基于CCSDS标准的航天器上行遥控链路 协议体系与可靠性技术

针对航天测控领域中上行遥控业务的协议体系选择与可靠性设计问题,在对我国现行国军标技术指标要求与现有航天测控系统天地基遥控技术特点进行归纳梳理的基础上,基于空间段信息传输无线链路特点与CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)标准规范,研究给出了适用于我国航天测控任务的空间段遥控协议体系与可靠性措施,利用梳理统计方法对上行遥控体制进行了数学建模分析,并与CCSDS给出的应用算例进行了对比分析.分析结果表明,所涉及的上行遥控体制与CCSDS标准规范的工作效能基本相当,能够满足我国航天任务上行遥控任务使用需求.     

CCSDS遥控通信操作规程应用

由于遥控通信的重要性,为了在有噪声的链路空间中可靠地传输遥控数据,CCSDS(空间数据系统咨询委员会)提供了遥控COP-1(通信操作规程)建议书。该探作规程使用遥控空间链路协议,规定了空间任务中地—空或空—空通信链路间应用数据的自动重传操作规程,保证了用户业务数据的正确传输。此外,还介绍了CCSDS标准建议书中的遥控通信操作规程的概念、业务类型,并对其中使用的内部规程接口、业务数据传输操作规程以及滑动窗口的应用进行了详细说明。     

基于PUS协议的通用遥控指令设计及其XTCE描述

为了解决现今各卫星型号中遥控指令形式多样、参数多变、指令设计繁琐的问题,提出了一种通用的卫星遥控指令设计方法。该方法参考PUS(Packet Utilization Standard,包应用标准)对遥控指令包格式进行通用化设计,并使用XTCE(XML Telemetric and Command Exchange,基于可扩展标记语言的遥测遥控数据交换)格式对遥控指令格式和内容进行描述,能够快速有效地进行遥控指令的设计和动态生成,在满足卫星遥控指令设计和应用需求的同时又具有较好的通用性和继承性。实践表明,基于PUS协议的通用遥控指令设计方法及其XTCE描述能够有效地降低地面应用和测试软件的复杂度,提高软件的通用性和可靠性,缩短研制周期,降低卫星研制成本。     

分包遥测和分包遥控——新一代航天器数据传递技术

NASA进行的25年宇宙探索中,航天器遥测和遥控数据流中所使用的格式和协议总是按用户需要各任务变化不定。因此,每项计划都必须重新设计和测试航天器及地面测控网硬、软件的大量部件,故消耗了不少资源。这种高度用户化的做法无法实现数传处理自动化,于是成本高,还可能降低可靠性。标准化分包遥测和分包遥控概念的出现,有可能取代这种无休止的重新设计。按分包概念,航天器和地面应用进程皆利用标准格式编排技术产生自主式数据包。借助标准传递协议,这些数据包通过空间数据网端一端传送到它们的目的应用进程。这样,中介数据网可以设计得完全独立于具体任务,于是有利于高度自动化及互操作。目前分包遥测协议已成熟,正在作最终评审,分包遥控协议需进一步开发,但基本上与遥测格式相对应。     

多目标遥控中的目标识别

本文对多目标遥控中的目标识别进行了评述。着重讨论了下列几种识别方法,即频分(FDM)识别法,时分(TDM)识别法,指令码分组识别法,目标识别码(PCM)识别法以及时分与目标识别码(TDM-PCM)相结合的识别方法。最后介绍了一种采用TDM-PCM体制设计的通用性很强的可编程序的遥控编码器。它有100种编程能力。该编码器既适用于控制单目标,又适用于同时控制多目标,还可采用计算机自动发令。     

基于LAS码的星群多目标测控技术研究

针对星群多目标同时测控问题,基于星群轨道根数的时延特性和多普勒频移特性分析可得,星群多目标测控的上行链路遥控与测距信号可实现S CDMA（Synchronous Code Division Multiple Access,同步码分多址）,由于星间距离较小,下行链路遥测与测距信号满足QS CDMA（Quasi synchronous code division multiple access,准同步码分多址）.上行链路遥控和测距信号形式设计为PCM BPSK CDMA（Pulse Code Modulation Binary Phase Shift Keying Code Division Multiple Access,脉冲编码调制二进制相移键控码分多址）,上行链路信号采用Gold序列扩频;下行链路遥测和测距信号形式设计为PCM BPSK CDMA,根据总的时延差,提出下行链路采用基于等长脉冲间隔法构造的LAS（Large Area Synchronous,大区域同步）码扩频.结果表明：比特信噪比Eb/N0为10.5 dB时,遥控误码率为1＆#215;10 6;Eb/N0为9.6 dB时,遥测误码率为1×10^5——与达到相同误码性能的Gold序列相比有1 dB改善,因此,LAS码相比于Gold码能够获得更好的误码性能.     

测控网遥控指令处理系统概述

本测控网遥控指令处理系统(NCPS)是一个使用多总线/68030微处理器的航天器遥控系统,由Bendix现场工程公司为美国航空航天局(NASA)地面测控站研制的。该系统将安装在全球地面站上,为航天计划操作控制中心(POCC)提供对航天器(如LANDSAT,跟踪与数据中继卫星和雨云-7卫星)操作的遥控能力。该NCPS要与POCC及本地操作员相互协作,共同处理配置请求,产生调制的上行序列,并向用户报告地面遥控线路的状态。本文分两部分介绍NCPS,第一部分叙述系统功能和硬件,第二部分叙述若干软件设计问题,包括:灵活的、可扩展的用户界面的实施,最大限度采用可复用软件模块以及Bendix现场工程公司设计的开发工具的验证。     

CCSDS SLE系统原型方案研究

基于测控系统数据在SLE(空间链路扩展)服务提供方与使用方的传输包括2个流向——前向遥控指令和返向遥测数据——这一特点,从总体方案、软件体系结构和传输协议等3个方面对SLE系统提出设计方案。通过对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)SLE系统的研究和CCSDS SLE传输协议原型软件的实施验证,利于将此协议应用于今后的工作中,便于实现与国外航天机构的相互合作。     

利用GPS遥控链路的天基停飞系统

本文研究了利用L波段遥控专利方案实现基于GPS靶场的真正综合式靶场测量系统必须解决的问题。着重讨论硬件及从单音调制遥控系统变换成采用加密和扩频的数字系统需解决的问题。还将谈到将该系统纳入美国空军靶场标准化和自动化(RAS)结构作为一种可能的GPS靶场方案所需费用和时间安排的一些想法,并讨论如果采用该方法将带来比现用系统的优越之处。     

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。     

分包遥测、遥控与AOS设计思想初探

本文首先介绍分包遥测、遥控和AOS与OSIRM的关系,接着从服务对象,信息源特点,业务种类,数据结构,差错控制,物理层功能七个方面进行分析比较,以便从不同角度对CCSDS设计思想进行研究。     

空间互联网协议体系研究

随着技术的发展,航天测控的概念将发生变革,传统的测控功能将逐步演化为通信与导航。对于新体系架构中的通信部分,空间互联网是一种有效的解决方案。本文按照协议分层的原则,针对空间任务的特点和需求,对可能应用于空间通信环境的各类协议进行了系统比较和基于OPNET(优化网络工程工具)的仿真分析,在此基础上提出了一种空间互联网协议体系建议。     

SDI△181探测器舱的遥控中心

霍普金斯大学应用物理实验室(JHU/APL)设计的在轨探测器舱要完成许多SDI(星球大战)△181计划的重要实验。这些实验需要许多在轨遥控和监视操作,还要动用全球性地面设施网。主要设施是应用物理实验室设计和安装的探测器舱遥控中心(SMCC)。该中心坐落在卡纳维拉尔角空军站(CCAFS),连接到由东靶场、空军卫星控制网(AFSCN)、肯尼迪航天中心和西靶场设施组成的地面网上。 由于该任务很复杂,给SMCC的设计、建造和操作带来一系列挑战。本文介绍SM-CC功能设计方案以及地面支持网遥测和遥控方面的一些特殊问题。     

基于XTCE标准的遥测数据处理软件架构研究

XTCE(基于可扩展标记语言的遥测遥控信息交换)数据规范是CCSDS(空间数据系统咨询委员会)发布的空间任务遥测遥控信息描述模型和数据交换格式,旨在为遥测遥控信息定义提供一种标准方式,进而减少遥测数据处理软件支持异构任务的工作量,减少开发成本,缩短开发周期,降低开发风险.本文首先介绍XTCE的整体框架,重点介绍了XTC...     

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.     

分包遥测、遥控与AOS设计思想初探

本文首先介绍分包遥测、遥控和AOS与OSIRM的关系，接着从服务对象，信息源特点，业务种类，数据结构，差错控制，物理层功能七个方面进行分析比较，以便从不同角度对CCSDS设计思想进行研究。     

卫星遥控系统的安全性研究

本文对当前卫星遥控系统中大量采用的大回路反馈校验体制的安全性作了较为详细的讨论，提出了在大回路反馈校验体制下遥控安全保密系统设计的一般原则，并给出了该保密系统的实现技术手段和实现方法。     

船载测控系统遥控小环误码分析与解决方案

针对某型船载测控系统中遥控设备存在遥控小环比对误码故障,在分析遥控小环接收解调机理基础上,通过模拟仿真和试验研究,建立了遥控副载波收发相位延迟与数据解调间的关系模型,提出了解决遥控小环设备误码问题的设计方案。试验结果表明,该方案对于解决船载测控系统中遥控小环比对误码问题是有效的、可靠的,降低了遥控指令小环比对错误的虚、漏概率,确保了遥控指令发送状态信息的实时监视。     

基于网络编码的空间DTN LTP协议改进

随着空间通信技术与应用的不断发展,空间DTN (Delay Tolerant Network,容延迟网络)中节点之间数据传输的重要性日益明显。针对空间DTN的可靠信息传输需求,首先介绍了空间DTN的特点及信息传输协议体系,并对LTP (Licklider Transmission Protocol,立克里德传输协议) 进行了重点分析。然后针对空间DTN中LTP协议的缺点和不足,研究提出了基于网络编码的空间DTNLTP传输协议改进策略——NC-LTP协议,并通过数学仿真对算法性能进行了分析评估。仿真结果表明,相比于LTP协议,NC-LTP协议在不同信道传输时延、不同丢包率等条件下的适应性方面表现出较大的优势,因此NC-LTP协议更适用于具有高动态特性、高信道误码率、带宽受限的空间DTN环境。     

SDL在空间通信协议开发中的应用

针对空间通信协议开发难度大、代价大的问题,提出了基于协议工程思想利用SDL(规范与描述语言)对SCPS-TP(空间通信协议规范-传输协议)进行开发的方法,包括SDL建模、仿真和验证。首先对SCPS-TP进行了功能分析,确定功能点和状态机,并据此利用SDL建模;接着对模型进行实时仿真,测试其正确性,通过调试保证所有功能通过仿真;最后对模型进行了验证。验证结果表明,SCPS-TP不存在死锁、活锁等逻辑错误,为其在空间通信中的应用提供了有力支持,同时也说明了SDL在空间通信协议开发中的重要应用。