面向高级在轨系统的动态服务质量保证方法研究

AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)已经逐渐被各国空间组织采用,随着空间任务的发展趋势更多样化和复杂化,对AOS的QoS(Quality of Service,服务质量)也提出了更高要求.针对AOS服务质量的提升需求,提出了一种虚拟信道优先级策略,使用大容量缓存结合数据压缩动态策略和遥测数据抽帧策略相结合的QoS保证方法,通过分析返向链路带宽与航天器遥测用户带宽的裕量,可以动态调整QoS保证,以适应不同应用环境下的航天器AOS的QoS保证需求.通过模拟不同的工况进行仿真试验,结果表明,该AOS服务质量保证方法适用于返向链路带宽裕量充足和不足的工况,比传统的全同步策略和同步异步结合策略拥有更广泛的适应范围.     

CCSDS AOS及TC空间链路协议吞吐率性能分析

回顾了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的2种空间链路协议,即高级在轨系统空间数据链路协议(CCSDSAOS)及遥控空间数据链路协议(CCSDS TC)。在使用包业务传输集中数据时,分析了CCSDS TC的吞吐率与IP数据包包长的关系,研究了CCSDS AOS的吞吐率与IP数据包包长、传输帧帧长的关系。推导出了使用包业务传输集中数据时的空间链路误码率,空间链路协议的同步帧帧长与空间链路协议的误帧率、误包率、吞吐率的关系公式。在OPNET平台上,通过空地星间链路的仿真实验验证了此吞吐率的关系公式。并在典型空间通信场景下给出了空间链路协议的优化参数配置,为空间数据链路协议的应用提供了参考。     

基于纠删码的遥测链路丢帧恢复技术

针对遥测系统在恶劣天气条件、航天器姿态调整、天线指向偏离、脉冲干扰等各种因素影响下出现的遥测信号闪断以至接收机丢帧问题,提出一种适用于闪断信道的纠删码技术,用于恢复丢失的数据帧.首先介绍LDPC（低密度奇偶校验）纠删码的编译码算法,然后构造一种以短码长的随机码为外码、IRA（不规则重复累积）LDPC码为内码的级联纠删码,最后给出纠删码的应用策略和实现纠删码所需的CCSDS（空间数据系统咨询委员会）协议扩展.通过仿真实验和分析,得到了LDPC纠删码和级联纠删码的纠删性能,得出级联纠删码与LDPC纠删码均可获得接近理想的纠删性能的结论,且级联纠删码的构造更为灵活,可适应不同的应用环境,对CCSDS协议进行适当扩展后即可支持纠删码在CCSDS遥测链路中的应用.     

基于LAS码的星群多目标测控技术研究

针对星群多目标同时测控问题,基于星群轨道根数的时延特性和多普勒频移特性分析可得,星群多目标测控的上行链路遥控与测距信号可实现S CDMA（Synchronous Code Division Multiple Access,同步码分多址）,由于星间距离较小,下行链路遥测与测距信号满足QS CDMA（Quasi synchronous code division multiple access,准同步码分多址）.上行链路遥控和测距信号形式设计为PCM BPSK CDMA（Pulse Code Modulation Binary Phase Shift Keying Code Division Multiple Access,脉冲编码调制二进制相移键控码分多址）,上行链路信号采用Gold序列扩频;下行链路遥测和测距信号形式设计为PCM BPSK CDMA,根据总的时延差,提出下行链路采用基于等长脉冲间隔法构造的LAS（Large Area Synchronous,大区域同步）码扩频.结果表明：比特信噪比Eb/N0为10.5 dB时,遥控误码率为1＆#215;10 6;Eb/N0为9.6 dB时,遥测误码率为1×10^5——与达到相同误码性能的Gold序列相比有1 dB改善,因此,LAS码相比于Gold码能够获得更好的误码性能.     

CCSDS高级在轨系统协议吞吐量性能分析

简要介绍了CCSDS高级在轨系统(AOS)协议的信源特点;分析了影响AOS协议包业务吞吐量性能的因素,给出了传输集中数据时的包业务吞吐量计算公式;讨论了吞吐量-包长、吞吐量-帧长关系曲线,并针对传输集中数据情况下以吞吐量为指标优化AOS协议配置给出了指导性建议,为CCSDS AOS协议的应用提供了参考。     

用于自由号空间站计划的数据标准

自由号空间站计划准备采用几项CCSDS的建议。CCSDS正在制订空/地通信格式和协议的标准,则CCSDS高级轨道运行系统(AOS)建议的开发,利用和采纳对于其被广泛接受极为重要。本文集中讨论高级轨道运行系统建议,只是附带说到其它CCSDS建议。自由号空间站由四个独立轨道单元组成,即载人空间基地,欧空局的有人照料自由飞行器,NASA的极轨平台和欧空局的极轨平台。载人基地本身包括四个分别由四个国家空间局提供的主要部件。两个由NASA提供的加压舱一个欧空局提供的加压舱,一个日本空间局提供的加压舱,一个由加拿大提供的类似航天飞机使用的操臂。涉及的国际接口如此多、显然形成了这样一种环境、数据系统标之不仅有好处,而且是必不可少的。本文讨论特别令人感兴趣的AOS建议在空间站计划中所起的四个方面作用: 第一,AOS是CCSDS的一种新建议,虽然空间站计划的数据系统方案已逐步成熟,并进入初步设计阶段,可它在该建议开发中已扮演了重要角色。这种并肩前进,给空间站计划和CCSDS带来了几项好处,包括公正而广泛的评论,各种试验设施,都是其它计划不可能提供的。本文介绍这些好处和两过程的相互作用。第二,空间站的四种飞行单元差异极大,所以每一单元的数据系统需求也互不相同。AOS建议定义了一套标准业务,航天器系统设计者可从中选用他们航天器所需要的业务。本文将介绍每一空间站轨道飞行体对CCSDS AOS建议的具体应用以及最终选定的业务。第三,仅其存在,AOS建议已经为数据系统若干问题的讨论提供了一种共用语言和框架。本文就空间站国际特性和作为NASA内部机构之间支持协议产生的一部分,介绍AOS建议的用途和重要性。第四,将介绍空间站计划技术要求框架中采纳CCSDS建议,特别是AOS的现状。     

NASA测控网请求空间链路扩展业务的接口说明

空间数据系统咨询委员会 (CCSDS)已经为几项空间链路扩展 (SLE)传输业务制定了建议 ,以便航天器的遥测遥控数据在负责为航天器提供通信的地面设施和测控 (TT&C)网之间进行标准的、可互操作的交换。欧空局 (ESA)和美国航空航天局 (NASA)喷气推进实验室 (JPL)的深空网 (DSN)已经实现了这些SLE传输业务。其它航天局正在尝试SLE业务 ,一些任务已经采用了SLE ,JPL已经把SLE作为在可预见的未来中任务设施和DSN之间的标准接口。NASA的空基网 (SN)、地基网 (GN)以及其他国家的航天局正在评估将SLE业务作为支持未来任务的标准…     

基于AOS建议的GPS自主定位数据传输

AOS是空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出的一种新建议。在介绍AOS建议、遥测系统和GPS自主定位的基础上,提出了AOS建议下GPS自主定位数据传输的一种新方案。对该方案的可行性进行了详细地论证,并设计了具体的实现框图。     

CCSDS高级轨道运行系统通信系统的网络管理和信令标准

CCSDS是一个国际组织,授权其开发、采纳适合于航天通信和数据处理系统的各种通信协议和数据处理标准。在其进行的一系列活动中,CCSDS目前正处于正式批准适用于“高级轨道运行系统”(以国际空间站计划为代表)的通信业务和协议的最后阶段。作为AOS协议开发活动的一项附带工作,CCSDS正在规定网络管理功能,这是充分发挥AOS业务能力所必需的。CCSDS也涉足于各分布网管理系统中的通信管理信息。多国航天冒险计划是一种典型的分布网络管理系统环境。按设想,这些网络管理系统是自动化的,因此需要标准的网络管理协议和数据结构。本文简要介绍CCSDS网络管理环境,评述CCSDS网络管理功能建议的现状,国际网络管理标准的利用,支援AOS业务的信令系统的构成。最后以这一领城内未来研究时间进程表为结屋。     

近距-1协议在星间测距中的应用

针对近距航天器测距的需要,将CCSDS(空间数据系统咨询委员会)近距-1协议的定时业务与微波双向单程测距法相结合进行测距。该法以直序扩频技术来获得高精度传输帧ASM(附属同步标识)最后1位下降沿的时刻,并以时间码形式,通过帧数据域在测距星之间相互对传,综合考虑协议给出的信号物理特性,对所给出的方法进行了误差分析。分析表明,航天器之间距离不远,相对速度不大时,该法具有较高精度,且与数据通信共用1套设备,降低了成本。     

同时传输遥测和伪码测距信号的GMSK技术

介绍了一种同时传输遥测和伪码测距信号的GMSK(高斯最小偏移键控)技术,分析了其调制及解调原理,推导了相关调制、解调及频谱公式,并与UQPSK(非平衡四相相移键控)体制进行了比较。通过对其频谱及误码性能的仿真分析得出,在非线性信道和高码速率下,基于GMSK体制的遥测和伪码测距系统比基于UQPSK体制的系统在包络恒定和频谱利用率方面具有明显优势。     

一种新的Turbo码同步字模板的性能研究

介绍了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议中不同编码率下的Turbo码同步字模板,分析了其自相关函数及峰值副瓣电平特性,据此提出了具有更好自相关函数的新同步字模板。通过对2种同步字的接收机同步检测性能的仿真分析,发现在同步字长度为128bit和192bit的情况下,新同步字模板在漏检率、错锁率等同步性能上得到较大改善。     

Turbo码块同步参数优化设计

在信道码码块同步技术研究的基础上,针对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议规定的Turbo码,为不同码块长度、不同编码效率的Turbo码设计一组最佳同步参数,以最优化平均入锁时间和数据有效率。利用理论推导出的解析公式,计算不同参数下的平均入锁时间和数据有效率,从而优选出最佳同步参数,并归纳总结最佳同步参数的特点。本文得到的同步参数可为实际工程提供参考。     

CCSDS建议在深空通信导航中的应用研究

结合深空通信导航技术的发展趋势,通过分析CCSDS(空间数据系统咨询委员会)的研究领域、应用CCS-DS建议的空间任务,梳理出与深空通信导航相关的CCSDS建议。详细论述了深空任务中射频与调制、带宽频率调制、再生伪码测距以及相对差分单向测距等技术体制的CCSDS建议内容。并重点分析了CCSDS建议对我国深空测控网建设的影响,提出了我国深空测控设备符合CCSDS标准的技术要求。     

IP over CCSDS/AOS空间通信QoS保证方法

首先分析空间通信体系发展趋势,提出基于IP over CCSDS/AOS的空间通信模型。在分析总结了地面网QoS(服务质量)机制和AOS(高级在轨系统)虚拟信道调度机制的基础上,提出一种IP(互联网协议)网络层区分服务与数据链路层AOS虚拟信道动态调度相结合的QoS保证方法。该方法将网络层的业务等级划分映射到AOS的虚拟信道分配算法中,并在此基础上实现AOS虚拟信道的动态调度,提高包括话音、视频在内的综合业务在空间链路传输的性能。     

IP over CCSDS空间组网应用浅析

建立天地一体化的互联网络,实现任意时刻任意两点之间的端到端通信,是空间数据系统发展的必然趋势。CCSDS(空间数据系统咨询委员会)针对空间互联网业务,于2010年4月发布了CCSDS 702.1-R-4,提出了IP over CCSDS最新推荐方法。本文根据CCSDS空间互联网业务空间链路工作组的研究,阐述了在CCSDS空间数据链路协议中承载IP数据报的实现方法、服务及业务接口,并探讨了未来基于IP over CCSDS的空间网络结构。     

CCSDS在我国航天领域的应用展望

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议有利于增强测控系统互联互通互支持能力,满足未来航天任务对空间信息高速传输及灵活高效信息调度机制的要求,应当作为我国构建天地一体化信息网络的首选标准。提出了加强顶层设计、循序渐进地推进CCSDS建议在我国实现工程化应用的总体思路,并提出在应用过程中应当注重创新任务操作模式、关注信息安全、深化关键技术研究与验证。     

CCSDS高级在轨系统协议及其应用介绍

首先简要回顾了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)AOS(高级在轨系统)建议及其在空间数据系统信息交换和处理方面的优势,然后介绍了继载人航天飞船有效载荷数据管理系统、"实践"五号卫星及双星探测计划之后,中国科学院空间科学与应用研究中心在"嫦娥"卫星、月球车综合电子演示系统、百兆级高速多路复接器及"萤火"一号探测器上开展CCSDS AOS应用研究的新进展。     

基于SOA的SLE API系统设计

介绍了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)标准下的SLE(空间链路扩展)系统中API(应用程序接口)系统的概念和模型,并基于SOA(面向服务的体系结构)思想深入分析了SLE API系统的设计模式。SOA模型具有松耦合、重用性高、扩展性强等特点,这与我国提出的建立系统间"互联、互通、互操作"的新一代测控网的目标相吻合。本文在SOA模型框架下,针对我国测控网的现状,提出新型测控网可能的发展方向。