协议的优化设计方法, 保证多节点高精准同步, 避免节点间碰撞, 获得了最优的组内可达速率;设计节点唤醒/休眠模式切换策略, 有效降低了系统功耗。实测结果表明:2个主节点带5个子节点并行工作时, 传输速率可达400 Kbps, 且主节点数量增加时, 系统的传输速率成比例增大;单个子节点忙时功耗不超过60 mW, 闲时功耗不超过12 mW, 平均功耗为15.2 mW, 符合低功耗要求;同时, 所设计的无线传感系统具备良好的可靠性和鲁棒性。      

星敏感器中快速星跟踪技术

跟踪模式是星敏感器的主要工作模式之一,跟踪过程的快速性直接影响星敏感器的整体性能.提出了一种快速星跟踪算法.在跟踪算法的3个耗时环节,分别采用了分区星表、阈值映射、先排序后匹配识别这3种方法,以提高跟踪过程的快速性.其中分区星表法将整个天区分成了若干个子天区,使得在星体映射时,只是搜索星敏感器视轴指向附近的部分子天区,而不是搜索整个天区,减少了搜索星体的数量;阈值映射法,在满足精确度的情况下,设置被跟踪星体的数量阈值,只有被跟踪的星体数目少于此阈值时,才进行星体映射,减少了映射次数;先排序后匹配识别法,先根据星体在星图中的坐标值进行排序,然后再进行匹配识别,减少了那些距离较大的无谓的星体间的匹配识别.仿真测试结果表明,这3种方法的采用,提高了跟踪算法的快速性,提高了星敏感器的整体效能.      

高能重离子径迹结构对单粒子翻转的影响

利用解析法计算了高能重离子的径迹结构,通过MonteCarlo方法研究了径迹结构对微电子芯片单粒子翻转的影响.结果表明,考虑了径迹结构的影响后,当离子能量较高时,具有小尺寸灵敏单元、低翻转阈值的芯片的翻转截面较传统的LET描述结果小许多;当离子更重时,这种差别对灵敏单元尺寸较大、翻转阈值较高的芯片也变得较明显.即离子径迹结构的影响是通过其有效地沉积到灵敏单元中的能量与翻转阈值相比较而表现出来的.还研究了作用距离较深、结构宽大的径迹造成的相邻多个灵敏单元的同时翻转,即多位翻转现象,这是用LET所不能反映的.      

余度传感器结构的故障管理

为了使捷联惯性导航系统具有容错的能力,要求对捷联惯性导航系统中的余度传感器结构进行故障管理。本文阐述了两种余度传感器结构的故障管理方案:直接比较测量的故障管理方案和广义似然比检验(GLT)故障管理方案。两种方案都能对余度传感器结构进行故障检测、故障分离和故障重构。文内还对两种方案的优缺点作了比较分析。     

抗代间污染攻击的网络编码签名方案

为适应实时应用的需求,网络编码中引入了代的概念.针对网络编码易受代间污染攻击导致消息发生串扰的问题,提出了基于代标识符的网络编码签名方案.首先,方案中设置了依据代标识符生成的两级私钥,包括代私钥以及在此基础扩展成的消息私钥,以便节点判断消息的代属性来决定是否对它继续进行编码;其次,利用双线性对构造了具有同态性质的签名算法,通过分离两级私钥进行批验证,节点可同时验证同一代的所有消息.最后,通过随机预言模型分析,证明了该方案在适应性选择消息攻击下是安全的.通过开销分析表明方案能有效减少验证开销,提高系统性能.