多终端在星上多频时分多址系统中的分配

由于卫星资源有限并且昂贵,多频时分多址(MF-TDMA)接入方式被广泛应用于现代宽带通信系统的上行链路设计中。时隙分配算法的有效性是高效利用MF-TDMA系统资源的保证。针对卫星系统的特性,提出了一种基于函数权值的卫星时隙的分配算法,通过最优化权值的方法,有效地提高了资源利用率。通过仿真分析了不同业务的时延性能和信道利用率,并且与几种典型的分配算法进行了比较。仿真结果表明,文中的分配算法能够有效地提高信道利用率,在终端数量较多时,优势更为明显。文中提出的新算法简单,计算时间短,能够有效地在卫星网络中实现。     

卫星组网构型设计及接入算法技术研究

为了弥补单层卫星网络的缺点,综合各单层卫星网络的优点,形成优势互补,为用户提供更好的服务质量,混合卫星网络应运而生.针对不同的卫星接入算法对卫星的服务质量的影响各不相同,重点研究设计更好的混合卫星网络和卫星接入算法.在分析GEO、MEO、LEO和HEO卫星网络各自的特点的基础上,综合其性能的好坏和设计实现的难易程度,设计并提出5 GEO+66 LEO的双层卫星网络及多QoS约束的卫星接入算法.最后通过仿真分析,验证该算法的正确性.     

离散拓扑业务模型中多媒体LEO网络性能分析

针对快速发展的多媒体卫星网络,提出一种新的低地球轨道卫星网络性能的定量研究模型。该模型考虑了星座动态拓扑变化和全球业务需求变化的复杂特点,建立了离散时间下的业务和拓扑映射关系;依据马尔科夫过程理论和卫星链路带宽约束条件,对实时和非实时两种类型业务采用概率分析方法,推导出定量计算阻塞概率、排队时延等网络性能参数的公式。大量仿真结果表明理论分析方法的正确性和有效性。该研究方法可用于多媒体低地球轨道卫星网络QoS路由管理和资源分配设计的参考。     

基于QoS保障的低轨卫星星座设计

低轨卫星星座设计是部署低轨卫星网络的前提和关键。然而，不均匀的地面用户分布和不合理的卫星资源配置对卫星网络的服务质量提出了重大挑战。针对以上问题，通过构建服务质量(QoS)指标体系，提出了一种基于QoS保障的低轨卫星星座设计方法。首先，建立了低轨卫星网络模型和星座覆盖模型，通过星间链路的建链准则来定义星座抗毁性指标。其次，通过建立用户链路以及定义用户匹配度来分析星座对目标区域用户的资源匹配情况。接着，建立了以QoS指标为约束最大化效费比的低轨卫星星座设计优化问题，定义的QoS指标包括信噪比、误码率、抗毁性以及星座覆盖率和用户匹配度。此外，通过遗传禁忌智能算法求得了所设计的低轨卫星星座的轨道参数。仿真结果表明，提出的低轨卫星星座设计方案在满足指定QoS约束的同时具有最大星座效费比。     

一种基于等长时隙划分双层卫星网络路由算法

针对网络拓扑时变和链路频繁切换影响卫星网络路由性能的问题,采用"骨干/接入"和"弱连接"思想,构建双层卫星网络,实现地球静止轨道卫星(GEO)与低轨道卫星(LEO)各层的分开管理。在此基础上,通过动态调整极区边界值,进行系统周期的平均划分,提出了适合于双层卫星网络的等长时隙快照和星上分布式路由算法(Equal-length Interval Snapshots and On-board Distributed Routing Algorithm,EDRA)。分析和仿真验证表明,这种"骨干/接入"的双层卫星网络架构更加合理,EDRA算法划分的时隙数量仅为时间虚拟化和分层管理的路由算法(Virtualized Time and Layered Management Routing Algorithm,VLRA)的一半,平均时隙长度则为VLRA的3倍以上,减少了路由计算与更新的次数,提高了网络链路利用率,并且端到端时延抖动小,数据丢包率低,更加适合于卫星网络中应用。     

基于SDN架构的NFV技术在低轨卫星网络中的应用

针对当前卫星网络通信业务需求复杂、星上设备对多业务兼容性差的问题，提出了一种面向低轨卫星网络的软件定义网络(SDN)架构。该架构设计了以星间链路为基础的虚拟化数据平面和多控制器的分布式控制平面，具有高度灵活和可编程的特性。通过网络功能虚拟化(NFV)技术实现了数据平面虚拟化和集群化控制器的功能分割，给出了架构实现的关键技术方案，使其能够实现数据传递的高效动态分配。最后仿真验证了在快速路由重构方面，该SDN卫星网络架构相较于传统卫星网络，在反向缝场景下全网平均网络查询时延更为稳定，且平均时延缩短了82.4%，进一步验证了其控制器数量选择的科学性，体现了该SDN卫星网络架构的先进性。     

宽带多媒体通信卫星多波束覆盖国土的优化研究

覆盖和染色方案的确定是研究多波束通信的前提。通过研究中国大陆区域的六边形覆盖和频率分配(染色)问题。根据建立的覆盖模型和分析,利用MATLAB提供的函数和地图信息设计了覆盖求解算法,解决了覆盖问题,并给出了染色方案。最后对进一步研究提出了展望。     

基于离散粒子群算法的多飞行器在轨服务任务分配

为解决多约束条件下飞行器在轨服务任务分配问题,以在轨卫星群为研究对象,提出了一种基于离散粒子群算法的多服务飞行器的目标分配方法,综合分析目标飞行器价值、服务飞行器消耗以及能量时间消耗等3项关键指标因素,建立了在轨服务任务分配问题的数学模型。通过构建粒子与实际问题间的对应关系,设计了新的离散粒子群位置和速度更新公式求解任务分配问题。仿真结果表明:离散粒子群算法具有收敛速度快,寻优能力强等优点,能够有效地解决多约束条件下的服务飞行器协同任务分配问题。     

LEO/MEO双层卫星网的分层动态路由算法

由低轨LEO(Low Earth Orbit)和中轨MEO(Medium Earth Orbit)卫星构成的双层卫星网络具有较好的组网通信性能.利用MEO和LEO卫星在长、短距通信中的优势,提出一种分层、分布式的双层卫星网动态路由算法.通过控制链路状态信息的洪泛,LEO卫星只需掌握局部拓扑即可完成短距业务通信,长距通信业务则由MEO卫星承载.将星间链路的剩余生存时间因素引入路径权重中,路由计算的路径是综合考虑了时延与持续时间双重因素的最优路径.仿真结果表明该算法在时延、路由开销、网络业务流分布等方面都具有较好的性能,并且易于系统实现.      

Groebner基方法在LEO卫星网络路由优化中的应用

卫星网络中的服务质量(QoS,Quality of Service)多目标约束路由问题已被证明是一个非确定性多项式完全(NPC,Non-deterministic Polynomial Complete)问题.根据低轨(LEO,Low Earth Orbit)卫星网络拓扑变化有规律、可预知的特点,将Groebner基方法引入满足QoS多目标约束的路由算法中,应用算法前将QoS多目标约束问题转化为单目标约束问题,使它能够被多项式的最短路径优先(SPF,Shortest Path First)路由算法求解,从而通过Groebner基方法解决QoS多目标约束路由问题,保证了QoS参数的有效性.最后,将所提出的算法与启发式算法和最短路径优先算法进行了仿真比较.仿真实验结果表明,Groebner基方法有效降低了星上计算的难度,比传统方法能提供更好的QoS保证.     

移动通信卫星经济性分析

由小型近地轨道卫星组成星座,实现移动通信服务,是卫星通信发展的重要方向。近地轨道卫星和地球静止轨道卫星用作移动通信卫星网,各有其优缺点。文章从经济性角度对两类卫星网进行了比较,重点是对不同高度的轨道(包括低、中、地球静止)的移动通信系统的空间部分成本——卫星星座的研制成本与发射成本进行分析比较,给出了具体的运算公式和计算结果。其结论是:轨道高度越低,卫星网的成本越高;地球静止轨道卫星网的成本最低。但是,决定是否发展小型近地轨道通信卫星网,不能仅考虑经济因素,还要考虑对技术进步的推动作用。     

LEO/MEO双层卫星网络中层间ISL空间参数研究

低地球轨道 /中地球轨道 (LEO/MEO)双层卫星网络是未来卫星移动通信系统重要组成部分 ,而层间卫星星际链路 (ISL)是影响整体双层卫星网络系统性能的重要因素。文章重点分析层间ISL的空间参数几何特性 (包括星间链路长度 ,星间链路指向方位角和仰角 ) ,为星载天线跟踪系统设计和LEO/MEO双层卫星网络最优化路由搜索算法提供依据     

基于空间隔离的低轨卫星系统频谱共享方法

随着业务需求的全球性增长,传统低频波段有限的频谱资源已不能满足低轨（LEO）卫星的业务承载要求,采用Ka频段的LEO星座系统设计成为了主流。然而,采用Ka频段的LEO星座系统不可避免地会对同频段已经存在的静止轨道（GEO）卫星系统产生干扰。首先,通过基于空间隔离的干扰规避方法,采用对LEO与GEO的频谱共用系统设置隔离角来进行上下行场景的干扰消除,使该LEO系统能满足国际电信联盟（ITU）对同频段内通信干扰的约束条件;然后,通过引入GEO带的概念,分析并研究了干扰规避区域的确定方法和其对LEO星座密度的影响。最后,通过仿真得出了干扰隔离角、GEO带与LEO星座密度的关系,得到了在采用隔离角的方式进行干扰避让时满足LEO星座系统业务不中断所需要的最小卫星数量,对LEO星座设计具有一定的指导意义。      

基于低轨移动星座的高速星载路由器设计

随着地面网络流量不断增长,实现星地一体化要求星间网络能够提供基于IP的大流量数据传输。而星载路由器作为连通星间网络的关键设备,其转发速率和服务质量等指标决定了整个星间网络的吞吐量和时效性。考虑到现有星载路由器吞吐量低的现状,提出一种适用于低轨移动通信星座的高速星载路由器设计方案,在基于拓扑快照的路由基础上补充3层动态路由,在保证交换速率的同时减少网络故障导致的丢包,实现“一次路由,多次交换”。采用共享内存式的交换存储单元,利用Spacewire和Serdes高速接口单元,理论上星间数据吞吐量能够达到最高51Gbit/s,且支持IP数据传输,为与地面网络的融合奠定基础。     

LEO卫星通信网络的移动性管理

近年来,低轨道LowEarthOrbit,LEO）卫星通信网络以全球覆盖、低传输时延、低功耗链路、较强的抗毁性等特点而受到广泛关注,是未来全球移动通信系统的重要组成部分。移动性管理是构建LEO卫星通信网络的关键技术,为推动移动性管理问题的研究,文章从LEO卫星通信网络的结构和特点入手,阐述了LEO卫星通信网络中移动性管理的分类,并分析了其相比地面移动无线网络的特殊性。从链路层、网络层、传输层三个协议层次综述了近年来LEO卫星通信网络移动性管理研究的国内外现状,重点介绍了移动IPv6（MobileIPv6,MIPv6）和无缝IP分集通用移动性结构（SeamlessIP-diversitybasedGeneralizedMobilityArchitecture,SIGMA）在LEO卫星通信网络中的应用。最后,指出了移动性管理的发展趋势。     

LEO enhanced Global Navigation Satellite System (LeGNSS) for real-time precise positioning services

Global Navigation Satellite System (GNSS) has been widely used in many geosciences areas with its Positioning, Navigation and Timing (PNT) service. However, GNSS still has its own bottleneck, such as the long initialization period of Precise Point Positioning (PPP) without dense reference network. Recently, the concept of PNTRC (Positioning, Navigation, Timing, Remote sensing and Communication) has been put forward, where Low Earth Orbit (LEO) satellite constellations are recruited to fulfill diverse missions. In navigation aspect, a number of selected LEO satellites can be equipped with a transmitter to transmit similar navigation signals to ground users, so that they can serve as GNSS satellites but with much faster geometric change to enhance GNSS capability, which is named as LEO constellation enhanced GNSS (LeGNSS). As a result, the initialization time of PPP is expected to be shortened to the level of a few minutes or even seconds depending on the number of the LEO satellites involved. In this article, we simulate all the relevant data from June 8th to 14th, 2014 and investigate the feasibility of LeGNSS with the concentration on the key issues in the whole data processing for providing real-time PPP service based on a system configuration with fourteen satellites of BeiDou Navigation Satellite System (BDS), twenty-four satellites of the Global Positioning System (GPS), and sixty-six satellites of the Iridium satellite constellations. At the server-end, Precise Orbit Determination (POD) and Precise Clock Estimation (PCE) with various operational modes are investigated using simulated observations. It is found out that GNSS POD with partial LEO satellites is the most practical mode of LeGNSS operation. At the user-end, the Geometry Dilution Of Precision (GDOP) and Signal-In-Space Ranging Error (SISRE) are calculated and assessed for different positioning schemes in order to demonstrate the performance of LeGNSS. Centimeter level SISRE can be achieved for LeGNSS.     

高中低轨导航星座混合体制星间链路规划

针对北斗系统加入低轨增强星座后的高中低混合星座特点,为了满足下一代导航星座主要的星间链路业务需求,提出了一种分级规划的混合星座星间链路规划方案。优先为激光星间链路的MEO、LEO、MEO-LEO建立拓扑,基于此拓扑提出了时分体制的分组拓扑规划算法。针对导航星座高中低速混合星间网络不同体制的路由提出了2种不同的改进路由算法,并对混合体制星间链路进行了仿真和规划。对规划结果进行了统计分析,验证了混合网络规划方法的正确性和混合网络在低轨监测数据回传、层间数据传输、导航信息上注3个典型导航业务场景的数据传输效能。低轨监测数据回传和连续体制节点导航信息上注时延均在1s之内,在94%的时间里有5~8条层间星间链路,时分体制节点在92%的时间里可以在12s内完成上行注入,为下一代导航系统规划设计提供参考建议。     

一种低轨遥感卫星按需数据传输机制

针对现有低轨（LEO）遥感卫星数据下行机制普遍存在的低效率、高时延、传输路径易损等问题,提出了一种新型的遥感数据传输机制。所提机制中,支持地面站按需实时定位遥感影像资源,并建立定位卫星到达地面站的传输路径;在建立传输路径时,考虑到协作卫星与地面的可视时间有限,提出了以路径持续服务时间最大化为度量的路由算法,降低因协作卫星改变而引入的传输时延。基于NS3仿真平台实现了所设计的数据传输机制,实验表明,提出机制相比现有数据传输机制可降低数据传输时延,减少数据丢失。      

航天器的低轨道卫星网络接入

随着空间技术的发展,航天器网络化的趋势不断增强。航天器不仅需要将数据实时地传输到地面,而且需要与其他航天器实现信息共享。通过建设LEO卫星网,容易实现航天器的数据传输与共享,但是航天器的网络接入是研究难点之一。如果针对不同系统采用不同的接入方法,将增加接入的复杂度。通过采用区域路由方法,提出一种通用的接入方法,不仅简化了航天器卫星网络的接入,也简化卫星网络系统的设计,实现了接入方法与网络设计的适当分离。计算机模拟表明该方法的可行性。