CCSDS建议在某新型航天器测控中的应用

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的AOS(高级在轨系统)数据传输机制和TM(遥测)信道编码,较好地满足了某新型航天器遥测功能服务于多数据源、信号格式采用帧结构以及链路采用高性能信道编码的要求。某新型航天器测控采用AOS建议的插入业务和位流业务专用虚拟信道分别解决了多个不同特征数据源的遥测数据等时传输问题;采用CCSDS建议的传送帧结构满足了非相干测量功能对下行信号的要求;同时参考CCSDS遥测同步和信道编码建议中Turbo码的码型设计和码块同步方法,完成了下行链路高性能信道编码设计。     

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。     

卫星网络动态资源图多QoS约束路由算法

针对高动态卫星网络拓扑变化导致的网络更新期间可用路径失效，QoS需求难以满足的问题，提出了一种基于软件定义网络（SDN）架构的虚拟节点动态资源图多QoS约束路由算法（DRGVN-QR）。根据节点的切换状态、缓存以及链路的剩余带宽、时延等信息，结合虚拟节点的网络拓扑方式，建立虚拟节点动态资源图模型。根据资源图模型，建立最小路径代价的优化模型，利用蚁群算法（ACO）并发地为每个连接请求找到一段时间范围内的最优路径集合，并对信息素挥发系数的取值问题进行了讨论，以提升路径质量和算法性能。最后，为了适应卫星网络的时变性，设计一种幂数加权公式求出一段时间范围内的最优路径。仿真结果表明：DRGVN-QR算法能够规避路径失效带来的传输中断问题，提高网络QoS，与其他算法相比，该算法降低了平均端到端时延、网络丢包率和时延抖动。     

新型遥测网系统RF链路管理技术

传统的遥测体制已经不能满足日益增长的飞行试验需求,新型TmNS(Telemetry Network System,遥测网系统)需要RF(Radio Frequency,射频)网络管理来协调资源分配,以满足性能要求.首先介绍了TmNS的总体架构,其RF链路除传统下行遥测链路外,新增了一条双向数据链路,实现多个试验对象和多个地面站的组网.随后讨论了该网络系统RF链路管理的原理和流程.由于链路管理器根据网络容量来分配TxOp (Transmission Opportunity,传输机会),故重点研究和比较了2种动态容量分配算法——B-LM算法和E-LM算法,ELM算法较B-LM算法略复杂,但可以减小系统延时,二者可以在链路管理器中共存,依据网络情况进行配置或切换.最后简要分析了链路管理器的软件结构.RF网络管理是TmNS的一项关键技术,该研究将促进我国新一代遥测网的发展.     

卫星网络多路径QoS路由策略研究

针对卫星宽带网络业务的多样性,提出了一种基于业务QoS(服务质量)需求和星间链路信息的多路径并行路由方案。该方案利用星间链路历史信息和准实时信息进行路由预规划,并基于星间链路实时信息和业务QoS需求对预规划的路由方案进行动态调整,实现业务数据在源节点和目的节点之间进行多路径并行传输。该方案不仅确保了业务传输的高可达性,而且使整个卫星网络链路资源得到充分利用,实现负载均衡。     

CCSDS SLE系统原型方案研究

基于测控系统数据在SLE(空间链路扩展)服务提供方与使用方的传输包括2个流向——前向遥控指令和返向遥测数据——这一特点,从总体方案、软件体系结构和传输协议等3个方面对SLE系统提出设计方案。通过对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)SLE系统的研究和CCSDS SLE传输协议原型软件的实施验证,利于将此协议应用于今后的工作中,便于实现与国外航天机构的相互合作。     

中继卫星系统按需接入业务应用模式研究

DAS(按需接入业务)作为一种新兴业务,不但扩展了美国TDRSS(跟踪与数据中继卫星系统)的多址返向能力,而且还采用模块化的体系结构,为未来的空间网络互联提供了支撑。根据规划,我国未来的中继卫星系统也将提供按需接入业务。因此,在简要介绍TDRSS DAS概念与体系结构,并对其用户分类、返向波束工作方式、典型操作场景、服务模式进行分析的基础上,总结出6种DAS应用模式:1)航天器用户+随机接入+动态波束跟踪方式+任意TDRS或全TDRS服务模式;2)航天器用户+非随机接入+动态波束跟踪方式+特定TDRS服务模式;3)航天器用户+非随机接入+动态波束跟踪方式+任意TDRS或全TDRS服务模式;4)非航天器用户+随机接入+静态波束组合方式+特定TDRS服务模式;5)非航天器用户+随机接入+动态波束跟踪方式+任意TDRS或全TDRS服务模式;6)非航天器用户+非随机接入+动态波束跟踪方式+特定TDRS服务模式,以期能对我国未来中继卫星系统S频段多址业务的应用提供技术支撑。     

导航辅助下基于LAS码的天基多目标测控

中继卫星的天基测控是解决中低轨道航天器大范围、长时间、多目标测控的有效途径,但用户星到中继卫星的时延误差、多普勒频移校正误差等参数会对多目标测控带来干扰。针对该问题,首先分析了定位误差引起的时延误差、多普勒频移校正误差等因素,设计了天基多目标前向链路遥控SMA(S-band Multiple Access,S频段多址)信号形式和反向遥测链路SMA信号形式,选择与时延校正误差相匹配的LAS(Large Area Synchronous,大区域同步)码作为反向遥测信息的扩频码,建立了导航辅助的终端时延和频率预校正方案模型,可以有效消除多用户干扰。仿真表明,当Eb/N0≥10.5dB时,前向遥控信息误码率pe≤1×10~(-6),反向遥测信息误码率pe≤1×10~(-6),使用LAS码比Gold序列约有2dB性能改善,为基于我国天链卫星的中低轨道卫星稳定运行、载人航天交会对接以及后续空间站建设等任务的测控提供重要参考。     

基于网络编码的空间DTN中CGR改进算法

随着空间通信技术的发展,卫星节点的增多,以及容延迟容中断通信需求的不断提高,空间DTN (DelayTolerant Network,容延迟网络)环境中各通信节点间的路由技术日益重要,相继出现了多种适用于DTN的路由技术.基于空间DTN的结构与特点,对CGR(Contact Graph Routing,接触图路由)算法以及基于编码的路由算法进行了分析比较,然后针对空间DTN中CGR算法的缺点和不足,研究提出了基于NC(Network Coding,网络编码)的空间DTN中的CGR改进算法(NC-CGR),并通过仿真实验平台对算法性能进行了分析评估.仿真结果表明,相比于CGR算法,NC-CGR算法在链路传输时延、传输包裹数目、中继缓存大小、链路丢包率等不同条件下的适应性方面均表现出较大优势,更适用于具有复杂拓扑、带宽受限、高动态特性的空间DTN环境.     

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.     

基于QoS的卫星网络端-端通信可靠性分析

针对卫星网络动态环境下的高速信息传输、业务类型差异大等特点，提出一种综合考虑各业务QoS（Quality of Service）指标的可靠性分析方法。在卫星通信网络实际运行周期内，通信系统往往处于逐渐劣化过程中，导致卫星的节点和链路除正常工作和完全失效外，还存在部分失效的工作状态。本文在链路多状态基础上基于最小路集算法（Minimum Path Set Algorithms，MPSA）在不同业务的QoS指标（时延、带宽和丢包率）约束下，得出满足该业务QoS约束的所有可靠路径集，对路径集中路径进行不交化处理得到网络端-端可靠性。研究结果表明，不同业务由于QoS需求的差异导致网络端-端可靠性不同，所提算法与传统算法相比更加符合实际。由于实际卫星网络环境中会采用端-端并行多路径传输（Multi-Path Transmission，MTP），本文在上述研究的基础上，进一步对多路径的端-端可靠性进行了研究，结果表明多路径数据传输可靠性高。     

靶场GNSS增强、监测与评估系统建设构想

针对靶场GNSS（全球导航卫星系统）增强、监测与评估的测量精度和可靠性保障、异常分析和电磁环境监测等复杂技术需求,明确了靶场GNSS增强、监测与评估的概念,分析了各类方法的特点,确定了以大范围基准站网为主干,采用广域差分增强和地面完好性通道监测满足提高测量精度和可靠性主要需求,采用车载信号监测和干扰监测一体化系统满足不同区域间发的异常分析和电磁环境监测需求的技术路线.设计了系统体系架构,重点分析了系统实时工作模式和数据处理流程,为系统建设提供了有益的参考.     

飞机管理系统1394总线AS5643协议的设计与实现

随着JSF项目首先在航空器中采用IEEE-1394b总线,使得该总线在航空电子系统中被快速广泛地使用。AS5643协议在IEEE-1394b总线协议的基础上通过增加限制的方法,满足了新一代飞机管理系统总线对于高带宽、高确定性和高可靠性的要求。分析了基于飞机管理系统总线的基本拓扑结构和AS5643协议,阐述了一种基于FPGA逻辑设计实现AS5643协议的解决方案。通过实验验证,表明设计解决方案满足设计指标,性能良好,实现了飞机管理系统总线机载环境的应用要求。     

基于网络编码的空间DTN LTP协议改进

随着空间通信技术与应用的不断发展,空间DTN (Delay Tolerant Network,容延迟网络)中节点之间数据传输的重要性日益明显。针对空间DTN的可靠信息传输需求,首先介绍了空间DTN的特点及信息传输协议体系,并对LTP (Licklider Transmission Protocol,立克里德传输协议) 进行了重点分析。然后针对空间DTN中LTP协议的缺点和不足,研究提出了基于网络编码的空间DTNLTP传输协议改进策略——NC-LTP协议,并通过数学仿真对算法性能进行了分析评估。仿真结果表明,相比于LTP协议,NC-LTP协议在不同信道传输时延、不同丢包率等条件下的适应性方面表现出较大的优势,因此NC-LTP协议更适用于具有高动态特性、高信道误码率、带宽受限的空间DTN环境。     

基于Supertwisting滑模永磁同步电机驱动的转速和转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)空间矢量的直接转矩控制方案超调频繁、响应时间慢等问题,将传统的转速PI控制器和转矩PI控制器替换成Supertwisting滑模控制器,并从理论上证明了Supertwisting滑模控制器用在转速环和转矩环上能在有限时间内收敛。借助MATLAB/Simulink仿真软件研究了PMSM的转矩脉动,分析了其动态响应速度。仿真结果表明,在空间矢量直接转矩控制中采用Supertwisting滑模控制器与PI控制器相比有更小的转矩脉动,提高了动态响应速度并且解决了超调频繁的问题。     

下一代数据中继卫星系统发展思考

通过系统阐述中继卫星系统的发展过程,给出了主要国家和组织的中继卫星系统技术体制和现状.再结合卫星、载人航天器和深空探索的未来发展趋势,分析了下一代中继卫星系统的发展需求.在此基础上,从体系结构、卫星平台、链路调制体制、网络协议等方面,探讨并给出了下一代中继卫星系统的发展趋势和技术途径.为满足未来近地、深空航天任务,以及临近、低空快速移动用户的不同要求,节约系统成本,下一代中继卫星系统将向专业化和与其他系统融合的方向发展:星间链路将增加激光链路,数据速率可达到10 Gbit/s以上;多址业务成为主用,同时支持用户数能力将极大提高;对于链路调制体制,在采用CR(Cognitive Radio,认知无线电)和SDR(Software Defined Radio,软件定义无线电)技术的基础上,可实现实时自适应调整和根据需求加载配置;数据传输将采用网络化方式,天地间构成一体化DTN(Delay Tolerant Network,容延迟网络).     

Improved Phase-Locked Loop Performance with Adaptive Phase Comparators

A major problem in phase-locked loop (PLL) design is to meet the requirements of both fast signal acquisition and good synchronous mode performance. This relation is reviewed for different types of phase comparators. As a result a new phase-and-frequency comparator is proposed. This comparator is based on an up-down counter principle and can be considered as an adaptive acquisition control circuit. The analysis of a PLL with the proposed phase comparator is based on an exact calculation method for the pull-in time. It is shown that fast signal acquisition is possible without affecting the filtering properties of the loop. Experimental results are given of the acquisition behavior of a second-order type-2 loop which show a good correspondence with the theoretical analysis.     

永磁同步电机转子初始位置角在线检测方法

针对现有永磁同步电机(PMSM)转子初始位置角辨识方法存在的缺点,研究PMSM数学模型,推导电机转子位置与电机绕组电感之间的数学关系。提出利用电机三相绕组静态电感值初步判断转子位置,并用变频器发送激励电压实现转子的极性判断,进而准确辨识出转子的初始位置角。检测过程中无需转子预定位,且电机转子处于机械锁定或自由停止状态下均可实现。试验结果证明所提方法检测精度高,能够满足PMSM矢量控制的需求,具有一定的推广应用价值。     

Sequential dynamic resource allocation in multi-beam satellite systems:A learning-based optimization method

Multi-beam antenna and beam hopping technologies are an effective solution for scarce satellite frequency resources. One of the primary challenges accompanying with Multi-Beam Satellites(MBS) is an efficient Dynamic Resource Allocation(DRA) strategy. This paper presents a learning-based Hybrid-Action Deep Q-Network(HADQN) algorithm to address the sequential decision-making optimization problem in DRA. By using a parameterized hybrid action space,HADQN makes it possible to schedule the beam patte...     

Admission Control of VL in AFDX Under HRT Constraints

Avionics full duplex switched ethernet(AFDX) is a switched interconnection technology developed to provide reliable data exchange with strong data transmission time guarantees in internal communication of the spacecraft or aircraft.Virtual link(VL) is an important concept of AFDX to meet quality of service(QoS) requirements in terms of end-to-end message deadlines.A VL admission control algorithm in AFDX network under hard real-time(HRT) constraints is studied.Based on the scheduling prin-ciple of AFDX prot...