基于CCSDS空间数据链路安全协议的星载遥控认证保护

在国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)规定的空间遥控系统数据传输体制下,对星载遥控认证保护进行了研究。选择了遥控数据认证保护层次,并设计了认证保护数据范围。针对上行遥控的认证保护机制与国际空间数据系统咨询委员会的空间遥控链路命令操作过程(COP-1)之间存在的"闭锁"风险,设计了重传请求保护机制。基于空间数据链路安全(SDLS)协议体制,提出了一种遥控认证帧结构模型。在该模型中,通过插入随机序列码段,使相同指令/数据帧经认证算法计算后,其结果的非线性度扩大;通过插入毫秒级精度的时间序列码段,抵御重放攻击,并极好地适应不同地面控制中心对航天器的并行控制。提出一种针对遥控认证保护的,涉及"常态"和"应急态"的安全关联(SA)周期管理的方法、密钥生存周期管理的方法,有效实现各虚拟信道的独立保护及密钥的科学管理。同时,提出一种开展星载遥控认证保护业务的算法设计方法。     

一种卫星通用遥控指令译码器设计

针对卫星传统遥控指令译码器已经无法满足通用性、适应性、好用易用及批量生产的要求,提出了一种新型遥控指令译码器设计。与传统遥控指令译码器相比,新型遥控指令译码器能够同时适应脉冲编码调制(PCM)遥控体制和空间数据系统咨询委员会(CCSDS)分包遥控体制的两种标准;并且配置了两种输入接口,既能直接接收地面发送的直接指令帧进行译码输出,又能接收星载计算机发出的间接指令帧进行译码输出。新型遥控指令译码器配置的与星载计算机的接口以及具备的自主健康管理功能,非常适用于有智能化自主运行管理需求的卫星。该译码器通用性和适应性强,非常适用于高集成度的抗辐照专用集成电路(ASIC)器件研制,以及高可靠性和长寿命产品的批量生产。新型遥控指令译码器设计已在新遥感平台及相应的卫星研制中得到验证。与传统遥控指令译码器相比,新型遥控指令译码器的功能、性能均得到显著提高。     

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     

融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统设计

随着北斗系统全面建成,北斗短报文在我国卫星测控领域的应用逐渐展开。为了充分利用北斗短报文双向通信功能、保密性好、全球覆盖等特性,参考国际空间数据系统咨询委员会（Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS）的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换（XTCE）标准,提出了融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统设计方法。首先,分析了CCSSDS XTCE和北斗短报文的应用现状;其次,考虑到北斗短报文的容量限制,设计优化了卫星遥测遥控数据传输格式和内容;再次,针对北斗短报文传输特性,探讨了加密通信方法;最后,为保证遥测遥控数据传输的正确性与可靠性,设计了数据连续识别和丢包补发方法。结果表明,融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统,可以为提高卫星的设计与科学使用提供参考。     

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。     

基于CCSDS标准的卫星遥控LDPC编码方案探讨

随着天地一体化及遥控可靠性需求的不断提高,传统卫星遥控标准中广泛采用的BCH码很难满足未来卫星遥控链路复杂多样的需求。为此,文章将卫星遥控指令分为短指令模式和内存上注指令模式两大类,设计低密度奇偶校验(LDPC)编码方案。对于帧长较短的遥控指令,采用3种码长较短的LDPC码,与目前空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控标准推荐的BCH(63,56)码相比,在误码字率为10~(-5)量级时,可以额外获得4～6dB的增益。对于大数据量的内存上注指令,应用现有CCSDS遥测标准推荐的LDPC(8160,7136)编码方案,当误码字率为10~(-5)量级时,所需信噪比(Eb/N0)约为3.8dB,编码增益约为7dB。为了实现LDPC编码方案,文章设计了与BCH码相似的协议格式,改动量较小且具有良好的兼容性,不会对已有遥控系统产生影响。译码方案采用并行的FPGA译码器架构及最小和译码算法,其译码复杂度较低,硬件实现资源占用较少,具有可行性。     

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。     

UC安全的移动卫星通信系统认证密钥交换协议

由于移动卫星和移动用户的计算、存储和通信能力有限,解决移动卫星通信系统的安 全和保密问题面临许多困难。根据移动卫星通信系统的实际情况,分析了系统的安全需求, 基于UC安全模型定义了移动卫星通信系统认证密钥交换协议的理想函数,该理想函数保证了 强安全性和实用性,并用于实际协议的设计。在移动用户和移动卫星通信网络控制中心之 间,设计了一个简单、低计算复杂性的认证密钥交换协议,该协议涉及了较少的交互次数, 认证协议计算负载仅仅需要利用伪随机函数、散列函数和与或计算。同时,基于UC安全模 型,对新的协议进行了可证明安全分析。新协议的安全属性包括可用性、有效性、身份隐藏 的可认证性、前向保密的密钥交换以及协议的模块化可复合性。     

一种遥控异常情况下的卫星安全管理方法

针对卫星在轨管理过程中出现的数管直接指令和地面直接指令无法正常执行的遥控异常,从卫星遥控信息的传输流程、遥控译码的工作原理入手,对导致直接指令执行异常的因素进行了排查,定位了异常原因为遥控译码故障。提出了对于单一频段遥控通道的卫星,通过调整部件的指令控制策略和将直接指令转换为数据指令的方法来实现卫星管理;对于多个频段遥控通道的卫星,除以上两种方式外还可以通过拓展遥控上行通道的方法,增加遥控上行冗余度来降低遥控译码通道异常的风险。所提出的安全管理方法经故障卫星在轨管理阶段的试验验证,在一定程度上有效控制了因一路译码故障给卫星安全带来的风险,可为卫星其它重大故障的及时发现、定位和有效规避提供参考。     

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。     

AOS(高级在轨系统)协议跟踪研

以CCSDS 732.0-B-3为基础介绍AOS协议数据单元、提供的业务、实现过程和管理参数等内容,描述AOS协议在选用SDLS(空间数据链路安全)协议时的AOS传输帧结构、业务、协议实现过程中与SDLS协议的接口实现及特点以及新增管理参数。     

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。     

CCSDS高级在轨系统及在我国航天器中的应用

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)1989年发布了"高级在轨系统,网络与数据链路:结构说明"建议书,高级在轨系统(AOS)为空间数据系统信息交换与处理提供了极大的方便,同时向下兼容常规空间数据业务。中国科学院空间科学与应用研究中心自1993年开始进行AOS的应用研究,先后在载人飞船有效载荷数管系统、实践五号卫星、863遥科学通用平台以及计划于2003年发射的探测一号、探测二号卫星上采用了CCSDS AOS数据标准。本文将简要介绍CCSDS、AOS标准以及在实践五号卫星、神舟飞船、遥科学通用平台和探测一号、探测二号卫星工应用AOS的情况与经验。     

航天器多种遥控体制组合设计方案研究

随着独立航天器向可重构、多功能方向的快速发展,以及组合式、组网式多航天器信息交互需求的增加,单一传统遥控体制已无法满足要求。为此,文章采用多种遥控体制组合的思想,设计了3种适应上述发展需求的遥控组合方案,即分包遥控-脉冲编码调制(PCM)遥控组合、PCM遥控-高级在轨系统(AOS)组合和分包遥控-PCM遥控-AOS混合组合,并从传输数据量、传输数据类型、占用信道情况、与现有遥控接收设备兼容性等方面分析了其各自特点及应用场合。文章提出的3种方案可有效解决遥控功能需求问题,并已在我国某大型组合式航天器中成功应用,可为后续航天器遥控体制设计提供参考。     

一种航天器综合电子系统业务及协议体系架构设计

对航天器综合电子系统的通用功能需求进行分析,设计了基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)标准的综合电子系统业务及协议体系架构。体系架构包含应用层、应用支持层、传送层和亚网层,可通过各层的业务及协议组合实现系统功能。从标准业务及协议的选择过程、业务及协议体系架构设计、解决的关键技术问题等方面进行详细阐述。该体系架构可为航天器的智能化和网络化提供技术支撑,实现器载接口及协议的标准化,促进航天器设备和软件的通用化,并为航天器提供更为灵活、强大的功能。     

适用于天地一体化网络的无证书密钥协商协议

为了保证天地一体化网络中用户信息的传输安全,改进传统方案的高时延等问题,本文提出一种轻量级的无证书密钥协商方案。首先,本文分析无证书密钥协商协议系统模型,针对天地一体化网络的特点提出协议需要满足双向认证、抗重放、完整性等安全需求。其次,本文选择一种轻量级的无证书加密方案,在此基础上提出密钥协商协议,满足天地一体化网络的资源和安全要求。最终,本文对提出的密钥协商协议进行BAN(Burrow-Adadi-Needham)逻辑安全性分析,并结合软件对协议性能仿真进行比较,结果表明：该方案在满足网络安全性需求的同时实现高效快速的协商。     

星载标准接口业务在航天器中的应用方法

对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)星载标准接口业务(SOIS)的产生历史、研究现状以及体系结构进行了分析。针对中国航天器中星载接口协议不统一、设备和软件通用性差等问题,探讨了在中国航天器中如何应用SOIS标准。文章从星内节点协议配置、SOIS业务选择、与空间链路协议配合等方面,探讨了SOIS标准在中国航天器上的应用方法。应用SOIS标准,将有助于实现星载接口及协议的标准化,以及航天器上设备和软件的通用化。     

卫星测控射频链路安全防护能力分析与设计

针对当前卫星测控射频链路面临的安全威胁,文章分析了不同测控体制的抗干扰能力,提出一种兼容直扩/扩跳频等多种体制的测控系统方案,采用多体制融合设计及基于窗函数的频域抗干扰算法,并在射频接收通道增加限幅器设计,在某遥感卫星的测控系统中应用,经过工程试验表明:此测控系统方案具备较高抗干扰能力和抗毁伤能力,可为其他有高抗干扰能力需求的卫星测控系统设计提供借鉴.     

遥控指令锁定电路的安全裕度分析

为提高遥控指令锁定电路的可靠性与安全性,结合卫星产品的研制流程与技术特性,提出一种卫星关键电路的可靠性分析流程。针对某型号遥控指令锁定电路在温度环境试验中的不稳定问题,定量分析了不同参数条件下的电路稳定性,利用电路重要参数的设计裕度范围确定了最佳的电路设计参数,保证了电路在可接受的最差应用条件下至少有67%的安全裕度。实际最坏情况下的试验表明,电路的各项参数与设计的容差范围一致,可靠性和安全性得到充分保证。     

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。