天地一体化互联网络中航天器网关的设计及实现

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化互联网络的信息传输系统。针对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)推荐的基于CCSDS空间链路承载网际协议业务(IP over CCSDS)网关协议转换技术,文章提出一种实现天地一体化互联网络的航天器网关的设计思路,即通过研制航天器网关实现IP协议与CCSDS高级在轨系统(AOS)空间数据链路协议的相互转换,并对服务质量(QoS)保证方法进行了设计。针对航天器网络搭建了测试系统平台,并对高清图像、高质量话音、计算机数据和遥测数据等网络数据的传输进行了测试,测试中通过航天器网关进行传输的所有网络数据包均无丢帧现象发生,文章提出的IP over CCSDS网关可用于构建天地一体化互联网络。     

CCSDS统一空间数据链路协议应用分析

针对TM、TC、AOS、Proximity-1四种空间数据链路协议的应用局限性，对CCSDS（国际空间数据系统咨询委员会）提出的统一空间数据链路协议（Unified Space Data Link Protocol， USLP）规范进行分析，介绍了USLP传输帧主导头和数据域中各个字段的设计驱动，以及与其他空间数据链路协议的差异。对于服务数据单元信道复用传输需求，梳理了物理信道、主信道、虚拟信道、多路复用访问信道的服务类型，明确了数据传输服务、信道复用、信道标识、服务数据单元之间的关联关系。以遥测遥控数据空间链路传输为例，分析了USLP的适用性和推荐设置。     

《空间数据与信息传输系统 参考体系架构》标准解析

<正>空间数据与信息传输系统(简称空间数据系统)因需求而生,随着空间活动范围不断扩大,全球逐步开展了一系列航天探索活动,任务飞行要求更加复杂。从对地观测卫星到数据中继卫星,从无人航天器到载人飞船和载人空间站,以及无人或载人火星探测器等深空飞行器,航天任务的物理环境更复杂,功能要求更高,信息获取的能力更强,信息传输和交换的需求日益迫切,这些都对航天任务的数据获取、处理、传输、交换、存储和安全等提出了更高的要求。     

空间数据系统参考体系架构的通信视角

<正>空间数据系统主要由空间段系统、地面段系统、通信链路等部分组成,航天器内部设备之间、航天器之间、航天器与地面系统之间通过通信链路实现互联,并通过地面网络进行扩展,实现空间数据采集、传输、存储、处理和利用,支持空间任务的实现。参考体系架构是一种基于模型的工程方法,该方法采用一组概念和规则,对系统的组成结构、语义行为及各要素之间的关系做出规定,用于在系统设计过程中对系统进行抽象描述。空间数据系统是由多个部分组成的复杂系统,难以从单一视角、采用单一架构对其进行全面描述。     

星载嵌入式文件系统技术研究及实现

介绍了一种面向空间应用的嵌入式文件系统的设计要点,着重说明了采用B 树组织文件、锁链方式组织元数据以及低资源占用的空间分配回收机制三个方面问题。自主开发的文件系统较好地解决了NAND型Flash存储芯片作为星载存储设备所遇到的磨损均衡、存储空间使用效率的问题,能够更好地支持星载数据的文件化存储管理和可靠传输。     

一种用于近地轨道航天器的天地网络一体化方案

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化的信息传输系统。针对航天器内部网段设计和CCSDS空间链路承载网际协议业务(IP over CCSDS)的协议转换技术开展研究,提出一种适用于近地轨道航天器的天地网络一体化方案,并通过研制航天器网关实现了网际协议(IP协议)与空间数据系统咨询委员会高级在轨系统(CCSDS AOS)空间数据链路协议的相互转换,并对服务质量(Qo S)保证方法进行了设计,试验结果表明,文章提出的方案可用于构建天地一体化互联网络。     

CCSDS遥测遥控空间数据系统通信协议及其应用

文章首先回顾了空间数据系统咨询委员会 (CCSDS)当前的遥测、遥控和高级在轨系统 (AOS)建议的结构 ,然后讨论了CCSDS重新构造的空间数据系统建议的结构 ,分析了重构建议的主要特点以及和先前建议体系的不同之处 ,详细介绍了空间包协议和空间数据链路协议。最后 ,举出重构建议与其它协议在端 -端的空间数据系统中运用的两例     

空间因特网与空间测控

空间因特网的建立是空间数据系统发展的必然趋势,CCSDS提出在2020年建立行星际因特网,全世界各国空间组织的技术专家们已展开对下一代空间因特网的研究。文章从空礼数据系统现状出发,分析了建立空间因特网需要解决的问题,并探讨了空间因特网的实现将对空间测控带来的影响。     

CCSDS遥测遥控空间数据系统通信协议及其应用

文章首先回顾了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)当前的遥测、遥控和高级在轨系统(AOS)建议的结构，然后讨论了CCSDS重新构造的空间数据系统建议的结构，分析了重构建议的主要特点以及和先前建议体系的不同之处，详细介绍了空间包协议和空间数据链路协议。最后，举出重构建议与其它协议在端-端的空间数据系统中运用的两例。     

CCSDS在遥感图像压缩中的应用研究

针对空间光学遥感数据特点,设计适合于星载光学遥感器数据压缩的算法目前仍然是一个研究热点。CCSDS压缩是适合于空间光学遥感数据压缩的最新标准。该标准由空间数据系统咨询委员会于2005年推出,从空间数据特点出发,可以有效解决数据压缩的问题。另外,利用该压缩标准可以更好的跟CCSDS的其他标准兼容。文章针对该压缩标准进行研究,对算法的实现过程进行了分析,并将该算法的实验结果跟其它的压缩算法做了比较,结果表明,该算法压缩效果与JPEG2000相当,但算法复杂度较低,易于硬件实现,符合星载压缩的实时处理要求。     

空间烟云的扩散模型

探讨空间烟云用于外层空间目标红外遮蔽隐身干扰,通过分析烟幕扩散体系的真空及微重力效应,基于扩散定律建立了空间烟云的纯扩散模型.研究结果表明,空间烟云施放后其质量浓度在任意时刻的等值面均为一球面,并且随着球半径的增加在空间连续减少;同时结合辐射在烟云中的传输特性研究,获得了空间烟云有效遮蔽面积及遮蔽时间的估算方法.     

太空非合作遥感卫星三维重建点云的平面滤波方法

受太空环境光照条件弱、卫星高速运动、卫星表面纹理匮乏等因素的影响,太空非合作遥感卫星的三维重建点云中往往会存在大量噪声,给太空非合作目标的准确探测带来了非常不利的影响。文章以非合作遥感卫星的形状特征作为先验知识,提出一种三维重建点云的平面滤波方法。针对点云噪声的不同特点,首先利用统计分析滤波方法消除离群离散点噪声;其次,利用改进的区域生长聚类方法,分割出点云模型中的平面结构与离群点簇噪声;然后,分别用RANSAC算法和最小二乘法对平面结构进行滤波,并将平面结构附近的噪声点垂直投影至平面内,去除模型表面噪声。实验结果表明,该优化方法可以有效去除非合作遥感卫星三维重建点云中的大部分噪声,得到卫星平面结构的光滑点云数据。     

深空通信中提示否定确认型CFDP协议延时估算

为确定空间数据咨询委员会（CCSDS）建议高级在轨系统中CCSDS文件传输协议（CFDP）在深空通信环境中的适应性,研究了CFDP中提示否定确认型文件传输协议（Prompt NAK CFDP）的传输机理。给出了此传输方式的文件传输时延估算方法。分析了误码率、传输速率、协议数据单元的大小与数量,以及提示信息数等对传输时延的影响,获得了深空通信对误码率的要求。研究表明：CFDP可用于深空通信,为其进一步应用和改进提供了参考。     

航天发射场加注系统风险评估技术研究

针对航天发射场加注系统风险评估主观随意性较大的问题,提出了基于综合云的多属性风险评估方法,并对某发射场加注系统的运行状态进行了风险评估.首先应用属性约简算法将加注系统风险源权重的确定问题转化为粗糙集理论中属性重要性的评价问题,通过计算得到加注系统各风险源的权重,从而使得加注系统风险源权重的确定更具客观性和合理性;其次,对综合云公式进行了改进,使权重系数直接参与不确定性计算,充分考虑了加注系统性能指标的评分误差给最终结果带来的各种影响.评估结果表明:1)当前使用中的加注泵性能为良偏下,此时的加注系统已经存在了安全隐患,需要更换新的加注泵,否则就容易发生危险;2)该方法能够进一步得到加注系统实际的更多细微信息,结果更加贴近实际.     

自主机动空间绳网机器人设计与动力学建模

设计了一种新型“平台+绳系+柔性网+自主机动单元”结构的空间机器人系统,较强的机动能力和较大的任务范围使其在空间垃圾清理任务中具有显著的优势。详细描述了自主机动空间绳网机器人的概念、任务过程和特点。为了分析自主机动空间绳网机器人逼近目标过程开始时柔性网网型的变化趋势,采用质量集中法建立了逼近过程的动力学模型,模型中将柔性网离散化为无质量弹性杆和质点的集合,同时考虑了自主控制力的作用。在不同条件下对逼近过程中的网型变化进行了数字仿真,仿真结果表明：逼近过程开始时,自主机动单元无控状态下柔性网将产生收口运动,且收口运动的强弱与自主机动单元和柔性网的初速有关;逼近轨迹也将偏离目标方向。通过自主机动单元的自主控制力能够避免收口运动和逼近方向偏移的产生。     

基于多相机的空间机械臂视觉系统

视觉系统是空间机械臂的重要组成部分,空间机械臂除开环控制外的所有工作模式都不能离开视觉系统的引导和辅助而独立实现。文章以建立满足空间机械臂实际应用需求的视觉系统为目标,提出通过分布在不同空间位置的多个相机的协同工作扩展并增强视觉系统的监视和测量能力,并从系统组成、工作模式、测量方式等多方面完成空间机械臂视觉系统方案设计。仿真试验结果表明,目标三维位姿的测量误差与视觉标记点检测结果的误差近似成线性关系,视觉标记点检测的准确性对目标位姿测量的精度具有重要影响。室内环境试验结果表明,在视觉系统的引导下机械臂能够自主完成对目标的定位和捕获,视觉系统满足空间机械臂大范围运动和精准操作任务的应用需求。     

基于点云深度学习的对称结构空间目标相对位姿测量

针对对称结构空间目标相对位姿解算过程中点云误匹配带来的误差问题，提出一种基于点云深度学习的对称结构空间目标相对位姿测量方法。首先设计空间目标点云特征提取网络及关键点回归网络，将位姿测量问题转换为空间目标点云关键点回归问题，通过两个并行的回归网络分别输出空间目标平移向量和具有固定标签的目标点云三维边界框角点；其次利用具有连续稳定标签的角点求解目标姿态，可有效解决目标的对称结构导致的点云误配准问题；最后通过仿真数据集的实验表明，该方法相比于传统的点云配准方法有更高的准确率，能够精确求解具有对称结构的空间目标相对位姿。     

脉冲展宽对深空激光通信的影响与补偿研究

深空激光通信系统下行链路的脉冲位置调制PPM（Pulse Position Modulation）信号在经过大气信道传输和单光子探测器接收时,将出现脉冲展宽效应,引起通信系统性能下降。分析了大气信道中的淡积云云层散射、大气湍流与气溶胶散射和单光子探测器的抖动特性所引起的脉冲展宽效应。在此基础上,仿真分析了淡积云云层物理厚度对不同PPM调制阶数下通信速率的影响,并研究了单光子探测器引起的脉冲展宽产生的抖动损失。为补偿脉冲展宽的影响,提出了一种基于时隙似然比解调的补偿方法,通过仿真验证了该方法能够有效降低深空PPM激光通信链路中脉冲展宽对通信误码率的影响。该研究对分析和提升深空PPM激光通信系统的链路性能具有一定的参考意义。     

基于云模型的关联规则的提取算法

关联规则的提取是数据库应用领域研究的一个重要课题。如何发现普通数据库中各属性之间的关联, 也称为数量相关问题,具有更为普遍的意义。     

空间超高速撞击碎片云前端速度的预测模型

文章利用一组二级轻气炮发射2017-T4 铝质球形弹丸撞击6061-T6单层铝板的地面试验数据,通过选择适当的函数模型,采用多元函数拟合的方法,得到了碎片云前端速度与靶板厚度、弹丸直径和弹丸速度关系的三元二阶多项式模型。再用另外一组数据对该模型进行检验,验证了其对碎片云前端速度具有较好的预测效果。将以上两组数据同样用于建立“无量纲化”模型进行碎片云前端速度预测,并与前述多项式模型的预测结果进行比较发现,该多项式模型预测的方均根误差及平均相对误差均明显优于“无量纲化”模型。该多项式模型可用于预测空间碎片撞击航天器产生的碎片云的前端速度,有助于航天器的空间碎片防护设计。