基于自适应软切换的多星座组合导航系统研究

多卫星组合导航系统星座结构复杂、卫星数量多,在某些特定场合、特殊时间内需要快速完成星座和卫星的选取和重组.采用一种快速选星算法和自组织网络相结合的策略,并应用于多卫星导航系统建模和多星座软切换领域,既避开了系统对象建模这一难点,同时又充分利用卫星星座间的相互关联性,极大的发掘多卫星系统本身的潜力.仿真结果表明,快速选星算法和自组织组网技术可以增强整个导航系统的抗干扰性和自愈能力,以牺牲较少的定位精度来有效减少导航运算量,提高导航定位的实时性.     

小卫星和通信卫星星座技术特征分析

介绍了小卫星的发展情况和特点 ,给出了小卫星星座的概念和星座的主要设计参数 ,指出了编队飞行和组网技术在应用方面面临的挑战。然后分析了最新发展的通信卫星星座技术和星座卫星通信系统的设计原则 ,对中、低轨道星座系统进行了综合分析 ,并在此基础上进一步提出若干低轨道星座组网方案。最后指出了小卫星组网的若干关键技术及发展趋势。     

国内低轨遥感星座密集组网现状及发展态势

<正>近年来,由小卫星或纳卫星组网的遥感星座呈现井喷趋势,"高景"一号星座组网成功、"高分"一号星座组网成功、"长光"一号星座顺利组网,以及"深圳"一号卫星等一批新型星座启动建设。据统计,我国在2030年前规划中的低轨遥感星座卫星总数超过800颗。国外已经有一些关于低轨星座的成功运营案例,如行星(Planet)公司构建了目前具有全球高分辨率、高频次、全覆盖能力的遥感卫星系统。低轨遥感星座目前正在以低成本、近实时、广覆盖、高分辨率、快速获取的方式,提供全球空间大数据,引领数字地球由观测时代进入实时地球新时代。     

一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法

低轨星座网络流规划方法是提升大型星座网络性能的关键技术。针对现有低轨星座网络流规划方法手段单一，难以兼顾全局性能优化与卫星自主灵活性等问题，研究提出了一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法，首先根据业务特点对网络流进行分类映射，针对6类映射业务的QoS差异，分别采用集中式、分布式和源端路由等路由控制策略；在此基础上将星座网络流规划问题抽象为求解带宽约束下的多源单汇网络最大流和多源多汇网络最大流问题，分别采用负载均衡路由和多约束QoS路由算法；对基于组合策略和单一策略的星座网络流规划方法进行了仿真分析，结果表明组合策略比集中式的传输时延低约20ms，丢包率低约9%，比分布式的带宽利用率高约42%，可有效提升星座网络性能，能够更好满足不同场景及需求。     

卫星通信中基于网络编码改进的广播重传策略

针对传统卫星广播重传策略、链路高丢包率下的基于网络编码的广播重传策略和最大团策略的问题,提出了一种改进的基于网络编码的广播重传策略。理论分析及模拟测试结果证明了改进的基于网络编码的广播重传策略较好地解决了传统卫星广播重传策略信道占用率较高、重传次数较多的问题,链路高丢包率下的基于网络编码的广播重传策略不能达到重传性能最优的问题,保证了卫星通信中的组播数据的快速、可靠的发布。     

低轨星座多波束相控阵天线研究进展与发展趋势

多波束相控阵天线是一种利用波束形成网络,同时实现多个独立的高增益波束的多波束天线,具有高灵活性和宽角度扫描等优点,是低轨通信卫星系统的核心载荷之一。旨在针对应用于低轨星座的星载多波束相控阵天线进行归纳和分析。对低轨星座多波束相控阵天线的发展历程、波束形成技术、关键技术进行了介绍,并对低轨星座多波束相控阵天线的未来发展趋势进行了分析,为我国未来低轨卫星星座建设提供技术参考。     

空间激光通信组网光端机技术研究

随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的全光网络迫在眉睫。文章介绍了空间激光通信技术的优点及发展趋势,提出了可用于激光通信组网的几种光端机光学原理及系统方案,分析了多反射镜拼接形式光端机的APT控制模型,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。     

分布式协同微纳遥感星群的智能控制系统关键技术

近年来，国内外微纳遥感星座发展不断加速，通过高频重访大幅提升了对地观测的时间分辨率，但是由于单颗微纳卫星观测能力受限，难以满足多源同步与融合、高品质、大幅宽等数据应用需求。为此，将星座与星簇相结合，以星座化分布满足高时间分辨率需求，以星座节点上的星簇协同观测获取多源、高品质、宽幅数据，构建基于微纳卫星的分布式协同遥感系统，是兼顾上述遥感应用需求的有效途径。智能分布式协同控制是该系统的核心关键，为此，必须研究解决星座+星簇大规模动态微纳遥感星群控制系统的分布协同自主导航、智能运动规划与控制、智能健康预测与管理、智能组网等关键技术难题。在梳理分析国内外分布式微纳遥感系统的基础上，给出分布式协同微纳遥感星群的概念内涵，分析其特有的四方面难题，梳理总结相关技术发展现状与趋势，以期为后续该方向的研究起到一定的借鉴作用。     

低轨巨型星座网络容量评估与分析

低轨卫星网络可以提供广覆盖、低时延、大容量的通信服务和随遇接入的网络服务,可有效弥补地面通信网络和高轨卫星网络的不足。近年来“星链”“一网”等星座项目推动了低轨巨型星座的飞速发展。卫星网络容量是网络性能评价的重要指标,传统方法计算复杂度高、耗时长,且计算开销随网络节点数迅速增加,在巨型星座网络评估中产生巨大计算开销。面向低轨巨型星座网络容量评估问题,提出了一种基于最大流的网络容量评估方法,与传统方法相比计算复杂度和计算耗时大大降低。以“星链”星座为例,分析了星座构型、星间链路拓扑连接方式、链路容量及用户需求量对巨型星座网络容量的影响。仿真分析结果对未来低轨巨型星座网络建设具有指导意义。     

巨型星座高效管理及智能应用关键技术研究

针对未来万颗规模巨型星座资源管理、互联互通、即时协同、自主运控和安全可信等共性基础功能需求,提出一种基于操作系统实现上述功能需求和构建巨型星座信息基座的技术方法,满足天基系统前向兼容和持续扩展需求。通过研究体系架构、高效内核、融合组网、安全可信、生态体系等巨型星座高效管理及智能应用关键技术,为构建面向巨型星座复杂应用场景的统一基础软件平台巨型星座操作系统提供解决思路以及发展建议,将支撑我国卫星互联网等大规模星座高效建设及能力快速形成。     

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。     

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。     

GEO及NGSO卫星通信系统融合应用研究

针对航空、航海、空间中继等与日俱增的通信需求,综合考虑地球静止轨道(GEO)卫星和非地球同步轨道(NGSO)星座的独特通信性能优势,文章提出GEO及NGSO卫星通信系统融合应用架构,并对融合过程中需要突破的共型终端、协同组网、移动性切换等关键技术进行分析,给出基于软件定义广域网(SD-WAN)的多轨道卫星协同组网、基于地理位置/负载/剩余时间的移动切换机制、波形动态可重构终端等解决方法,最后提出新系统架构下的应用场景设想,可为GEO及NGSO卫星系统融合发展建设提供参考。     

天基信息传输分发体系中新频段及新体制梳理

文章介绍了激光通信、太赫兹通信和量子通信等新的通信频段及通信体制在天基信息传输分发体系中的应用前景。激光通信链路可用于构建未来空间骨干网,附加在激光链路上的量子光通信链路可以极大提升链路保密性能,太赫兹通信链路可能在未来卫星星座及伴随飞行集群内部高速数据交换场合提供大带宽及灵活组网的通信能力。各种新形式的链路技术结合起来,可以为天基信息传输分发系统提供支撑。     

面向导航增强的低轨星座设计与应用

随着传统产业升级和新兴技术的发展,社会生产和生活对分米级、厘米级的实时精准定位需求日益凸显。低轨卫星轨道高度低、信号强度大、短时间内几何构型变化快,因此应用低轨卫星开展导航增强服务成为研究热点。低轨卫星的增强服务性能依赖于星座的快速组网和设计,低轨卫星星座构型、轨道高度、轨道倾角等是影响其覆盖性能和增强性能的关键因素。全面分析了低轨星座设计的关键要素,包括轨道高度、轨道倾角和单星覆盖性、地面人口密度、空间环境等,在此基础上设计了单构型和复合构型低轨导航增强星座,并进一步分析低轨星座的覆盖性能。结果显示:复合低轨导航增强星座可以实现对全球的连续覆盖,同时满足极地高密度覆盖和低纬度的连续覆盖需求,对北斗导航系统的增强效果明显。     

基于流量预测的双层卫星网络动态路由算法

卫星网络具有覆盖广泛、接入简单等优点,被认为是下一代互联网的重要组成部分。文章提出了一种基于流量预测的双层卫星网络动态路由技术,拓扑采用LEO层和GEO层双层卫星网络结构,能够支持卫星网络新节点的动态加入。针对卫星网络管理员节点在执行网络任务时可能造成高负载导致高丢包率,从而影响网络性能的缺点,提出卫星网络管理员节点调整策略,根据流量预测算法对超过阈值的卫星网络管理员节点进行更换。最后,文章通过仿真试验对算法性能进行了验证,证明此算法在端到端时延和管理员节点丢包率方面具有优势。     

异构巨型星座开放式敏捷架构设计

巨型星座的异构化是市场牵引、任务驱动未来天基系统的大趋势,如何发展好、用好、管理好异构巨型星座是行业内持续探讨的热点。针对异构巨型星座在体系设计、协同组网、灵活应用和系统运行等方面的问题,瞄准“动态协同、高品质服务、无感使用、易于管控”等需求目标,本文提出“联接、感知、智算、传输、研训、管控、应用”七位一体的异构巨型星座体系构建思路,应用开放式设计理念,实现快速、灵活、自主的星座资源整合与调度,支持模块化、可伸缩的多业务、多应用的按需服务。     

低轨星座系统业务建模与仿真

低轨星座系统组网复杂,业务类型多且动态性强。为对系统业务进行分析和估计,首先 构建其业务建模与仿真框架,其中业务模型分为业务源模型和网络模型,业务源模型采用分 层触发方式实现对网内用户行为的精确描述,网络模型采用模块化方式以增强可扩展性。在 此基础上,针对“天基＋地基”模式的星座系统建设方案,对境外业务进行分析,基于业务 模型设计仿真场景,通过仿真获得不同用户数下星际链路所需承载的业务量,较好地解决 了卫星星际链路有效载荷的重量分配问题,为低轨星座系统的设计和性能评估提供参考。
     

微小卫星组网与编队技术的发展

介绍了国内外微小卫星及其组网和编队技术的发展状况，并对其中的星座轨道分布及覆盖、高精度轨道定位，以及编队飞行的形成和保持等关键技术进行了分析。     

卫星星座网络的信息安全

随着卫星星座系统的应用,星座网络的信息安全成为星座系统的一个热门研究课题。在分析星座网络信息安全需求的基础上,比较分析了星座网络的安全协议,提出一种适合卫星节点存储资源、计算能力限制以及卫星通信特点的密钥管理策略。