一种新的星间链路切换保护算法

 星间链路切换将严重影响卫星网络的通信性能,需要对切换链路加以保护,这方面的研究目前还很欠缺。为此,给出一种新颖的星间链路切换保护(ISLHP)算法,该算法可同时生成业务路径和备份路径,且具有最小的综合费用（包括备份费用和业务费用）。算法采用本地链路保护,为星间链路切换提供快速恢复,并利用星间链路切换的可预测性和备份资源的可共用性,通过降低需要保护的链路数,减少闲置的备份资源,来提高网络资源的利用率。仿真结果表明:该算法具有切换恢复时间短,网络资源利用率高等优点。     

导航卫星星间链路信号质量参数评估算法

传统的微波调制信号质量评估需要将微波信号变频到中频后进行处理,变频处理会引起非线性失真问题,而且星间链路信号许多关键质量参数如相位一致性、相关损失、I/Q(Inphase/Quadrature,同相/正交)支路功率比等无法用传统评估方法完成,针对这些问题,提出了采用软件无线电技术的导航卫星星间链路信号质量评估算法,利用高速采样器对导航卫星的星间链路信号进行直接射频采样,在数字域对星间链路信号进行相关接收和解调,实现所有关键质量参数的评估.该方法避免了使用变频器带来的附加失真,采用该方法完成实际星载设备的信号质量评估的结果表明,该评估算法精度高,能满足导航卫星星间链路设备信号质量参数评估要求.     

多状态空间信息网络拓扑生成优化算法

依据空间信息网络（SIN）高动态性的特点,并考虑卫星工作的多状态特性,兼顾星间通信时延和拓扑抗毁性的要求,研究了多状态下空间信息网络拓扑生成及动态优化的问题。根据卫星星座的周期性,建立了一种卫星网络的拓扑周期表。综合卫星的可视性和连接度等约束条件,以网络平均和最大时延作为通信性能的优化目标,建立拓扑的多目标优化模型。提出一种改进的多目标模拟退火（IMOSA）算法,求解全局时延最优的卫星拓扑,并在考虑多状态情况下对链路进行优化,以满足网络高动态性。最后基于具有66颗低轨（LEO）的铱星星座进行仿真,研究表明：针对多状态条件下的铱星星座,该算法最大化减小了通信时延,得到抗毁性良好的拓扑结构,通信性能较之原有静态拓扑明显得到改善。     

基于扩维QLEKF的脉冲星/星间定向组合导航

面向星座卫星高精度自主导航技术需求,设计了一种融合X射线脉冲星和星间定向观测信息的组合导航方法。通过X射线探测器获得脉冲到达时间观测量,照相观测星相机和星间链路设备获得星间相对位置矢量观测量,设计导航滤波器对观测量进行处理,估计参与导航的星座卫星的运动状态。针对地球星历误差影响组合导航性能的问题,将地球相对于太阳系质心的位置扩充为状态向量,设计了扩维扩展卡尔曼滤波器,利用敏感器观测量对导航所需的地球位置矢量进行实时估计,从而削弱地球星历误差的影响。进而,针对滤波器参数选取影响状态估计精度的问题,设计了一种Q学习扩展卡尔曼滤波器（QLEKF）,主要思路是利用Q学习方法的决策能力,自适应地选择适当的滤波器参数以改善估计性能。数学仿真结果表明,所提方法能够有效减小地球星历误差对星座自主导航的影响,取得优于传统滤波算法的定位精度。     

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。     

卫星导航系统星间链路空间参数与覆盖分析

分析一种全球导航星座的星间链路,得到了星间距离、俯仰角、方位角等参数的变化曲线。最后,通过对这些空间参数的变化曲线进行分析,对星间链路的天线设计提出了基本要求。     

星间链路在空间态势感知中的应用研究

通过对星间链路和空间态势感知系统国内外发展现状的分析,指出星间链路在空间信息有效获取、安全传输和实时应用以及保障空间态势感知系统战场生存能力等方面起着重要的作用.针对星间链路在未来空间态势感知系统中的应用需求,提出包含空间通信模型和空间导航模型在内的空间感知体系基本架构,并对该架构下星间链路的设计要求或者特点进行分析,指出星间链路应该具有灵活可变的星间路由策略和联网结构,并能够支持高速可变和安全可靠的星间数据传输.分别从空间网络和卫星节点2个层面提出了系统实现的关键技术,并给出部分关键技术的研究重点和研究方法.上述研究结果可以为星间链路及相关领域的研究工作提供一定的借鉴和帮助.     

联合星间测距和测速的导航星座自主定轨研究

导航卫星通过星间观测完成定位,是提高星座生存能力的一项重要技术。在测距资料的基础上,增加测速资料进行定轨。给出了基于星间观测的定轨数学模型,证明了联合测距和测速的定轨同样存在秩亏问题,使用参数加权平差算法,顾及先验信息对星间观测资料进行平差,以Walker星座为例对算法性能进行评估。结果表明:增加测速资料后,星座位置精度略有提高,速度精度显著提高。     

基于MPLS的卫星网络模型研究

简单介绍了卫星网络的研究现状.针对卫星网络拓扑动态变化、星载处理能力有限等特点,提出了一种基于MPLS的卫星网络协议体系结构.阐述了MPLS卫星网络的工作原理,分析了星间及接入各种链路的特点.将MPLS、ATM、IP三种卫星网络在可扩展性、网络延迟、QoS等方面进行了比较,结果表明,MPLS卫星网络不仅协议相对简单,可以保证可靠的服务,适于进行流量控制,而且还可以很好地适应空间特有的环境.     

Walker星座星间链路构建准则及优化设计研究

首先通过分析Walker星座空间结构,得到星座星间链路基本几何关系;其次研究了卫星之间的相对运动规律和星座几何构型,确定了能够反映空间几何特性的Walker星座星间链路设计的基本准则,得到了星座全连通性数学解析判据,并根据星座一体化设计中的层次约束准则思想,给出了星间链路分析设计流程;最后,针对几个考虑星间链路的Walker星座的一体化优化设计问题,给出了分析设计实例。     

Crosslink slot assignment in LEO networks

The problem of crosslink time slot assignment in low Earth orbiting (LEO) satellite networks is addressed. A crosslink channel connects two neighboring satellites through half-duplexed directional antennas. Coordination among the crosslinks between a satellite and all its neighbors in a dynamic LEO network is a delicate problem and rarely addressed in the literature. The problem is solved here using bipartite graphs. Two versions of slot assignment algorithm are given: distributed and centralized.     

全球卫星导航星座网络协议体系与运行模式

针对全球卫星导航星座网络建设初期或论证阶段所涉及的网络体系结构、协议体系及相关组网等技术问题,开展了基于导航星座星间链路构建空间信息网络的技术研究,分别提出了由子网、接入网、骨干网等节点及其相互之间星间、星地无线链路构成的分层网络系统结构,设计了兼容遥控、遥测、测量与网络交互支持等业务的基于IP over CCSDS(基于空间数据系统咨询委员会标准的空间链路承载互联网协议业务)的协议体系,给出了全系统基本通信业务运行模式等。与传统高轨卫星通信系统相比,该星座网络具有高覆盖、低时延、随遇接入等优点,可实现星座导航性能与中低轨及地面用户通信性能的全方位提升,相关结果对我国全球卫星导航星座网络技术研究具有一定的参考意义。     

A Novel Stable Clustering Design Method for Hierarchical Satellite Network

This article proposes a novel stable clustering design method for hierarchical satellite network in order to increase its stability, reduce the overhead of storage and exert effective control of the delay performances based on a 5-dimensional vector model. According to the function of stability measurement and owing to the limitation of minimal average routing table length, the hierarchical satellite network is grouped into separate stable connected clusters to improve destruction resistance and reconstruction ability in the future integrated network. In each cluster, redundant communication links with little contribution to network stability and slight influences on delay variation are deleted to satisfy the requirements for stability and connectivity by means of optimal link resources, and, also, the idea of logical weight is introduced to select the optimal satellites used to communicate with neighboring cluster satellites. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed method are verified by comparing it with the simulated performances of other two typical hierarchical satellite networks, double layer satellite constellation(DLSC) and satellite over satellite(SoS).     

UMR: A utility-maximizing routing algorithm for delay-sensitive service in LEO satellite networks

This paper develops a routing algorithm for delay-sensitive packet transmission in a low earth orbit multi-hop satellite network consists of micro-satellites. The micro-satellite low earth orbit(MS-LEO) network endures unstable link connection and frequent link congestion due to the uneven user distribution and the link capacity variations. The proposed routing algorithm,referred to as the utility maximizing routing(UMR) algorithm, improve the network utility of the MS-LEO network for carrying flows with strict end-to-end delay bound requirement. In UMR, first, a link state parameter is defined to capture the link reliability on continuing to keep the end-to-end delay into constraint; then, on the basis of this parameter, a routing metric is formulated and a routing scheme is designed for balancing the reliability in delay bound guarantee among paths and building a path maximizing the network utility expectation. While the UMR algorithm has many advantages, it may result in a higher blocking rate of new calls. This phenomenon is discussed and a weight factor is introduced into UMR to provide a flexible performance option for network operator. A set of simulations are conducted to verify the good performance of UMR, in terms of balancing the traffic distribution on inter-satellite links, reducing the flow interruption rate,and improving the network utility.     

基于神经网络的广义经典分配航迹关联算法

在序贯航迹关联算法的基础上提出了一种广义经典分配航迹关联算法。此算法实际上是求约束条件下的函数最小值问题,属于组合优化问题,其计算复杂度随着目标数的增加而发生爆炸现象。根据Hop field神经网络模型解决此类问题的能力对此广义经典问题进行了求解。仿真实验结果表明,广义经典分配算法能够有效地解决航迹关联问题,而且用神经网络求解此问题降低了计算复杂性,并具有很高的关联正确率。     

一种移动卫星网络最小费用切换算法(英文)

For mobile satellite networks, an appropriate handover scheme should be devised to shorten handover delay with optimized application of network resources. By introducing the handover cost model of service, this article proposes a rerouting triggering scheme for path optimization after handover and a new minimum cost handover algorithm for mobile satellite networks. This algorithm ensures the quality of service （QoS） parameters, such as delay, during the handover and minimizes the handover costs. Simulation indicates that this algorithm is superior to other current algorithms in guaranteeing the QoS and decreasing handover costs.     

无人飞行器集群仅测距初始相对位姿确定方法研究CSCD

针对全球导航卫星系统(GNSS)拒止环境下无人飞行器集群成员间的相对定位问题,研究了一种基于机载惯性测量单元(IMU)、气压高度计与数据链测距组合的初始相对位姿求解算法。首先,在高度计稳定输出较为精确的高度信息的前提下,将飞行器的三维运动解耦成二维水平运动,给出了三维加速度和角速度、测距信息的水平坐标系投影等效模型。在此基础上,以待求量相对位置和航向角的非线性形式构造了新的待求状态量,并将相对位置和航向角的非线性求解问题转化成了新状态量的线性模型最小二乘求解问题。然后,通过引入递推最小二乘算法(RLS),建立了该相对位姿求解算法的实时输出递推形式,有效降低了机载在线计算的负载。接着,对所提算法进行了可观测性分析,并给出了使系统状态量不可观测的几种相对运动形式。最后,对所提算法进行了数值仿真实验,仿真结果表明,该算法能够有效、快速求解初始相对位姿,位置误差在初始相对距离的10%以内,航向角误差在初始相对角度的1%以内。     

导航星座自主导航技术--自主星历更新

自主星历更新是导航星座自主导航的关键技术之一,包括卫星轨道精密确定和轨道短时预报两个方面的内容。本文在系统地论述导航星座自主导航的信息处理流程的基础上,重点提出星座卫星轨道精密确定的自适应Kalman滤波算法。系统仿真结果表明：通过星间双向测量数据的滤波处理,能够获得高精度的卫星星历和较小的用户测距误差（URE）,满足高精度导航定位需求,初步证明导航星座自主导航信息处理流程及其星历更新算法的合理性和可行性。     

TCP-ATCA： Improved Transmission Control Algorithm in Satellite Network

An adaptive transmission control algorithm based on TCP （TCP-ATCA） is proposed to reduce the effects of long propagation delay and high link error rate of the satellite network on the performances. The flow control and the error recovery are differentiated by combined dynamic random early detection-explicit congestion notification （DRED-ECN） algorithm, and, moreover, the pertaining congestion control methods are used in TCP-ATCA to improve the throughput. By introducing the entire recovery algorithm, the unnecessary congestion window decrease is reduced, and the throughput and fairness are improved. Simulation results show that, compared with TCP-Reno, TCP-ATCA provides a better throughput performance when the link capacity is higher （ ≥600 packet/s）, and roughly the same when it is lower. At the same time, TCP-ATCA also increases fairness and reduces transmission delay.