基于动静结合方法的卫星网络路由方法研究

路由方法是保障卫星网络信息传输能力的基础性技术，是地面路由技术与航天应用的有机结合.当前卫星网络使用的主流路由方法主要为预先设置好路由表、转发表的静态方法，地面商用路由方法则主要使用以OSPF为代表的动态方法.动态方法的性能、鲁棒性和可靠性均明显优于静态方法，但是在卫星网络中直接应用动态方法带来的相应需求如计算资源、存储资源和信道资源等，卫星网路往往不能满足.针对此问题，提出了基于动静结合的卫星网络路由方法.该方法将OSPF方法进行针对卫星网络的适当裁剪，结合传统的拓扑快照静态路由方法，在卫星网络可以负担的资源限制条件下，提高整个卫星网络系统的性能、鲁棒性和可靠性.     

一种应用逻辑模型的通用星务软件架构设计

针对以往通信卫星星务软件研制面临投资规模大、功能复杂、研制周期短的问题,提出一种应用逻辑模型的通用星务软件架构设计。该架构由应用软件模块、服务软件模块和数据管理模块组成。应用软件模块通过分析通信卫星功能逻辑共同特点,设计并实现逻辑子动作、逻辑动作、逻辑序列3个层次的逻辑模型。服务软件模块能提供指令转发、数据传输、时间管理等通用底层服务,并分离于底层服务,应用抽象的逻辑模型开展软件业务逻辑设计。数据管理模块通过约定统一的数据协议,设计卫星参数、初始化装订数据的集中管理方法。与以往星务软件架构对比表明:通用星务软件架构能有效简化软件开发流程,提升软件质量和可维护性。     

基于模型化配置的星务自主控制软件设计与应用

卫星互联网正成为一种空间基础设施展开建设，大规模卫星发射的需求与地面运控管理任务指数型增长之间的矛盾日益突出，特别是对于低轨长期处于测控不可见弧段运行，其自主生存需求更为急迫，而星务自主控制功能是实现自主运行和生存的重要组成.本文通过参数装订、逻辑子层和数据交互模块的架构设计，提出一种基于模型化配置的自主管理软件系统框架，并针对核心逻辑子层，建立遥控主动模型、遥测主动模型以及数据融合交互控制模型，实现星务自主管理软件的快速研制，解决自主运行功能常会随设计深入和试验验证不断功能扩展的问题，提高星务自主控制软件的灵活性.通过卫星故障检测和恢复(FDIR)自主管理功能的设计进行了验证.结果表明该软件系统设计框架能够满足星务自主控制功能设计，具备可扩展能力，为进一步提升卫星的智能化水平奠定基础.     

高轨卫星星载计算机优化设计与实现

首先对当前星载计算机系统在高轨卫星领域的应用现状进行了分析，主要涉及处理器最小系统的存储器设计、数据共享及总线协议设计等。针对上述3个方面存在的不足，提出了处理器最小系统存储器优化设计方案，解决了存储器应用与选型的困境；采用“存储器+FPGA电路”的设计方法，实现了主备机数据共享；提出了一种自适应总线协议设计方法，解决了1553B总线协议通用性较差等问题。提出的设计方法，在中国下一代大容量通信卫星平台的星务计算机系统中得以应用，并取得了较好的效果，为星载计算机系统后续优化设计工作提供了新的思路。     

基于模型的卫星测控信息流数字化设计方法研究与实现

测控信息流设计是卫星信息总体设计的重要组成部分,设计结果体现了卫星遥测遥控信息流向,其合理性和正确性决定了卫星资源配置以及星上仪器布局等。传统的测控信息流设计方法耗时长,效率低,操作繁杂,已经无法满足信息化研制模式以及与日俱增的任务需求。通过对卫星测控信息流设计过程的研究,设计了一种全新的基于模型的卫星测控信息流数字化设计方法,通过基于图形化等效建模来实现测控信息流数字化设计,不仅能够有效地弥补传统方法的不足,同时有利于优化测控信息流向设计。以某卫星为应用背景进行试用验证,设计工时减少了97.5%,设计正确率达到100%。该方法能够提高设计效率和质量,促进测控信息流设计流程、方法与产品的规范性,进一步提升信息流设计的自动化程度。     

应用网络编码的空间信息网多径路由协议设计

针对空间信息网的长时延和高误码问题,提出一种应用网络编码的多径路由协议。该协议设计了基于最佳路径可用度的多径路由建立方法;同时在传统多径路由传输的基础上,采用随机线性网络编码方式对数据包进行编码,通过同时考虑链路状况和接收数据包个数确定编码次数,以优化编码策略;利用网络编码带来的冗余改进重传机制。在网络仿真-2(NS-2)平台上对路由协议设计进行仿真,结果表明,文章提出的路由协议设计分组投递率高,时延短,提高了网络性能。     

基于CCSDS标准的卫星遥控LDPC编码方案探讨

随着天地一体化及遥控可靠性需求的不断提高,传统卫星遥控标准中广泛采用的BCH码很难满足未来卫星遥控链路复杂多样的需求。为此,文章将卫星遥控指令分为短指令模式和内存上注指令模式两大类,设计低密度奇偶校验(LDPC)编码方案。对于帧长较短的遥控指令,采用3种码长较短的LDPC码,与目前空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控标准推荐的BCH(63,56)码相比,在误码字率为10~(-5)量级时,可以额外获得4～6dB的增益。对于大数据量的内存上注指令,应用现有CCSDS遥测标准推荐的LDPC(8160,7136)编码方案,当误码字率为10~(-5)量级时,所需信噪比(Eb/N0)约为3.8dB,编码增益约为7dB。为了实现LDPC编码方案,文章设计了与BCH码相似的协议格式,改动量较小且具有良好的兼容性,不会对已有遥控系统产生影响。译码方案采用并行的FPGA译码器架构及最小和译码算法,其译码复杂度较低,硬件实现资源占用较少,具有可行性。     

卫星姿态控制系统圆盘极点指标约束下鲁棒H_∞容错控制

研究了一类卫星姿态控制系统的鲁棒容错控制问题。针对执行机构性能下降或者出现故障,提出了一种圆盘极点指标约束下,对执行机构故障具有完整性且满足H∞扰动衰减指标的状态反馈鲁棒容错控制设计方法。分析了圆盘极点指标与H∞指标的相容性,并在相容指标约束下,给出了鲁棒H∞容错控制器存在的充分条件。同时将该方法应用于卫星姿态控制系统的容错控制并进行了数字仿真,仿真结果验证了方法的有效性。     

天基网络体系及自适应资源动态管理

随着天基网络应用范围的不断扩大和承担任务重要性的持续提升，天基网络及通信卫星星座建设将在未来网络通信中发挥越来越重要的作用。天基资源管理技术对于天基网络业务负载的实时性和高效性保证具有重要的意义。文章就天基网络的现状和业务特点进行分析，针对天基信息网络的资源管理系统功能和特点，对资源动态管理技术，包括实现场景、功能重构和资源分配进行研究，针对实时的资源分配，基于首价密封（First price sealed bid，FPSB）拍卖博弈提出了一种自适应分布式资源分配方法，并进行了相应的分配方案设计。最后通过对天基网络场景的仿真，证明了该方法在提高天基网络资源利用率和系统运行效率上的优势。     

基于时序建模的卫星故障检测方法

为解决当前卫星故障检测面临的依赖规则库、多元特征融合不足以及数据正负样本分布不均衡等问题,从卫星数据的时序特性出发,提出基于时序建模的卫星故障检测方法与半监督模型,实现卫星数据规律的有效挖掘与数据驱动的故障检测。考虑卫星数据间的时序关联,提出基于长短期记忆神经网络的卫星故障检测方法,并引入滑动窗口机制实现卫星数据的有效预测与故障检测。考虑卫星数据多元特征参数间的关联关系,引入时间卷积和自编码器神经网络,同时建模不同时刻、多元特征参数间的依赖关系,实现融合多元特征参数进行卫星故障的有效检测。以某型号卫星电源分系统为实验对象,仿真结果表明,所提算法和模型在关键指标方面优于BP神经网络等传统故障检测方法和模型。