天基信息网络弹性评估方法研究

考虑到天基信息网络独具的网络拓扑周期性动态变化、星载网络设备难以按需替换、空间环境安全威胁复杂多样等特点,为了对网络故障、环境挑战或敌对行动时天基信息网络的弹性能力进行有效评估,提出了一种改进的天基信息网络弹性评估方法。首先,简述了一种包含时间、概率、系统能力的三维弹性分析模型;考虑到各种不利事件以及各种能力适变方法及其具体措施对天基网络弹性能力的影响,分别提出了在采用单能力适变方法、多能力适变方法时的天基信息网络弹性计算方法,并进一步给出了确定场景下的天基信息网络弹性计算方法。实例分析表明,所提方法可以定量的方式对天基信息网络弹性能力进行有效评估,为天基信息网络各种能力适变方法及其具体措施的选择提供有益参考。     

国外天基信息网络概念和体系结构研究

介绍国外天基网络信息概念和体系结构研究领域的一些研究成果,主要从军用天基信息网络的体系结构、民用天基信息网络体系结构以及未来空间通信和导航体系结构三个方面介绍国外天基信息网络体系结构的研究现状和未来发展。分析国外天基信息网络系统关键技术,及其对我国未来发展天基信息网络系统的重要意义。     

美国“天基自适应通信节点”项目进展及启示

<正>2022年8月,美国国防高级研究计划局(DARPA)“天基自适应通信节点”(Space-BACN)项目进入技术验证阶段,开始进行硬件风险降低验证和软件设计仿真。该项目研究构建星间光通信链路,连接低轨异构军民商及盟国卫星系统,形成跨系统的天基信息传输网络,以加速数据回传与融合共享,提升太空系统弹性抗毁能力,高效支撑美军联合全域作战。     

国外低轨物联网星座系统发展分析

随着地面移动通信系统的建设发展和移动互联网业务的爆发式增长,多样化的移动通信需求和应用场景不断涌现,传统的“人与人”之间的通信正在扩展向“人与物”、“物与物”的通信。物联网(internet of things, IoT)技术近年飞速发展,并已投入广泛建设和应用。卫星因其广域覆盖和抗毁性,比较适应于大区域数据采集和物联业务。近年来随着卫星通信技术能力的提升和产业链条的优化,商业航天蓬勃发展,天地一体成为趋势。天基物联网、天地融合物联网成为新的关注点。国际上近年来涌现出数十个天基物联网系统,部分已投入工程建设和应用,已在天基物联网的系统架构和体制设计上取得进展。针对卫星物联网技术发展和建设应用开展调研,对Orbcomm、Kepler、SpaceMobile、ELO等低轨星座物联网系统的建设规划、能力定位、系统架构、星座方案、通信技术、频率资源、市场应用等方面进行了全面分析,并对天基物联网星座系统的发展趋势和关键问题进行总结。     

大规模天基组网演化建模及效能评估方法

针对未来天基体系所呈现出的大规模、网云化和智能化等发展趋势,文章围绕大规模天基体系架构,对大规模天基组网演化建模开展研究,并对大规模天基体系综合效能评估方法进行分析,提出了一种天基体系效能评估总体思路架构,主要包含三个部分：大规模天基体系高动态演化特性分析,网络化指标体系构建方法设计以及天基体系效能评估方法设计。从模拟验证平台构建支撑演化以及效能评估分析的角度进行了探索,为我国大规模天基体系的设计和研究提供参考。     

SDI中的天基雷达

美国通用电气公司正在研究天基探测技术在战略防御计划(SDI)中的应用,重点是天基雷达的发射及接收电路以及信号和数据处理。本文介绍了天基雷达应具备的五个特点,即波束捷变、高分辨率、性能可靠、价钱便宜、识别目标能力强。文章中还提出了单片微波电路和雷达的设计方案。     

轨道机动作战中的待机轨道研究

从空间作战的作战样式出发,研究了轨道机动作战中的待机轨道,主要对轨道机动作战中的天基作战平台的机动能量———时间消耗进行了计算分析,并对处于不同待机轨道上的天基作战平台的机动作战能力及其他系统对其的保障能力进行了分析研究,同时考虑了其它的各种限制因素,对于轨道机动作战中的天基作战平台的待机轨道研究有一定借鉴意义。     

基于激光高速通信信号的精密测量方法与性能分析

随着天基定位、导航、授时（Position，Navigation and Time，PNT）系统和天地一体化信息网络的建设，利用星间链路实现高速通信和高精度测量，构建天基信息网络和维持天基时空基准，对星间链路的发展提出了更高的要求。激光波束窄，方向性好，抗干扰能力强，可以实现更高的信息传输和更高的测量分辨率。通过激光星间链路的通信测量一体化设计，实现通信与测量功能的高度融合，共用相同的物理信道和信号设计，将会极大地提升系统性能，降低系统复杂性，从而实现载荷的小型化设计，这已成为星间链路的发展趋势。针对通信与测距一体化的需求，文章设计了基于高速通信信号的激光测量通信一体化方案，并对测量性能进行了理论分析；采用激光测量验证系统，对理论分析进行了验证。实验表明，在1Gbit/s的通信速率下，星间测量精度优于1mm，相比于目前微波星间链路测量，精度提升了30倍。     

网络化战争中的复杂网络拓扑建模

网络化战争中网络拓扑模型的构建是利用复杂网络理论研究网络化战争的基础。本文根据网络化战争的特点,从复杂网络动力学角度,对BA模型进行扩展,通过在节点分类和连接规则两方面增添假设,构建了网络化战争中的复杂网络拓扑模型。仿真结果表明,在该演化规则下生成的网络具有无尺度和小世界特性。对网络模型抗毁性的研究为网络化战争中攻击节点的选择及网络的构建和改进提供理论依据。     

一种构建高性能仿真基础数据资源池的方法

天基体系数字孪生体仿真平台项目是一种复杂天基体系效能仿真平台建设项目,该项目对仿真的基础数据存储能力、处理能力、检索效率、扩展能力等方面提出了更高的要求。传统仿真平台的基础数据管理能力已无法与之匹配。对项目的基础数据综合管理能力要求进行了综合分析,并结合日益成熟的大数据技术,提出了一种新的基础数据资源服务构建模式:仿真基础数据资源池系统,设计并开发了元数据管理、数据管理、数据发布接口、数据采集接口四个重要组件,解决了完整天基体系要素和多类型装备相关巨量数据的存储能力、检索查询效率、数据扩展能力提升的瓶颈问题。由该方法构建的高性能仿真基础数据资源池系统,为天基体系数字孪生体仿真平台顶层应用提供了稳定、高效、灵活可扩展的数据服务支撑。     

无人机测控通信自组网技术综述

在天地一体化信息网络建设中,多无人机测控通信组网可有效拓展其作业范围,提升系统整体抗毁能力。首先从概念、分类、军用产品、民用发展前景等方面概述无人机系统,然后综述无人机测控自组网的技术现状、移动模型、信道模型以及网络架构,最后重点分析美军及北约典型的机载数据链系统,为无人机测控组网系统设计提供参考。     

远海对抗中天基系统作用及发展状态分析

以信息化联合作战为主要特点的现代战争对天基系统的信息支援能力日益依赖,远海对抗以远离本土、网络协同、攻防兼备的特殊性,需要天基系统的支持更为全面和迫切。从远海对抗的内涵和任务需求出发,分析国外在远海对抗条件下天基系统如何为海洋作战平台提供及时、有效的信息支援,从而提出未来天基系统发展策略和设想。     

基于能力分析的天基资源虚拟化方法的设计与实现

随着小卫星技术以及卫星组网技术的飞速发展,天基资源的规模呈爆发式增长,依赖多种类卫星节点提供的卫星能力,完成多星协同的复杂空间任务,向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务,成为未来发展的趋势。针对多类异构卫星,提出一种面向用户的应用层天基资源能力虚拟化方法。分析了即时观测信息服务的用户需求及天基资源的属性特征,综合时间、空间、能源、存储等约束条件,将天基资源按照时空逻辑,分层抽象虚拟化成面向用户的服务能力,建立了适用于大规模异构卫星、统一标准的应用层天基资源虚拟化方法,并设计了计算模型。选取具有代表性的卫星平台、载荷等,针对在轨实时虚拟化的需求,设计并实现了在轨虚拟化算法。试验证明,算法时效性可以满足星上实时计算要求。     

一种稀疏测向数据下的天基初轨确定模型及其算法

稀疏测向数据下的天基初轨确定具有重要的应用价值.针对地基Laplace和Gauss方法在天基稀疏测向初定轨中存在的不收敛和平凡解问题,提出了一种新的模型--双ρ迭代模型,研究了优化算法中的变尺度方法和遗传算法作为解算算法,最后进行了仿真.结果表明,双ρ迭代模型可以较好地解决地基方法在天基测向初定轨应用中的上述问题,利用变尺度法的双ρ迭代模型具有90%以上的解算成功率,且具有良好的解算速度和收敛性,而采用改进的遗传算法可以解算其余算例,二者结合使用可以达到较好的初定轨效果.     

天基边缘计算系统设计及关键技术

卫星具有覆盖范围广、抗灾害性强等特点,随着卫星研制与发射成本的不断降低,推动卫星与地面移动通信网络、物联网(IoT)、云计算中心深度融合,构建天地一体化网络和应用架构,已成为航天发展的重要方向。随着地面多用户、大数据量的接入,亟须开展卫星在轨数据处理技术相关研究,提升卫星的在轨服务能力和质量。本文提出了对卫星计算资源进行整合,构建天基边缘计算系统,并提出了天基边缘计算的3种资源管理策略和4种平台部署协同模式。此外,对天基边缘计算的优势和还需解决的关键技术进行了分析,并搭建了天基边缘计算原型系统,对不同计算卸载策略性能进行了分析。     

反射式紫外天基单镜计算成像系统设计

紫外天基成像是目前对太阳观测的主要手段之一。针对紫外天基遥感对成像系统高分辨、轻量化的需求,开展了紫外天基单镜计算成像系统研究,应用“光学镜面设计”与“计算成像”相结合的思路,通过对球面、六次偶次非球面、十次偶次非球面、Q-type面、Zernike多项式面的天基反射镜成像光学系统设计,以及基于傅里叶叠层超分辨的计算成像分析,验证了该设计方法可在波长135 nm紫外光波段实现5.4°圆视场、分辨能力优于0.11 mm的设计指标。反射式六次偶次非球面具备一定的综合优势。     

基于负载均衡的导航时分网络建链优化技术研究

导航卫星可基于相控阵星间链路构成覆盖全球的时分捷变网络,文章针对卫星之间建链拓扑的优化问题进行研究。首先,建立导航卫星星座动态时分建链的拓扑模型,确定了在特定路由策略下,信息路径及网络节点负荷由网络拓扑唯一确定的原则,并分析了导航卫星网络业务流量不对称的特征。然后,基于导航星座模型提出基于目标评价函数进行负载均衡的网络拓扑优化方法,形成建链优化方法的计算步骤。最后,以网络时延和接入能力为指标验证时分网络建链规划方法对负载进行均衡的性能。仿真结果证明了基于负载均衡的时分网络建链优化方法的可行性,对全球卫星导航系统的星间链路管理与运行具有参考价值。     

面向应急管理的天基系统需求与构建设想

针对应急管理对天基系统提出的增强现场灾情信息传递保障能力和尽快完善天空地一体化应急观测体系的需求,在分析天基系统应具备的先进感知使能、通信使能、导航定位使能及智能使能基础上,提出了我国天基应急管理支援体系构建设想。通过发射中轨观测系统、高分光学强机动星座,以及增加地面机动测控数传站,加强和完善灾害应急遥感观测能力;通过天地一体化应急管理云平台实现灾情观测数据的处理和分发。为了尽快实现天基应急管理支援体系建设,提出应发展高、中、低轨协同的天基通信、导航、遥感卫星的建议。     

基于天基测控的同步轨道卫星联合定轨方法研究

以美国现行的天基光学传感器SBV为例,分析了天基测控环境下光学传感器对同步轨道目标的覆盖特性,并构建了天基测控的观测模型。针对天基卫星星历误差对同步轨道目标定轨精度的影响,提出了抑制天基卫星星历误差的天地基联合定轨方法,将天基卫星和同步轨道卫星都作为待估计状态量,同时解算天基卫星和同步卫星轨道。仿真实验表明,天地基联合定轨方法能有效抑制天基星历误差的影响,能同时提高天基卫星和同步卫星的定轨精度。
     

天基信息网络低轨非对称路由协议研究

天基信息网络中的低轨道(LEO)卫星因拓扑变化快、轨道周期短,存在较多的信息网络相关节点间的非对称链路。文章从路由表优化和特殊链路处理方案等方面进行研究,提出了一种基于分时的低轨卫星网络路由算法。以星间链路传输时延作为计算代价度量来判断路由选择的优劣,从链路检测、路由计算和数据转发等三部分对路由协议进行描述,并制定了低轨链路处理方案,可以有效地发现网络中的非对称链路,及时进行相应处理。最后,仿真对比分析结果表明,文章所提出的协议方案在非对称链路存在的情况下性能更为优越。