一种低轨道卫星服务区域分配的优化算法

在提供Internet和其他通信服务方面,能够覆盖全球的低轨道卫星网络正变得愈加重要。如何根据地面业务的时空分布不均来设计合理、高效的卫星服务区域分配机制是一个重要的挑战。文章分析了传统机制下卫星网络承载能力和业务分布之间的失配问题,提出了服务区域分配优化问题的数学模型,并据此设计了一种星上实时算法。仿真结果表明,采用该算法后卫星网络业务分配不均衡程度有所减轻,阻塞概率大大降低,网络性能和容量得到了明显改善。     

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     

非静止轨道卫星网络同频干扰的分析与仿真

由于非静止轨道卫星系统的增加,引起卫星网络间下行数传的同频干扰问题,针对非静止轨道卫星网络具有时变性的特点,给出了计算非静止轨道卫星网络同频干扰的思路和方法,对同频干扰进行了仿真,并分析了仿真结果,在此基础上实现了干扰过程的可视化,动态地描述出了仿真时段内不同时刻干扰链路的变化情况。     

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。     

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。     

超低轨道地球卫星脉冲星/星光折射/光谱组合导航

针对超低轨道地球卫星导航自主需求,提出了一种脉冲星/星光折射/光谱测速组合天文导航方法。首先根据地球超低轨道卫星运行轨道动力学方程建立导航系统状态模型;分别根据脉冲到达时间差和星光折射角与天体光谱频率建立导航系统量测模型;使用Unscented卡尔曼滤波方法,降低随机误差对导航精度的影响,使用基于UKF的信息融合方法,有效融合了三种天文导航方法结果数据。经计算机仿真分析,该组合导航方法位置导航误差均值为85.62m,速度误差均值0.190m/s,能够满足超低轨道地球卫星在轨运行导航需求。     

静止卫星网络协调弧的概念、背景及最新进展

1　协调弧的概念及其产生背景□□诸多事例表明 ,在静止轨道上已出现了因卫星网络“拥挤”而造成的严重频率干扰问题。在此情形下 ,静止卫星轨道 /频率已被世界各国当作一种无形的、可以带来巨大经济利益的资源来考虑 ,由此导致的日益激烈的争夺 ,使得卫星的轨道 /频率问题成为了一个能影响或制约卫星应用发展的重要因素 ,而被提高到该领域的战略发展高度上来研究。在卫星轨道 /频率问题的诸多方面中 ,如何有效地利用卫星轨道 /频率资源是一个重要的课题。对于静止轨道 ,因其唯一性 ,该课题研究具有尤其重要的意义。由于卫星网络相互之间的…     

原子氧对航天器表面材料作用的数值模拟

对氏地球轨道环境对航天器表面材料的影响和航天器表面材料的低地球轨道环境寿命评定方法进行了介绍;并对低地球轨道环境和地面试验环境下,有无保护涂层的业胺所受冲蚀作用进行了成功的数值模拟,获得了具有工程应用价值的数值计算结果。该工作对航天器的设计具有指导意义。     

星下点轨迹恒定的低轨星座构型设计方法

为探寻适用于低轨巨型星座的构型设计方法,提供了一种所有卫星共星下点轨迹,且该轨迹固定不变的低轨恒定轨迹星座构型解析设计方法。该构型用回归因子、卫星总数两个参数进行编码。首先,利用平均轨道根数思想,建立了地球非球形摄动带谐项阶数为J₄条件下的回归轨道设计解析模型。其次,根据卫星与地球相对运动规律,确立了满足共星下点轨迹条件的解析式。最后,结合回归轨道设计与共星下点轨迹设计思想,建立低轨恒定轨迹星座构型设计模型。最终仿真结果表明,该构型设计方法符合所有卫星共星下点轨迹、且轨迹固定不变的设计预期,验证了本构型设计方法的有效性。本星座构型具有形式简易、构型易维持、覆盖范围广的特点,确保了空间系统与地面系统的方位一致性,极大程度降低了星地系统协同的复杂度。     

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.      

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。     

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.     

一种适于LEO卫星网络的动态源路由算法

针对低轨(LEO)卫星网络拓扑变化有规律、可预知的特点,提出了一种适于LEO卫星网络的动态源路由算法,即自适应路由选择(ARS)算法.它引入逻辑位置的思想屏蔽了卫星移动性对路由选择的影响,使得源卫星只需自身和目的卫星的逻辑位置信息便可以进行路由计算获得最小传播时延路径,避免了收集路由信息所带来的交换开销;同时,根据最小传播时延路径的分布特点提出了一种高效的路径表示方法,用于在IP数据报头中存储所获得的最小传播时延路径,中转卫星可以根据该路径信息转发数据报直至目的卫星,和其他各类源路由算法相比大大降低了路由开销;另外,该算法还针对可能发生的链路拥塞和卫星失效情况提供了保证数据报正常传输的处理方法.最后,将所提出的算法与最小传播时延数据报路由算法(DRA)和Bellman最短路径(SP)算法进行了仿真比较.仿真结果表明,ARS算法在降低路由计算开销和交换开销的同时,保证了数据报的端到端传输时延要求.      

NeQuick G model based scale factor determination for using SBAS ionosphere corrections at low earth orbit

A space-based augmentation system (SBAS) provides real-time correction data for global navigation satellite system (GNSS) users near ground. In order to use the SBAS ionosphere correction for low Earth orbit (LEO) satellites, the correction should be scaled down for the LEO altitude. This scale factor varies with ionosphere distribution and it is hard to determine the value at LEO in real time. We propose a real-time scale factor determination method by using Galileo GNSS’s NeQuick G model. A LEO satellite GPS data and SBAS data received on ground were used to evaluate the performance of the NeQuick G derived variable scale factor. The NeQuick G derived scale factor shows a significant accuracy improvement over NeQuick G model or pre-determined constant scale factor. It improves a vertical positioning accuracy of the LEO satellite. The error mean reductions of the vertical positioning over NeQuick G and the constant scale factor are 31.5% and 11.7%, respectively.     

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.     

移动Ad Hoc网络中一种支持QoS的多址接入协议

基于随机竞争和冲突解决的思想,为多跳移动Ad Hoc网络提出了一种支持服务质量(QoS)的多址接入(QMA)协议.将业务负载划分为时延敏感的实时业务和非时延敏感的数据业务.按照该协议,节点在发送业务分组前利用预报突发进行竞争接入,节点按照业务分组时延情况确定预报突发的长度,所发预报突发能持续到最后的节点优先获得接入.同时,具有实时业务的节点可以按照其优先级在更早的竞争微时隙中开始发送预报突发,因而可以比发送数据业务的节点更优先接入信道.最后利用OPNET仿真评估了QMA协议的多址性能,通过与带冲突避免的载波侦听(CSMA/CA)协议比较表明,QMA协议可以提供较高的吞吐量和较低的消息丢失率,并能为实时业务提供较低的时延,从而实现了对多媒体业务的QoS支持.      

具有星际链路的低轨卫星通信系统的路由策略研究

结合卫星网路的拓扑结构和运行规律,提出了一种通信量和拓扑自适应的路由算法,可以增大系统的流量。由于LEO系统的动态特性,已经建立的呼叫连接可能由于切换失败而中断原来的通信,因此,文章在研究路由算法时考虑为切换呼叫动态地预留信道,以降低切换失败概率。仿真结果表明,此策略可以改善系统的性能。     

全球个人卫星移动通信系统

全球个人通信系统（ＰＣＳ）是一个发展中的新概念。１９９０年初开始提出利用静止轨道以外的其他轨道通信卫星的设想,最好是利用低轨道（ＬＥＯ）卫星。使用低轨道卫星就像把地面蜂窝网搬到天上,并能提供与之相仿的业务。文章评价了利用移动的和个人终端的通信卫星网;给出了未来低轨道卫星网的前景;对其中一些有关问题作了归纳。同时,描述了个人通信系统的功能性构成,并对一些网络的主要技术参数作表比较。