中继卫星S频段多址系统应用服务模式

通过深入分析TDRSS(Tracking and Data Relay Satellite System,跟踪与数据中继卫星系统)多址业务的主要能力、业务类型以及服务对象,概括总结出了TDRSS多址业务的2种应用服务模式,即周计划模式和按需接入模式。在此基础之上,设计了我国中继卫星SMA(S-band Multiple Access,S频段多址系统)的预分配服务模式、周计划服务模式和按需接入服务模式等3种应用服务模式。针对这些,建议:低速测控及数传需求的用户平台在安装S频段中继终端时,考虑兼容S频段单址和多址业务;用户中心S频段低速测控及数传服务尽可能使用SMA;用户在单独使用返向SMA资源时,必须确保中继终端处于开机状态,并指向中继卫星。     

美国NASA天基测控网的按需接入系统

NASA天基网按需接入系统(DAS)可为航天操作提供一种新的开创性的服务；这种业务通过跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)构成连续和自动化的通信链路。2002年10月投入运行的DAS扩展了TDRSS多址返向(航天器至地面)容量。该系统利用地基商业成品(COTS)设备，例如第三代多址波束形成分系(TGBFS)和可编程遥测处理器(PTP)，并利用包括TCP／IP及基于web的接口在内的联网标准。     

中继卫星系统组网运行问题研究

随着我国中继卫星系统的不断建设与发展,如何完善系统的组网运行管理,构建一个高可靠性和高可用度的系统是摆在我们面前的重要课题。在对美国TDRSS(跟踪与数据中继卫星系统)的卫星在轨备份、轨道漂移、卫星共位、地面终端站配置以及系统总体性能等方面进行分析的基础上,总结出其组网运行的4个特点:空间段具有备份节点、备份星;地面段配置备份中心、备份站;系统具备2颗卫星共位能力;系统具备轨道漂移能力。结合我国中继卫星系统建设与发展实际,得出了以下几点启示:加快备份星和备份站的部署与建设;适时形成单节点多星的星群配置;增加支持卫星轨道漂移和共位的能力;增加大椭圆轨道卫星的部署。     

卫星参数趋势预测EMA熵组合算法

卫星遥测参数的趋势变化状态对卫星故障预测的判断起到重要的指导作用,立足于遥测参数特性,提出等高线预测方法,从特征数据出现的时刻对参数进行趋势预测。为了提高预测精度,引入EMA(增加期望模式)误差分析模式,结合之前提出的新息灰预测模型,根据熵组合基本原理建立基于EMA熵组合预测模型。通过工程数据仿真计算,并利用预测有效度对各种算法进行评估,结果验证了基于EMA的熵组合预测模型的正确性和可靠性。     

欧空局OPSNET通信网新进展

为了支持我国航天测控通信网的IP(互联网协议)化以及未来发展,对欧空局的航天任务操作通信网OPSNET(操作支持通信网)的新进展进行了研究。首先回顾了OPSNET网络发展历程中的里程碑事件(完成网络IP化,调整网络拓扑结构,通过载荷分担模式超越网络链路的带宽极限),之后介绍了该网络面临的高数据速率挑战及多个备选解决方案,详细介绍了最终选用的基于MPLS(多协议标签交换)技术的网络设计。OPSNET网络向MPLS迁移的方案经实验室环境验证后分步实施,经多个层面的验证及实际运行证明,采用MPLS技术后,以较低的成本实现了很好的网络性能。未来OPSNET将以此为基础部署更多的MPLS链路,并可能增加加密业务。OPSNET通信网的新进展值得我们关注和借鉴。     

SDL在空间通信协议开发中的应用

针对空间通信协议开发难度大、代价大的问题,提出了基于协议工程思想利用SDL(规范与描述语言)对SCPS-TP(空间通信协议规范-传输协议)进行开发的方法,包括SDL建模、仿真和验证。首先对SCPS-TP进行了功能分析,确定功能点和状态机,并据此利用SDL建模;接着对模型进行实时仿真,测试其正确性,通过调试保证所有功能通过仿真;最后对模型进行了验证。验证结果表明,SCPS-TP不存在死锁、活锁等逻辑错误,为其在空间通信中的应用提供了有力支持,同时也说明了SDL在空间通信协议开发中的重要应用。     

北斗卫星导航系统远洋评估试验及初步结果

我国"北斗"卫星导航系统于2011年底宣布提供试运行服务,2012年底宣布提供正式运行服务,其服务性能一直是国内外关注的焦点。考虑到海上及南半球的系统性能测试较少,因此借助国家海洋局组织的第28次、第29次南极科考任务,进行了"北斗"卫星导航系统远洋评估试验。试验以GPS(全球定位系统)PPP(精密单点定位)为基准,将"北斗"卫星导航系统的定位结果与PPP结果相比较,取95%进行统计。初步结果表明,随着系统的逐步完善,服务性能逐步提高,目前在系统的南半球覆盖范围内,海上航行可以获得水平精度11m、高程精度14m的定位服务。     

航天测控系统容灾模式探讨

针对航天测控系统容灾备份问题,对系统容灾结构和容灾模式进行了探讨,提出了完整的容灾系统运行模式体系,包括软硬件备份模式、人员备份模式、灾备切换模式、返向数据传输模式、前向信息使用模式、承担任务模式,并逐一进行了特点分析和比较。分析结果表明,在关键任务阶段,容灾备份系统宜采用软硬件热备、返向数据广播、灵活切换、人员常驻的模式运行;在一般任务阶段,宜采用软硬件冷备、返向数据转发、固定切换、人员转场等模式运行。这可为我国航天测控系统容灾方案设计和系统建设提供支持。     

一种标定中继卫星SSA转发器距离零值的试验方法

中继卫星对用户航天器具有测距功能,中继卫星前/返向SSA(S频段单址)转发器时延引入的距离零值对用户航天器测距数据系统误差的贡献不容忽视。针对中继卫星SSA转发器距离零值不易直接测量的问题,给出了一种标定距离零值的O-C试验方法,并根据连续多天实测的中继卫星多站测距数据和中继卫星对固定模拟测试站四程测距数据标定了2颗中继卫星S频段单址转发器的距离零值,验证了试验方法的有效性。标定结果进一步分离了中继卫星对用户航天器四程测距数据的系统误差,对提高用户航天器定轨精度具有积极意义。     

调频连续波合成孔径雷达噪声调相干扰

针对调频连续波合成孔径雷达的干扰问题,提出一种新型的噪声调相干扰方法,得到干扰噪声以高斯形式分布在真实干扰机回波目标周围,可用于遮盖分布式目标或区域。该方法利用噪声转发手段保持信号的相干性,调制指数和噪声功率决定干扰的覆盖范围,干扰效果基本不受侦察误差的影响,其相干干扰体制可获得部分的雷达二维处理增益。典型系统参数仿真实验验证了该干扰方法的有效性,在相同目标检测概率下,相较传统噪声压制干扰节省功率29.3dB。     

STK三维模型制作与优化方法研究

为建立逼真的三维模型,在STK(卫星工具包)软件中进行任务仿真,讨论了直接获取mdl格式模型、编写mdl文件、转换模型等3种STK模型制作方法,并对这几种制作方法的优缺点进行了分析。针对不同制作方法带来的模型问题,重点探讨了组件层次调整、形状修改、显示效果优化、动作关节优化、特效设置等5种mdl格式模型优化方法。通过实例说明5种优化方法的优化效果,结果表明相关方法能有效地优化模型。     

IP over CCSDS协议适配的高速并行实现技术

天地一体化组网应用须在空间网和地面网之间部署IP over CCSDS(基于CCSDS空间链路承载IP业务)协议适配网关,以实现在高速CCSDS(空间数据系统咨询委员会)空间链路之上传输IP(互联网协议)数据包。针对此需求,提出一种IP over CCSDS协议适配的高速并行实现方法,并在Linux内核中采用多线程技术实现IP over CCSDS协议适配过程,通过实验进行测试与验证。测试表明,在处理器多核数目的范围内,协议适配处理性能随线程并发数目的增加而增加;当线程数目超过处理器核数时,受限于处理器核数和线程调度开销的影响,协议适配的性能并不能随着线程数目的增多而线性增加。后续,可利用FPGA(现场可编程门阵列)硬件逻辑电路的并行能力在硬件上实现协议适配的高速并行处理,并设计更高速率的同步接口,以从硬件上实现几千兆比特甚至几十千兆比特的高速IP over CCSDS协议适配。     

基于IUKF的单星对空间目标仅测角跟踪算法

针对普通UKF(无迹卡尔曼滤波)测量更新方法的非线性近似精度相对较低,导致目标跟踪滤波精度和稳定性较低的问题,在单星对空间目标的天基仅测角跟踪滤波过程中,提出一种基于迭代测量更新方法的IUKF(迭代UKF)算法。通过在测量更新过程中提高非线性系统状态估计的近似精度,进而提高目标跟踪滤波精度,并引入具有全局收敛性的阻尼Gauss-Newton(高斯-牛顿)法来改进IUKF的数值稳定性。理论分析与实验结果表明,该方法不仅避免了求解雅可比矩阵和Hessian矩阵,而且具有较高的滤波精度和数值稳定性。     

基于OPNET的低轨卫星网络路由仿真与优化

针对业务高速化、多样化背景的LEO(低地球轨道)卫星通信网络传输问题,提出一种复合分组调度策略和基于拥塞控制的备份路由方法相结合的路由算法,既保证了不同业务的服务质量,也在网络部分卫星节点因负载较重发生拥塞时实现业务分流,避免低优先级业务因资源竞争力较弱而"饿死",保证各业务的吞吐率,提高网络的性能。最后,以OPNET(优化网络工程工具)软件搭建了LEO卫星网络仿真平台,对文中提出的路由协议进行仿真,验证了算法的有效性。     

星载Mosaic模式SAR成像算法研究

以色列发射的第1颗SAR(合成孔径雷达)侦察卫星TECSAR中成功应用了一种新的工作模式———Mosa-ic模式,该模式兼具高分辨率和大成像测绘带的优势。给出了该模式可行的成像方案,并提出了一种解多普勒模糊的方位变调频算法,结合ECS(扩展线频调变标)算法对该模式进行成像,降低了系统对PRF(脉冲重复频率)的要求,在系统所能达到的有限PRF条件下,最大程度地增加了马赛克单元的方位无模糊成像宽度。仿真结果验证了算法的有效性。     

智能轮询在航天测控运行管理系统中的应用

为提高对航天测控系统设备状态监视和运行管理的实时性和效率,研究了航天测控设备状态采集轮询方法,分析了固定周期轮询算法和传统基于马尔可夫链的智能轮询算法的不足,提出了一种基于马尔可夫链的改进型智能轮询策略。该方法能根据航天测控设备TRAP("陷阱")事件和MIB(管理信息库)变量关系模型,实时动态地对关联变量进行局部轮询,并动态调整轮询间隔时间。通过实验对比表明,与固定周期轮询算法、传统马尔可夫链智能轮询算法相比,该算法在数据采集的真实度和网络带宽占用上取得了更好的平衡,更能实时反映出设备状态的变化细节,占用更小的网络带宽。     

在轨测试系统射频链路建模与组件实现

在通信卫星自动化在轨测试系统中,影响软件通用性的因素很多,其中之一是由于射频链路系统的复杂性和多样性。针对这个问题,具体地描述了在轨测试软件与射频链路紧耦合的原因,分析了在轨测试系统对射频链路的接口需求及系统的数据处理特点。在此基础上,建立了与测量频段无关的统一射频链路模型,有效地屏蔽了实际测试链路的个性特征。最后给出了采用.Net技术构建射频链路组件的方法。实践表明,利用该组件开发的在轨测试软件通用性良好。     

高轨环境下BDS弱信号跟踪技术研究

针对高轨接收机需要接收来自地球对面的导航卫星信号而导致接收功率过低,且存在较大多普勒频移和多普勒频移变化率的问题,对适用于高轨导航接收机的BDS("北斗"系统)信号跟踪技术进行研究。通过STK(卫星开发工具包)建立仿真场景对HEO(大椭圆轨道)接收导航信号特性分析,根据仿真指标重新设计了弱信号跟踪环路结构以及对应的跟踪流程,并特别针对BDS B1I跟踪中存在的NH(Neumann-Hoffman)编码问题,提出滑动相关法去除NH码的方式,来延长预检积分时间。仿真表明,通过1ms稳定跟踪之后,采用滑动相关法去除NH码,将环路预检积分时间延长至20ms,跟踪环路能够成功跟踪高轨环境下C/N0=26dBHz的低信噪比BDS B1I信号,满足导航应用需求。     

并行月面三维地形重建系统设计

月面三维地形重建系统的实时性直接关系到探月任务的执行效率。为提高地形重建速度,针对立体像对处理平台体系架构、地形高程模型生成算法设计及地形数据压缩与解压等环节的不同特点,利用并行计算思想实现各阶段的并行化设计,使各环节的执行速度相比串行系统均有3～10倍的提升,一定程度上解决了系统时间瓶颈问题。最后基于月面仿真试验场的真实地形数据进行了系统验证,并对所生成月面地形进行了可视化展示。     

一种新的USB系统调制指数优化算法

针对深空USB(统一S频段)系统下行链路的功率分配问题,提出了基于余量等均准则的调制指数优化算法,并给出了算法的理论证明。根据工作方式的不同,将下行链路分为仅有遥测信道、仅有测距信道和同时存在遥测与测距信道3种情况,并设定链路预算余量相等,其中在仅有遥测、仅有测距信道的情况下,根据余量等均准则可确定调制指数的最优值;在同时存在遥测与测距信道的情况下,需要增加约束条件,以进一步缩小并限制调制指数的取值范围。最后仿真结果验证了该准则的有效性。