空间环境天基探测现状与需求分析

天基空间环境探测是了解空间环境状态及变化规律的重要手段, 同时也是保障人类空间活动安全的空间环境预报业务的重要数据来源. 为了促进中国空间环境天基探测的发展和合理布局, 本文分析总结了空间环境天基探测的现状、特点以及能够服务于空间天气预报的业务监测能力情况, 从空间环境业务保障角度分析了空间环境天基探测的需求, 并对中国天基空间环境探测的发展思路进行了初步探讨分析.      

天基综合信息网探讨

天基综合信息网(Space-based Integrated Information Network)又叫空间综合信息网(Space Integrated Information Network),国际上尚无明确的定义。通常的说法是:天基综合信息网是通过星间、星地链路连接在一起的不同轨道、种类、性能的飞行器及相应地面设施和应用系统,按照空间信息资源的最大有效利用原则所组成的空天地一体化综合信息网。该网络具有智能化信息获取、存储、传输、处理、融合和分发能力,具备一定的自主运行和管理能力。     

美国天基导弹预警跟踪系统发展动向

天基预警跟踪系统具有高视角、探测范围广、预警时间长、具备全程跟踪能力等特点,可为弹道导弹防御和实施反击提供及时预警信息,是导弹预警体系的重要组成部分。2017年1月,美国"天基红外系统"(SBIRS)第三颗地球静止轨道(GEO)卫星发射入轨。美国总统特朗普在竞选期间提出,美国弹道导弹防御系统未来将重点发展天基导弹预警和跟踪技术。2017年6月,美国国会众议院武装力量委员会发布《2018财年国防授权法案》,要求国防部尽快制定天基导弹防御战略,重点是明确未来天基导弹预警探测器如何发展,并对其研制和部署成本进行评估。上述动向表明,天基系统已成为美国导弹预警跟踪系统发展的重点之一。     

空间碎片天基监测图像仿真研究

空间碎片天基光学监测可以有效弥补地基监测的时空覆盖缺陷.目前天基观测数据不足甚至没有数据,这给监测系统研制、数据处理算法研究及软件系统研发和验证造成了一定困难.因此,研发能够为相关研究提供空间监测图像的空间碎片天基监测图像仿真软件系统具有重要意义.本文根据天基监测图像的特点,研究基本算法,设计仿真流程,给出仿真图像并对结果进行分析.为得到符合实际观测场景的高精度仿真图像,软件系统采用瞬时惯性坐标系;基于Tycho2星表提出了采用基于索引文件的快速星表查询方法来生成背景星图;利用两行根数（Two-Line Element,TLE）数据集仿真空间碎片观测值;并对结果图像中目标的运行轨迹进行分析,得出天基监测空间目标的成像特性.仿真结果表明,该仿真系统能够针对不同观测条件和观测平台,在兼顾精度与时效性的情况下,获得较为真实的空间碎片天基光学系列观测图像.      

低轨航天器天基测控方法研究

我国的航天器测控主要依赖地基测控系统实施,随着民用和军用需求的不断增加,太空运行的低轨航天器数量越来越多.仅依赖地基测控系统满足这些航天器的测控需求越来越困难,费用也越来越高.探索新的、有效且经济的测控模式势在必行.天基测控技术是航天器测控发展的方向,研究和应用天基测控技术具有重要的实用价值,可以解决困扰我国航天领域多年的测控资源紧张问题.在分析美国NASA数据与中继卫星系统相关技术的基础上,提出了我国低轨航天器天地基测控模式,讨论了该模式的运行原理,设计了该模式的仿真系统,分析了应用该模式需解决的关键技术问题,通过基于设计的仿真系统对提出的测控模式进行了验证.验证结果表明了提出的天地基测控模式可行,可以满足低轨航天器的测控需求.      

美军天基通用数据链发展研究

天基通用数据链(CDL)作为美军"作战响应空间"(ORS)计划下重点发展的关键技术之一,成功验证了成像侦察卫星的战术应用能力,并将成为美军构建多源战场情报体系的重要手段。系统研究美军天基CDL的发展演进情况,对我国开展相关领域论证研究具有一定的参考意义。本文在明确美军天基CDL概念的基础上,着重研究了美军天基CDL的前期技术验证情况和未来实战应用模式,并分析了美军天基CDL的发展趋势,提出了对我国天基CDL发展的几点启示。     

NASA空间通信与导航网络现状及未来发展

正美国的空间探测活动由美国国家航空航天局(NASA)的空间通信与导航(SCa N)网络提供通信导航支持。SCa N网络由三个网络组成:深空网(DSN)、空间网(SN)和近地网(NEN),用户一般根据任务需求选择一个或多个网络提供所需服务。为了建立综合空间通信与跟踪能力,NASA于2006年提出建设统一的空间通信与导航网络,计划将空间网、近地网和深空网形成一个功能相对独立,用户界面和运行管理统一的天基任务基础设施。在此之前,     

基于SDN架构的NFV技术在低轨卫星网络中的应用

针对当前卫星网络通信业务需求复杂、星上设备对多业务兼容性差的问题,提出了一种面向低轨卫星网络的软件定义网络(SDN)架构.该架构设计了以星间链路为基础的虚拟化数据平面和多控制器的分布式控制平面,具有高度灵活和可编程的特性.通过网络功能虚拟化(NFV)技术实现了数据平面虚拟化和集群化控制器的功能分割,给出了架构实现的关键...     

空间目标在天基光学探测中的特性分析与仿真

分析了空间目标的分布及几何特性,研究了空间目标光学特性与天基探测系统、太阳以及目标自身参数的关系,提出了空间目标光学特性仿真的思路,建立的天基空间目标光学特性分析系统可以计算并绘制相对距离、太阳相位角及目标星等变化曲线.由于很难获取准确的空间目标实际光度数据,文中提出了对仿真结果的验证方法.通过对仿真结果的分析,得出了天基空间目标光学探测的特点,为天基光学探测和识别的研究提供了参考.      

天基信息港的多源信息融合任务调度研究

在天基信息港上实现多源信息融合,可以将数据的传输与处理集中在星上,减少了数据处理中心接收和分发数据的传输时间,提高了信息获取的时效性。考虑到任务高时效性的需求及天基信息港的资源受限,文章提出了天基信息港的多源信息融合任务调度问题,通过分析多源信息融合任务流程、天基信息港的资源特征,以最小化任务完成时间为优化目标,建立了天基信息港的多源信息融合任务调度模型,并设计了一种多机循环插入（Multi-machine Circular Insertion,MCI）算法对模型求解。仿真结果表明,该算法相比于列表调度算法能够平均减少10.8%的任务完成时间,算法运行时间大约为遗传算法的1/20,表明该算法能够满足天基信息港任务调度的高时效性要求。     

空地协同交通状态感知与应急指挥系统构建

交通事件发生的时间和地点具有不可预测性,不及时处理将会严重干扰交通流的正常运行.构建了基于空基的交通状态感知和应急指挥系统,并提出了系统建设的原则;研究了系统的体系结构,将整个系统分为信息采集层、网络传输层、安全管理层、应急指挥层4个层次.信息采集层主要通过空基、地基等多种手段获取交通信息;网络传输层处理各类网络通信数据包的存储和转发;安全管理层确保系统数据和传输的安全;应急指挥层实现统一接警、处警决策与协调指挥.实现了基于空基信息的道路轮廓特征和电子地图矢量道路的提取,以及航拍图像与电子地图的匹配,为辨识突发事件情况下的路段排队长度和车辆密度奠定了基础.     

反导预警相控阵雷达网目标分配方法

针对相控阵雷达网跟踪弹道导弹目标时的资源管理问题，分析阐述反导预警作战场景，提出综合目标跟踪精度和雷达切换频率的目标分配效益函数，从雷达能量、时间及雷达与目标可见性三方面建立约束条件，以准确反映目标分配过程中的实际限制，在此基础上构建反导预警相控阵雷达网目标分配模型。根据反导预警任务特点，设置目标分配的自适应间隔，以提高模型设计合理性。就稀疏弹道导弹目标跟踪、密集弹道导弹目标跟踪2种场景进行仿真实验，结果表明:运用所提方法能够有效实现目标分配，提升相控阵雷达网资源利用效率，并能够减少雷达切换次数。      

基于SVC视频流的低复杂度多播组分解算法

多播是一种高效率利用带宽资源的技术，可以有效缓解多媒体传输过程中的带宽压力，但传统的多播技术会带来“瓶颈用户”问题，限制多播组内用户的数据速率。多播组分解技术将多播组划分为若干子组并以不同速率接收数据，可以有效解决瓶颈用户带来的速率限制。构建了面向用户端的视频多播传输方案，将可伸缩视频编码（SVC）的分层特点和组分解技术相结合，各多播子组根据实际接收能力解调得到不同质量的SVC视频数据，在保证用户基本视频数据传输的基础上，实现总系统速率最大化。提出了面向资源公平调配的低复杂度多播组分解算法，在改进低复杂度分组（LCS）算法过程中考虑SVC视频层限制，并引入常值向量抑制资源分配不公的情况。经过实验数据模拟和性能评估，所提算法在带宽资源和用户数量变化时，均可以稳定地保持较高的系统速率、频谱效率及系统公平性，且计算复杂度较低，能够实际应用于4G和5G网络架构下的视频传输。      

基于语义描述的资源协同机制

为进一步提高资源协同的效率,从资源的静态功能特性出发,定义了相似度函数,给出了基于功能的资源协同算法;从资源的实时状态信息出发,给出了基于运行时QoS特性的资源协同算法.建立了综合考虑资源的功能特性和运行时QoS特性的资源协同机制,通过基于功能的资源协同工作,提供满足用户静态功能要求的资源候选集;通过基于运行时QoS特性的资源协同工作,从满足用户静态功能要求的资源候选集中实时动态地选择满足用户QoS要求的优质资源.实验结果表明,提供的基于语义描述的资源协同机制提高了资源协同的成功率、服务质量和运行效率.      

星基ADS-B系统及关键技术发展综述

广播式自动相关监视(ADS-B)系统是国际民航组织在空管全球化的背景下提出的新一代监视技术。相较陆基系统,星基ADS-B系统能够实现全球空域覆盖,可增强现有空管系统能力,促进国家低空空域开放与通航产业发展。概述了星基ADS-B的由来、概念及运行原理;介绍了星基ADS-B系统国内外发展概况与发展历程;针对微弱信号解调、多波束接收、解交织、防欺骗、星座设计、路由转发算法及监视性能评估等星基ADS-B关键技术梳理了国内外相关研究现状,介绍了北京航空航天大学联合团队在星基ADS-B上的研究工作与发射试验星情况;结合未来星基空管技术发展与应用需求对星基ADS-B系统发展趋势进行总结与展望。      

面向飞机装配的生产规划与调度集成优化研究

飞机装配具有环节多、周期长及流程复杂等特点,合理地规划各环节的工作,调度装配过程涉及的资源,对于保证飞机装配的质量和效率具有十分重要的意义。基于飞机装配流程的特点及影响飞机装配效率的主要因素,提出了飞机装配生产规划方法。考虑飞机装配过程中存在的动态问题,基于蚁群算法建立了装配资源的调度集成优化模型,定义了构造图路径与装配作业周期间的映射关系,给出了装配作业周期映射的基本步骤,通过优化人工蚁路径实现了资源调度的优化。      

星载ADS-B相关研究进展及展望

星载ADS-B技术作为未来空中交通管制的重要技术,可以克服地面设备难以在荒漠、远洋、极地等地部署的难题.星载ADS-B具有侦收范围广、可全球覆盖的特点,由此各国纷纷展开相关研究.针对星载ADS-B技术特点,进行了星载ADS-B相关研究进展的调查.首先综述了星载ADS-B原理及相关卫星研究情况;其次围绕天线技术、射频电路...     

星载GNSS-R海面风场观测载荷关键技术设计与验证

目前海面风场观测手段有限,基于全球导航卫星系统反射信号处理(global navigation satellite system reflection,GNSS-R)的天基观测为全球风场信息获取提供了全新的手段.GNSS-R海面风速探测技术具有全天时、全天候、低功耗、宽覆盖、多信号源、低成本等特点,日益获得了广泛的关注...