IP over CCSDS/AOS空间通信QoS保证方法

首先分析空间通信体系发展趋势,提出基于IP over CCSDS/AOS的空间通信模型。在分析总结了地面网QoS(服务质量)机制和AOS(高级在轨系统)虚拟信道调度机制的基础上,提出一种IP(互联网协议)网络层区分服务与数据链路层AOS虚拟信道动态调度相结合的QoS保证方法。该方法将网络层的业务等级划分映射到AOS的虚拟信道分配算法中,并在此基础上实现AOS虚拟信道的动态调度,提高包括话音、视频在内的综合业务在空间链路传输的性能。     

基于高级在轨系统的测控数传一体化方案

针对测控与数据传输信道一体化的需求,采用AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)空间链路层的等时业务,设计了一种测控数传信道一体化方案,可在上下行信道采用非相干信息帧同时传输测量信息及高速载荷数据.该方案设计了2种工作模式,模式一在上下行信道同时使用AOS传输帧,双向数据传输速率最高3 Mbit/s,测距精度优于2 m;模式二上行信道使用遥控扩频帧,可进行多站测距,抗多址干扰能力不低于15 dB,抗单频干扰能力不低于23 dB,下行信道使用AOS传输帧,最高数据传输速率3 Mbit/s,测距精度优于1 m.     

星载AOS数据链路层的模块化设计与实现

对AOS(高级在轨系统)数据链路层协议进行分析,提出一种模块化的设计方案,采用包装模块、虚拟信道模块和主信道模块分别处理不同特点的数据业务。该方案可利用成熟CPU(中央处理器)结合专用功能芯片实现,其中专用功能芯片可转化为ASIC(专用集成电路)产品。基于DSP(数字信号处理)控制器和FPGA(现场可编程门阵列)设计了原型设备对方案进行验证。结果表明:数据链路层模块化设计方案可行且有效,能够充分利用物理信道资源,经过测试下传数据中空闲帧比例低于0.6%。最后对功能模块的ASIC转化方案进行了讨论。     

自适应遥测信道速率的分包遥测调度方案

在卫星分包遥测静态分配适应单一遥测信道的方案基础上,提出了一种改进型动态自适应遥测信道速率的遥测分包方法,将包传输的控制参数由绝对参数优化为相对参数,从而满足不同信道速率、不同包源速率下的包传输适应性.该方法通过将遥测包周期计数与遥测包静态分配的传输周期的比值作为遥测包传输等待迫切比例系数,用相对的传输迫切比例系数值对全部遥测包进行排序,从大到小组入遥测信道下传.通过这种遥测包调度策略解决了遥测信道速率变换对包传输控制的影响.此外通过调节遥测包传输比例系数也能很好地解决遥测包数据率变化对信道传输的适应能力的影响,如数据率增加时整体降低包传输频率、数据率减少时整体加快包传输频率.     

遥测参数动态分发技术

针对某卫星地面运控系统按需分发遥测参数的要求,提出了一套低成本解决方案.该方案引入遥测参数分发软件,从而化解遥测处理设备和业务系统之间的多对多关系;并基于以配置方式实现对遥测参数的订阅,以模板填写方式实现对输出数据的动态封装,设计出保证数据包可靠传输的机制.在此基础上,对遥测参数分发软件进行了总体设计,给出了主要功能的实现逻辑.软件的运行效果表明,该方案有效实现了多星多方遥测参数的动态分发,降低了系统复杂度.     

面向高级在轨系统的动态服务质量保证方法研究

AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)已经逐渐被各国空间组织采用,随着空间任务的发展趋势更多样化和复杂化,对AOS的QoS(Quality of Service,服务质量)也提出了更高要求.针对AOS服务质量的提升需求,提出了一种虚拟信道优先级策略,使用大容量缓存结合数据压缩动态策略和遥测数据抽帧策略相结合的QoS保证方法,通过分析返向链路带宽与航天器遥测用户带宽的裕量,可以动态调整QoS保证,以适应不同应用环境下的航天器AOS的QoS保证需求.通过模拟不同的工况进行仿真试验,结果表明,该AOS服务质量保证方法适用于返向链路带宽裕量充足和不足的工况,比传统的全同步策略和同步异步结合策略拥有更广泛的适应范围.     

适用于卫星通信的虚拟ARQ机制

随着载人航天技术的发展,越来越多的航天任务需要利用卫星通信进行信息传输。已有的研究成果大都采用了ARQ机制来降低卫星信道的数据丢失率。然而由于卫星信道还具有长时延的特点,因此ARQ所采用的反馈机制会大幅增加卫星信道的传输时延。为了克服卫星信道中反馈机制带来的大时延问题,提出了一种虚拟ARQ(Virtual ARQ,VARQ)机制。在VARQ中,发送端并不依靠接收端的反馈信息来进行分组重发,而只根据当时估计的丢包概率来决定传输策略,从而可以大幅降低卫星信道的传输时延。随后,还对VARQ所具有的一些时延性质进行了理论证明。仿真结果显示,相对于选择性重传ARQ机制,VARQ机制能够降低大约25.69%的时延。     

CCSDS建议在某新型航天器测控中的应用

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的AOS(高级在轨系统)数据传输机制和TM(遥测)信道编码,较好地满足了某新型航天器遥测功能服务于多数据源、信号格式采用帧结构以及链路采用高性能信道编码的要求。某新型航天器测控采用AOS建议的插入业务和位流业务专用虚拟信道分别解决了多个不同特征数据源的遥测数据等时传输问题;采用CCSDS建议的传送帧结构满足了非相干测量功能对下行信号的要求;同时参考CCSDS遥测同步和信道编码建议中Turbo码的码型设计和码块同步方法,完成了下行链路高性能信道编码设计。     

测控中的星载计算机快速切换

针对低轨卫星长期管理与测控中的星载计算机所需要的切换、维护的测控时间相对较长的问题,在分析原有主、备星载计算机的时间比对方法的基础上,直接针对备机建立新的时间同步模型,并进行公式推导和理论误差分析;然后建立新的测控事件调度模型,实现时间同步数据与主备机一致性数据的同时注入,优化工作流程,并有效缩短测控时间;最后编写新的遥控作业,在测控中进行实践.应用结果表明,采用新方法可以在一个测控圈次内完成在轨星载计算机的切换与维护,MTTR(Mean Time To Repair,平均恢复时间)小于8 min,时间同步精度优于1 ms,所需测控圈次相对于原方法减少83％以上,适用于在轨卫星长期管理与测控.     

卫星网络多路径QoS路由策略研究

针对卫星宽带网络业务的多样性,提出了一种基于业务QoS(服务质量)需求和星间链路信息的多路径并行路由方案。该方案利用星间链路历史信息和准实时信息进行路由预规划,并基于星间链路实时信息和业务QoS需求对预规划的路由方案进行动态调整,实现业务数据在源节点和目的节点之间进行多路径并行传输。该方案不仅确保了业务传输的高可达性,而且使整个卫星网络链路资源得到充分利用,实现负载均衡。     

低轨卫星可控式冗余分包遥测技术

随着卫星功能日趋复杂,遥测参数越来越多,处理要求越来越快,遥测设计面临越来越大的压力,必须拓展新的设计思路.本文讨论了一种低轨卫星可控式冗余分包遥测技术,更好地缓解遥测信道“瓶颈”,满足用户多样化的遥测需求,提高卫星遥测能力.该设计采用PCM（Pulse Code Modulation,脉冲编码调制）遥测和分包遥测相结合的方案,在信道资源有限,遥测参数庞大、用户需求多样的约束条件下,通过星载软件模式控制的方法实现了动态可编程遥测处理和遥测数传通道的冗余处理,提高了遥测信道的资源利用率、遥测设计的灵活性和系统的可靠性,该技术已成功应用于某在轨卫星,并被多颗在研卫星所采用.     

一种基于信道模拟的测速精度评估方法

为了评估单向多普勒测速动态测量精度,构建了一种基于卫星信道模拟器的测速精度评估系统,通过在卫星信道模拟器装订卫星飞行轨迹,利用卫星信道模拟器对上行信号加入传播时延、多普勒频率,对卫星在轨飞行状态下的单向多普勒测速进行场景仿真,并对场景仿真获取的测速数据进行O-C残差序列分析,得到动态测量条件下的测速精度。给出了O-C残差序列的计算方法,分析了单向多普勒测速体制下时钟偏差对测速结果的影响,并给出了一种简单的时钟误差修正方法。     

CCSDS高级在轨系统协议吞吐量性能分析

简要介绍了CCSDS高级在轨系统(AOS)协议的信源特点;分析了影响AOS协议包业务吞吐量性能的因素,给出了传输集中数据时的包业务吞吐量计算公式;讨论了吞吐量-包长、吞吐量-帧长关系曲线,并针对传输集中数据情况下以吞吐量为指标优化AOS协议配置给出了指导性建议,为CCSDS AOS协议的应用提供了参考。     

跟踪和数据中继卫星系统地面站的软件和数据自动处理装置

一简介跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)可以跟踪其它(用户)卫星并中继其数据。该系统的地面站可同时对K波段和S波段的19条正向(到用户星)和32条反向(来自用户星)的数据信道进行调制解调。中继卫星系统本身对数据是直通的,它与国家航空航天局之间直接传输同步信息流。四颗通信卫星都有这种数据信道,通过6个单址和3个多址天线进行。中继卫星系统每周7天、全天24小时都进行数据中继服务。用一个中继卫星的个别(井力)务最长可持续24小时;用3颗中继卫星,便可连续不断地为用户星服务。中继卫星系统地面站是一个自动化程度极高的通信电子设备的集合体。这种自动化是依赖于软件实现的,使用了一个庞大的计算机组合——9台DEC PDP11/70计算机和一台双处理机Univac 1110。该软件要完成三项主要功能:     

AOS自适应帧长传输算法研究

以自适应帧长传输的高级在轨系统(AOS)为对象,从提高系统吞吐量出发,对包信道复用、虚拟信道(VC)复用及帧同步技术进行研究并提出相关的算法。包信道和VC复用算法可有效解决传统固定长度帧的生成与传输问题,降低复用时延,提高复用效率;帧同步算法则解决已有算法受帧长度标识误码影响较严重的问题,提升帧同步性能和数据处理可靠性。在分析、推导并仿真各算法性能公式和参数的基础上,对系统吞吐量性能进行仿真比较。结果表明,新算法能够很好地适应AOS自适应帧长系统,保证系统高吞吐量性能。     

一种在轨卫星星上事件状态展示的实现途径

传统的卫星监测显示系统主要以表格、曲线的方式对卫星下传的各类数据进行显示,即使有可视化显示软件,也主要偏重于飞行轨道和姿态运动的三维显示,很少能实时反映卫星星上部件的在轨运行状态。文章结合我国卫星监测技术与三维实时动态显示技术,设计了一种可用于显示卫星星上事件状态的可视化软件,通过对卫星设计阶段模型的导入,解析卫星结构,建立基于卫星重要设备或部件的可编辑的模型,以及与相关实时遥测参数的关联,实现卫星星上状态的可视化。     

我国成功发射“风云二号F星”

2012年1月13日8时56分,我国自主研制的第四颗静止气象卫星———风云二号07星（FY-2F）在西昌卫星发射中心由＂长征三号甲＂运载火箭成功发射升空。风云二号07星定位于东经112°赤道上空,并被命名为＂风云二号F星＂。经过在轨测试后,卫星将进入在轨存储备份,与目前在轨运行的风云二号D星和E星共同形成静止气象卫星＂双星观测、在轨备份＂的格局。该星的成功发射,对于确保我国静止气象卫星观测业务的连续稳定运行具有重要的意义。     

CCSDS高级在轨系统协议及其应用介绍

首先简要回顾了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)AOS(高级在轨系统)建议及其在空间数据系统信息交换和处理方面的优势,然后介绍了继载人航天飞船有效载荷数据管理系统、"实践"五号卫星及双星探测计划之后,中国科学院空间科学与应用研究中心在"嫦娥"卫星、月球车综合电子演示系统、百兆级高速多路复接器及"萤火"一号探测器上开展CCSDS AOS应用研究的新进展。     

利用高级在轨系统业务实现测控与数传综合

提出了S/X航天测控与数据接收统一信道的概念，确定总体技术方案，并进行了信道设计；重点研究了利用高级在轨系统的插入业务实现伪码测距。     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.