天地联合测控鲁棒性路由算法

针对未来海量飞行器的测控需求与中继卫星有限资源之间的矛盾,在天地联合组网测控架构的基础上,设计了基于时变图的时延保障鲁棒性路由算法,以满足测控任务低时延、高可靠的通信要求。首先,构建时间扩展图(TEG),精准表征天地联合网络的时变拓扑、链路时延与业务需求;然后,将时延保障鲁棒性路由问题建模为最短时延备份路径问题,采用贪心思想和增广路径回退机制,设计基于TEG的最短时延备份路径算法,高效获取两条低时延且互为链路备份的端到端路径,为测控业务传输提供鲁棒性保障;最后,分析了时间复杂度并给出算法应用示例。相比于传统备份路由方法,所提算法能够构建时延性能较好的备份路径(仅增加0.01 s),100%保障单链路失效情况下测控业务传输不中断。     

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络（Spatial Information Network, SIN）地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间（Heterogeneous Earliest Finish Time, HEFT）算法进行求解。仿真结果表明：卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。     

卫星移动通信系统的相关应用

介绍了卫星移动通信系统的概念、类型、用途和系统组成，概述了卫星移动通信系统在我国话音业务、低数据采集业务和高数据采集业务中的实际应用。     

北斗卫星导航系统测量误差指标体系

围绕北斗卫星导航系统中的伪距测量误差，全面分析系统的测量原理，提出系统误差指标体系的构建流程，构建基于误差层次分解方法的北斗卫星导航系统测量误差指标体系，指标体系由1个系统层指标、3个准则层指标、11个要素层指标和36个基础指标等51个指标组成。同时，结合实例，从卫星下行链路的绝对时延的测试需求，引出了绝对时延的测试问题，定义星载导航任务处理单元对外1PPS信号的输出口作为卫星的时间零点，给出需要测试的绝对时延的路径组成。根据目前系统的实际情况，通过每一部分的测试误差，求出整个绝对时延的测量误差精度。     

多层卫星通信网络设计及星间链路几何特征分析

首先比较LEO、MEO、GEO和HEO卫星构成的通信网络的优缺点,针对性地提出一种多层卫星通信网络方案,设计了一种由LEO、MEO和GEO卫星构成的多层卫星通信网络,该网络是第一个以Walker delta型星座构成的含有各种ISL的多层卫星网络,所需卫星数目最少.通过仿真模拟了卫星星座,应用几何分析的方法研究了网络中ISL的俯仰角、方位角和路径长度三个参量的变化规律,对星上跟瞄系统的设计和转发器功率的选择有指导意义,为选用时延最短路由和满足服务质量提供依据.多层卫星网络能够综合单层卫星的优点,发挥其在覆盖范围、星间链路、传输时延等方面的巨大优势,满足各种业务的不同QoS要求.     

6G时代卫星算力网络发展思考

卫星已被广泛认为是6G网络的重要组成部分，卫星算力网络结合实时网络和计算资源状况，进行卫星计算节点间的任务调度，能够满足多样性业务的时延要求，实现在轨通信、处理、存储等资源的高效利用。首先，阐述卫星算力网络的概念内涵，对卫星通信网络的发展现状和趋势进行了总结；其次，从总体架构、硬件组成和软件架构三方面给出了卫星算力网络的设计考虑；最后，对卫星算力网络所面临的技术挑战进行总结，对卫星算力的发展进行了展望。     

SCPS-TP协议用于LEO卫星网的性能分析与改进

SCPS-TP是空间通信传输协议,可用于卫星网络。为分析SCPS-TP在LEO卫星网中的性能和选择合适的拥塞避免机制,进行原理分析和仿真实验。在LEO卫星网中的典型时延和误比特率条件下,SCPS-TP协议采用Ve-gas机制比Van Jacobson机制能达到更好的性能。但LEO卫星网中存在的切换和路径改变情况会严重降低Vegas机制的性能。对此提出一种利用SCPS-NP包头信息感知路径变化和更新时延基准的改进方法,具有较好的可实现性。仿真结果表明,此举能明显提高SCPS-TP协议在LEO卫星网路径改变时的性能。     

北斗卫星注入校验信息传输时延分析及优化

北斗导航卫星上行注入校验信息主要用于上行注入导航信息的闭环校验及错误重注,具有较高的实时性要求;同时该类信息具有传输路径复杂、处理节点多、处理难度大的特点。文章分析了上行注入校验信息的使用方式、传输路径及传输需求,介绍了基于星间链路的星座信息传输方法。提出了一种工程应用可行的注入校验信息传输方案,进行了星内信息传输流程设计,描述了各个传输节点的信息路径,分析了各个节点的传输时延,提出星地同步注入策略和动态调度措施,对信息传输时延进行了综合评价和优化改进,将传输时延优化压缩至1200～1800 ms。对卫星在轨数据进行了分析,验证了优化措施及分析结果的有效性,可以有效满足卫星工程应用的需求。     

基于负载均衡的导航时分网络建链优化技术研究

导航卫星可基于相控阵星间链路构成覆盖全球的时分捷变网络,文章针对卫星之间建链拓扑的优化问题进行研究。首先,建立导航卫星星座动态时分建链的拓扑模型,确定了在特定路由策略下,信息路径及网络节点负荷由网络拓扑唯一确定的原则,并分析了导航卫星网络业务流量不对称的特征。然后,基于导航星座模型提出基于目标评价函数进行负载均衡的网络拓扑优化方法,形成建链优化方法的计算步骤。最后,以网络时延和接入能力为指标验证时分网络建链规划方法对负载进行均衡的性能。仿真结果证明了基于负载均衡的时分网络建链优化方法的可行性,对全球卫星导航系统的星间链路管理与运行具有参考价值。     

基于地理位置信息的无收敛多测度卫星网络路由算法研究

设计了一种基于地理位置信息的无收敛多测度的卫星网络路由算法CFR,算法根据地理位置关系、延迟和链路丢包率三种测度计算路由,满足不同应用的服务质量要求.当有数据到达时,卫星根据地理位置关系、网络拓扑和链路状态实时计算数据传输路径,避免了路由收敛过程.在此基础上,为有效均衡卫星网络负载,卫星将链路负载信息通告给数据传输路径上各颗卫星,卫星根据负载调节数据传输路径,有效地均衡了网络负载,减少了数据丢失,增加了吞吐量.     

空间绳系机器人姿态容错控制方法研究

在精确姿态控制阶段,由于反作用轮的故障,空间绳系机器人会出现姿态控制失稳的问题,为此,提出了一种空间绳系机器人姿态容错控制的新方法。该容错控制方法利用时间延迟控制算法,将前一个周期的控制量引入到当前控制律中,估计并补偿由于反作用轮故障引起的当前控制量变化。在推导该容错控制方法的基础上证明了它的稳定性,从反作用轮无故障和有故障两个方面,对利用时间延迟控制算法与利用PD控制算法的控制律进行了仿真比较。仿真结果表明,利用时间延迟控制方法跟踪目标姿态精度高、鲁棒性强;将时间延迟控制方法用于调整反作用轮故障状态下空间绳系机器人姿态具有较强的稳定性。     

未知噪声环境方位-俯仰-频率-时延等四维参数联合估计方法

提出一种基于空时扩展虚拟传感器阵列的未知噪声环境下方位、俯仰、多普勒频移和相对时延四维参数联合估计新算法。未知噪声背景下的UN-MUSIC、UN-CLE等算法不易于完成多参数联合估计任务,而UN-ESPRIT算法又需要信号具有空、时域子空间旋转不变特性,对阵列结构要求严格。文中通过对原始数据的时延补偿等处理,利用虚拟数据阵的时移旋转不变特性,经由构建空时扩展波达方向矩阵同时获得诸参数的联合估计。虚拟传感器阵列的理论孔径为物理阵列的数倍,具有在低信噪比、未知分布噪声环境下更强的适应能力;且算法对于物理阵列阵元分布无特殊要求,具有很好的理论和实用价值。理论分析以及计算机仿真都证明了算法的有效性。     

一种改进的LEO卫星网络路由策略

文章结合LEO卫星网络的拓扑结构和运行规律,提出了一种时延受限的最小耗费（DCLC）路由算法。仿真结果显示,相对于最短路由算法,该算法具有较低的呼叫阻塞率和切换失败率,以及更好的服务质量。同时能够平衡各链路负载,使整个卫星网络更稳定。     

星座系统延时对不同业务服务质量的影响研究

文章首先介绍了卫星通信系统延时对不同业务的服务质量的影响,包括对话音业务、常规数据业务的服务质量的影响。然后结合星座系统的应用背景,阐述系统延时可能带来的影响,以确定星座设计时对卫星轨道高度选择的限制。     

高精度天基多星时差无源定位算法研究

天基多星时差无源定位系统具有定位精度高、单星设备量小等优点,军事民用前景广阔。分析天基多星时差无源定位的原理,提出基于最大似然估计的定位算法,给出定位精度,并进行计算机仿真,验证了算法的有效性。该算法具有较高的工程应用价值。     

基于特征模型的高超声速飞行器的自适应姿态控制

研究了基于特征模型的自适应控制方法在高超声速飞行器姿态控制中的应用。对一类非线性强耦合以及大范围参数不确定性的类X-20高超声速飞行器无动力滑翔段六自由度动力学模型,建立含耦合的多输入多输出(MIMO)特征模型,并设计基于特征模型的黄金分割控制器。控制律设计中通过对非对角元控制量强制一步滞后,使得各通道控制量可以计算简单。最后通过飞行高度和速度大范围变化的长时间飞行过程中姿态角的跟踪控制仿真,验证了控制器的鲁棒性和适应性。     

基于隐式位姿空间分层量化的空间机械手无碰撞路径规划方法

本文在概述空间机械手无碰撞路径规划问题的特殊性的基础上提出了相应的路径规划策略。依据这些策略，本文描述了一种基于隐式位姿空间分层量化的路径规划划方法，并通过仿真验证了所提出规划策略和规划方法的有效性。     

基于粒子群优化算法的月面巡视器全局路径规划

在月面巡视器遥操作系统中,路径规划分为任务级路径规划、全局路径规划和局部路径规划。根据巡视器全局路径规划的应用要求,引入粒子群优化算法应用于全局导航点的规划。针对粒子群算法在路径规划中容易造成不收敛或病态收敛的问题,对算法进行了修改,去掉了速度更新中的速度惯性因子,只保留自身认识因子和社会认识因子,使其在全局路径规划中能够快速收敛;同时引入经典遗传算法中的变异因子以增强算法的全局优化能力。仿真结果表明该算法具有计算简单、全局寻优能力强等特点,能够快速地找到优化的全局导航点。同时在不同的模拟月面地形上进行仿真试验,针对存在的问题提出了对应的二次优化方法,结果表明该方法较好地满足了巡视器全局路径规划的应用需求。     

S形进气道纤维铺放轨迹规划和优化方法

为研究纤维铺放轨迹规划和优化算法,在分析等铺放角法和等距偏置法两种轨迹规划 方法的基础上,提出基于纤维带边缘曲线的轨迹规划方法和纤维带丝束数量计算方法。在轨 迹铺放角范围满足设计要求的前提下,将等铺放角法和等距偏置法两种轨迹规划方法相结合 ,提出以曲线在曲面内等距偏置为核心的铺放轨迹优化方法。该算法可以提高铺放设备的工 作效率,并对纤维带丝束数量、纤维重叠面积、纤维间隙面积等铺放信息的计算方法进行了 分析。最后将以上分析结果应用到S形进气道曲面的铺放轨迹规划中,证明了该铺放轨迹规 划和优化方法的可行性。
     

月球车全局路径规划中的A＊算法改进

考虑月球车全局路径规划的应用要求,针对传统A＊算法搜索速度慢和返回路径不够优化的缺点,对算法流程进行改进,减少其时间和空间复杂度,提高其搜索速度,并对返回路径进行优化,有效地缩短了路径。对于存在凹形障碍的地图,采用后退一尝试的方法解决规划失败的问题,并在一次搜索的基础上使用二次搜索策略来实现规划路径的优化,使之绕过凹形障碍趋向目标,从而达到输出最短路径的目的。