我国空间信息网发展探讨

航空航天技术的发展使得人们对信息的感知和获取从地面向海洋、空、天、深空拓展,由此交织成一个天空地海一体化的网络,不仅推动国民经济的快速发展,也是国防和国家安全的重要保证。对目前常用空间信息网概念进行分析比较,明确了空间信息网的概念、组成和特征;介绍国内外空间信息网的发展现状,提出基于北斗卫星导航系统构建我国空间信息网的核心网的设想,并分析了其优势和面临的问题;最后,对我国空间信息网发展方向提出研究建议。     

分布式集群空间飞行器综述

传统航天器多采用大型、复杂、整体集中式架构,导致发射和维护成本高。文章以模块化航天器为研究对象,结合美国国防预先研究计划局(DARPA)的F6计划,阐述了"分布式集群空间飞行器"系统概念,分析了系统的数据类型与基本功能,讨论了自主飞行控制、无线自组织网络、无线激光通信和模块化、小型化等关键技术,可为实现模块化航天器系统提供借鉴。     

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。     

应用于分布式空间网络的脉冲超宽带测距技术*

针对分布式空间网络中航天器间的高精度测距需求,讨论加性高斯白噪声信道下脉冲超宽带测距技术的均方根误差克拉美罗下界,分析高斯导数脉冲参数对克拉美罗下界的影响,并比较最大似然距离估计算法的性能限。通过分析星间链路的链路预算,得到脉冲超宽带测距的测距精度在航天器间距离为10km时,其测距均方根误差下限值可达毫米级。     

LEO/MEO双层空间信息网中基于身份的群组密钥管理方案

由于空间信息网中结点的移动性,在空间信息网中实现传统的群组密钥管理面临许多困难.根据空间信息网的特点,分析了空间信息网中群组密钥管理方案的需求,设计了一个适用于LEO/MEO双层空间信息网络的群组密钥管理方案,采用基于身份的思想,消除了对证书系统的依赖,能在空间信息网中灵活高效地实现.将空间信息网中的结点根据其逻辑位置划分为簇,其中簇头为MEO卫星,在密钥交换阶段中共享密钥仅由所有簇头结点决定,这种机制大大减少了通信量.方案能有效抵抗外部攻击者,并且具有前向保密性和后向保密性.仿真实验表明,方案具有很高的通信效率.     

发展中的分布式干扰技术

分布式干扰是对抗预警机、新型雷达网、通信、导航系统的有效手段。从多个方面论述了分布式干扰在未来信息化战场上的重要作用 ,介绍了分布式干扰的基本分类和特征 ,指出了分布式干扰的可行性、关键技术及其作战使用。     

链路状态感知的低轨卫星网络路由机制

低轨卫星的空间组网能够突破地形限制,实现全天候、高带宽、低时延、广覆盖的数据通信,弥补地面通信系统的不足,使通信服务全球化成为可能。但是,卫星节点的快速移动和能量受限使得空间链路面临高动态、不可靠、间歇性等问题。同时接入用户的分布不均容易导致卫星网络出现重载节点和局部拥塞的情况,这对空间组网和数据传输提出了新的挑战。传统的静态卫星组网模式可靠性差,可伸缩性低,难以适应空间动态组网的需求。针对低轨卫星网络拓扑变化快的特点,提出链路状态感知的路由机制,在降低卫星能耗的同时减轻网络的局部拥塞,使用树莓派搭建半实物仿真平台,并在该平台上进行实验,验证了该机制的有效性。     

面向火星临近空间的分布式中继纠删编码机制研究

火星探测极远的通信距离以及行星遮挡,使得探测车与地面站的通信需要构建火星临近空间网络传输信息。为保证数据传输的可靠性并提高传输效率,重点研究基于分布式前向纠删编码的多个火星探测车通过中继轨道器向地面站传输的场景。考虑探测节点的周期性加入和退出的特性,设计了源节点使用弱鲁棒孤波LT码,中继随机转发/异或的中继随机决策编码方案,并推导了转发概率的理论最优值。仿真验证了新方案与已有的分布式喷泉方案相比,降低了约50%的信源编码开销,并通过复杂度与译码冗余的折衷,达到了99.9%的译码成功率。     

一种利用智能卡实现公钥基础设施核心服务的方案

介绍公钥基础设施 ( PKI)所能提供的核心服务内容 ,对智能卡的特点进行了分析。在此基础上 ,给出一个具体的 PKI实现方案 ,并根据该方案制作了利用 PKI进行安全通信的演示系统     

基于局部洪泛优化的低轨星座分布式路由算法

针对传统分布式路由算法应用于大型低轨星座时拥塞控制能力有限的问题,提出了基于局部洪泛优化的分布式路由算法。该算法通过局部洪泛的机制收集星间链路的拥塞信息,以应对局部通信需求密集所导致的常见拥塞现象;通过局部路径优化,以较低运行开销实现了流量疏导和网络负载均衡。并且该算法可适用于多层低轨卫星网络结构,不会产生路由环路,对卫星随机故障具有宽适应性。仿真实验表明:该算法在通信需求分布不均的高网络负载情况下能降低2%~10%的丢包率,并对网络随机故障具有鲁棒的表现。     

空间信息网络的组密钥管理

空间信息网络存在不同的通信方式，网络拓扑结构动态多变，对组播密钥管理提出了特殊的要求。介绍了空间信息网络的通信方式和安全需求，比较了几种常用的组密钥管理方法的特点，结合空间信息网络的特点，给出其组密钥管理模型和组成员的身份鉴别协议，对组密钥的传播、更新和查找方式进行了描述。     

一种改进的适用于空间网络的密钥交互协议

因特网密钥交互协议第二版（IKEv2）正在成为新一代互联网密钥交互标准。与因特网密钥交互协议第一版（IKEv1）相比,IKEv2协议具有更可靠、更安全等优势。空间信息网络对密钥交互协议具有严格效率要求和安全性要求,文章在对空间信息网络安全需求分析的基础上,结合空间信息网络的特点,设计了一种适用于空间信息网络的密钥交互协...     

天地一体化信息网络空间激光通信新技术

空间激光通信是提升天地一体化信息网络传输速率、组网能力、信息安全的重要途径。结合天地一体化信息网络特点,总结国外空间激光通信技术的发展状况,分析有望应用于天地一体化信息网络中的空间激光通信新技术及其优势。希望通过借鉴国外空间激光通信技术发展的经验与启示,促进我国空间激光通信新技术的发展以及天地一体化网络的建设。     

一种基于层簇式的卫星网络组密钥管理方案

针对卫星网络中组密钥管理过程面临的诸多挑战,提出一种基于层簇式的卫星网络组密钥管理方案LCGKM。结合卫星网络的多层次结构特点,建立了层簇式组密钥协商网络模型,将高轨道卫星作为组密钥协商发起节点,组成员通过三叉密钥树自主计算出组密钥,有效地减少了组密钥协商过程中的通信开销,增强了方案的灵活性、可扩展性。另外,在组密钥协商过程中,利用双线性对和身份认证技术,确保组成员能够对接受的组密钥信息进行验证,进一步增强了方案的安全性。性能分析表明：方案在满足更高安全需求的基础上,具备通信效率高、计算量小等优点,适用于具有大规模组播需求的卫星网络。     

基于神经网络的不确定性空间机器人自适应控制方法研究

提出了一种针对自由漂浮状态的空间机器人模型不确定性的神经网络自适应控制 方法。通过RBF神经网络逼近模型的非线性函数和不确定性上界,无需预先估计系统的不 确 定性程度和外部干扰,提出的自适应控制律保证了权值的有界性,解决了神经网络权值的UU B（Unknown Upper Bound）问题,即未知上界有界问题,完成了笛卡尔空间内空间机器人轨 迹规划任务。证明了所提出的控制方法的稳定性,仿真结果表明控制方法避免了对空间 机器人动力学模型的参数线性化要求降低了计算量,能够满足实际任务中的实时性要求。
     

天基综合信息网络构想

论述了天基综合信息网络的定义、分类、特点和总体构想，着重对天基遥感信息网络的网络结构、传输方式、多址方式、传输链路的建立和保持、信息处理方式、传输协议、系统容量等问题进行了分析，提出了明确的见解和需要解决的关键技术课题。     

适用于天地一体化网络的无证书密钥协商协议

为了保证天地一体化网络中用户信息的传输安全,改进传统方案的高时延等问题,本文提出一种轻量级的无证书密钥协商方案。首先,本文分析无证书密钥协商协议系统模型,针对天地一体化网络的特点提出协议需要满足双向认证、抗重放、完整性等安全需求。其次,本文选择一种轻量级的无证书加密方案,在此基础上提出密钥协商协议,满足天地一体化网络的资源和安全要求。最终,本文对提出的密钥协商协议进行BAN(Burrow-Adadi-Needham)逻辑安全性分析,并结合软件对协议性能仿真进行比较,结果表明：该方案在满足网络安全性需求的同时实现高效快速的协商。     

一种分布式信息融合的航天器实时轨道确定算法

针对传统航天器集中式实时轨道确定方法对计算中心依赖性强、鲁棒性差等问题,在分布式混合信息滤波算法(DHIF)的基础上,提出一种基于分布式信息融合的航天器实时轨道确定算法。通过该算法各测站融合自己和邻居节点的状态信息及量测信息,可同时对目标航天器进行局部实时定轨。该算法支持包含多类型传感器的观测网络,对定轨系统局部变化适应性强。仿真结果表明,该分布式定轨算法使各测站局部定轨精度优于单站滤波定轨精度,且一致逼近于多站集中式滤波定轨精度,测站局部定轨的收敛速度取决于测站网络通信的拓扑结构。     

空间环境中的多处理器混合容错调度算法

为提高空间应用环境中混合实时任务的容错调度效率,提出基于空间环境的多处理器混合容错调度算法。算法在周期任务调度中采用基于分组的“最佳适应”分配策略,以少量增加的计算时间获得更为紧凑的任务调度结果,从而减少调度所需的处理器数目和任务执行时间;在非周期任务调度中,利用基于空闲时间片的方法完成动态调度,使得混合实时任务的容错调度效率有显著提高,能够更好地适应复杂空间环境的任务处理。仿真结果表明算法在改善混合实时任务容错调度性能上具有重要作用。