基于神经网络的导航卫星星间链路网络态势感知模型研究

为支撑导航卫星星间链路网络的稳定运行,提升对星间链路网络的监控管理能力,解决地面系统对星间链路网络状态感知迟滞等监视能力不足问题,以及对未来网络趋势的预测能力不足问题,提出并构建了星间链路态势感知模型,包括数据预处理、指标计算和态势预测三部分;对于监视型网络状态指标,通过对原始遥测信息进行抽取获得;对于更为复杂的分析型网络状态指标,首先利用人工规则进行数据筛选,随后利用数据挖掘算法提取有效特征,选取相关性较大的参数综合得出复杂指标;在此基础上,利用BP神经网络对星间链路网络态势进行预测;通过实验,某状态指标预测的准确率稳定在98%左右,结果表明该模型可以有效的对星间链路网络的未来状态进行感知预测,可以对星间链路网络状态异常进行及时处理,具有较高的可行性。     

基于三层卫星网络的星间链路性能分析

星间链路性能分析是建立星间通信的基础。以包含GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星的三层卫星网络为例,仿真了三层卫星网络层间卫星星间距离的变化范围。在设定星间传输体制、链路参数、传输损耗等条件下,分别分析了该三层卫星网络的GEO-IGSO、GEO-MEO和IGSO-MEO三种链路在Ka频段和激光频段的性能。结果表明,在Ka频段,0.5m天线仅需5W的发射功率,可以满足2Mb/s以上的星间数据传输率;激光频段仅需0.5W的发射功率,直径0.25m的天线,可以达到2Gb/s以上的星间数据传输率,激光链路更有利于星间链路性能的提高。研究结果在未来三层卫星网络建立星间链路时,为卫星的发射功率、天线直径和星间链路数据传输速率等方面的选择提供了参考。     

星间链路监控的建模与仿真

卫星将是现代战场获取情报的主要来源.通过与数据中继卫星构建星间链路转发信息的方式,卫星可以实时传递战场情况.根据卫星轨道递推、卫星通信和实施链路监视的可行性原理,提出了一种星间链路监视模型,该模型通过对卫星轨道递推的仿真以及星间链路监视的几何构型要求,能够对可监视的目标卫星之间的星间链路进行时间预报和角度预报,为干扰和控制星间链路提供数据支持.还进一步论述了两种不同方式的轨道递推方法之间的结果差异,并就轨道递推精度对监视时间和卫星高低角方位角的影响进行了讨论.     

中继卫星星间链路的天线资源分配策略研究

中继卫星的数据传输主要是合理分配其星载天线资源接受各类数据并进行传输,为了提高接收多用户航天器数据的速度和实时传输能力,需要对星间链路的建立及天线资源分配等相关问题进行研究.首先对中继卫星与用户航天器之间建立星间链路的平台可见性条件进行了分析,提出了计算平台可见的一种简单算法.重点研究了中继卫星用于与多用户航天器之间建立星间链路的天线资源分配问题,提出了中继卫星天线资源分配策略,建立了相应模型并给出了求解算法.最后利用Matlab进行仿真,仿真结果表明所建模型及所提出的几种算法是合理的,可以为中继卫星的任务规划提供服务.     

基于地面站的星间链路全网测试技术

星间链路是我国自主导航系统的重要技术支撑,基于相控阵天线的并发空分时分双工(CSTDD,Concurrent Spatial Time Division Duplexing)组网体制为星间链路的实现提供了一种可行途径,该体制通过指向性天线形成窄波束切换指向来实现对整个空域的复用,通过单条链路半双工方式工作实现卫星之间的双向通信,从而实现整个星间链路采用同一频点。在全星座组网未完成的情况下如何对星间网络的全网性能进行有效测试是一个技术难题。星间链路全网测试技术旨在利用星间链路CSTDD体制的特点,利用单台地面站设备,对星间链路CSTDD体制的全网性能进行测试。详细介绍了星间链路CSTDD体制的特点,提炼出了星间链路的测试需求;并根据CSTDD体制特点,依托单台地面站设备,组成星间链路测试设备;产生指定数量的虚拟卫星,和空中的被测试卫星组成星间链路网络,完成了星间链路物理链路、测量数据、通信数据的测试,为组建我国自主导航系统提供了技术支撑。     

基于路由需求的空间信息系统星地链路及星间链路特征分析

有效的路由算法是空间信息系统需要解决的核心技术之一。由于卫星网络的拓扑结构的变化,空间信息系统的路由算法应充分考虑到星间、星地链路连通性特征及卫星网络的拓扑结构演化规律。分析了空间信息系统卫星网络体系结构,研究了星间、星地链路的几何特性,并利用STK仿真软件对星间、星地链路的性能进行仿真,通过分析仿真结果得到了某些星间链路、星地链路的链路连通性特性,进一步分析得到了空间信息系统信息传输网络拓扑结构的演化规律,其可为卫星链路的设计以及后续空间信息系统路由算法的研究提供一定的参考。     

基于SDN的TDMA体制星间网络架构设计

TDMA(时分多址)体制的导航星间网络既可以实现导航测距,也具备较高的数据传输速率,具有较为广泛的业务适应能力;然而,TDMA体制的星间网络系统也存在着星上处理复杂与卫星节点处理能力低的矛盾;借鉴SDN(软件定义网络)将网络系统控制层面与数据层面相分离的思想,在TDMA体制的星间网络中引入SDN技术,设计了基于SDN的TDMA体制星间网络架构,将控制功能从卫星节点抽离出来,使其可以专注于星间数据转发,控制管理信息主要由卫星地面站(后续为高轨道卫星)扮演的SDN控制节点制定并分发,从而简化了卫星的业务负担,同时可以借鉴成熟的地面网络技术制定高效的控管策略;对所设计架构的主要的控管流程进行了仿真模拟,仿真结果表明,该架构具有一定的可行性。     

星间链路天线指向建模与仿真分析

星间链路天线指向的分析在卫星通信中非常重要.为了深入研究天线指向特性从而改善星间链路以及轨道构型的设计,通过仿真方法实现了星间天线指向的建模与分析.在介绍天线参数基础上,分析了天线方向图和天线指向模型.根据卫星是否同轨道面或同轨道高度,区别描述了4种不同情况下的天线指向特性.基于HLA/RTI构建了卫星网络仿真环境,通过建立由MEO、LEO卫星和地面站构成的仿真场景,对MEO卫星间链路和LEo/地面站与MEO卫星间链路的天线指向特性进行仿真,得出轨内和轨间星间链路在天线指向特性方面的差异,并提出对星间链路设计的建议.     

一种基于GEO/MEO星层组网的卫星网络抗毁路由研究

提出一种新的基于GEO/MEO星层组网的抗毁路由算法（DRRA）,基于分群管理、群首备份、链路冗余、链路修补的星座结构.在基于卫星移动的动态卫星网络中,在数据包路由抗毁、数据包路由最短延时等方面具有优势.这主要在于：①在充分考虑该卫星网络结构特点的基础上采用卫星分群管理和群首备份机制,以减少网络中冗余信息的流动和对特定中心节点的依赖;②在充分考虑卫星网络运行环境复杂与恶劣的基础上采用星间链路冗余、星间链路修补方案,以降低网络中星间链路失效和/或卫星节点失效对整个卫星网络通信性能的影响.     

使用星间链路测量的全球定位系统的自主导航

全球定位系统（ＧＰＳ）ＢｏｃｋⅡＲ卫星将替代当前ＢｌｏｃｋⅡ／ⅡＡ卫星,这些导航星具有星间通信能力,可以测量ＢｌｏｃｋⅡＲ卫星之间距离。星上计算机用星间链路伪距测量值更新所存储的导航电文,这些导航电文是根据在一段外推周期内预测轨道对跟踪数据进行地面处理后得到的。在正常工作时,星间链路伪距测量值提供改正后的卫星状态,然后广播给用户。发现工作时,星锭路伪距测量值提供改正后的卫星状态,然后广播给用户,发     

基于启发式遗传算法的时分星间网络拓扑优化设计

针对北斗导航系统对星间网络的测量与数传业务需求,提出一种基于启发式遗传算法的网络拓扑优化设计方法,首先通过理论分析制定了拓扑规划的基本原则,给出一个能满足大部分需求的拓扑框架,以此作为初值,利用遗传算法对拓扑进行了优化,在路由规划中采用了分时以最短时延为原则的路由算法,最后,对星间网络测量指标进行了统计分析,以星间数据传输和星星地数据下传作为星间网络数据传输的典型工况,对星间网络拓扑路由规划的结果进行了逻辑仿真验证,仿真结果表明,该网络拓扑规划能满足导航星座常规业务的基本测量与数传需求,为解决导航星座星间网络的复杂运行管理提供了一种解决问题的思路。     

软件定义卫星网络的链路故障检测和恢复方案

针对具有星间链路的卫星网络,提出了一种软件定义卫星网络架构下的链路故障检测和恢复方案。首先基于软件定义卫星网络架构设计了一种主动上报式故障检测机制,并设计了链路故障检测算法,实现对卫星网络中链路故障的快速发现和准确定位。在此基础上,提出了一种保护加恢复式故障恢复机制来快速恢复因故障导致的业务中断。最后在原型系统中对该方案进行了验证。实验结果表明,该方案可以在毫秒级的时间内快速检测并准确定位到链路故障,并可以在10±2ms的时间内对故障进行快速恢复。同时,该方案可适用于多种卫星网络拓扑。     

基于OPNET的星地光网络性能测试仿真平台研究

为了测试星地光网络的性能,设计了一种基于OPNET的星地光网络性能测试仿真平台。介绍了平台的总体技术架构,探讨了星间链路建立的条件。采用最大接入仰角与最长服务时间加权的方式,完成星地链路的卫星接入服务;按照切换呼叫优先的策略完成业务传输中的卫星切换服务,确保星地链路不间断的通信能力。根据最小链路代价和首次命中原则,实现星地光网络的路由与波长的动态分配。最后,利用平台的OPNET软件测试了三种星座下的星地光网络性能,测试结果表明：在LEO、MEO和GEO星座下,星地光网络的网络阻塞率分别为10%、40%和54%,平均网络时延分别为0.1s、0.07s和0.054s。测试结果对星地光网络的工程应用具有一定的指导意义。     

基于移动代理的卫星网路由性能研究

通过仿真方法分析代理系统中影响基于移动代理卫星网路由算法性能的关键因素,给出了拟仿真的路由算法及其NS2仿真方案,详细阐述了使用Grasshopper、JADE和Linux、运行于局域网环境、支持代理的卫星网仿真平台构建方案,包括仿真平台的系统结构、卫星节点功能实体、路由代理交互接口、星际链路仿真模块等。通过与NS2中的仿真结果对比,得出了高链路时延下的移动代理迁移效率是影响路由算法性能的关键因素,并通过代理系统间横向比较,给出了路由算法开发以及仿真平台构建过程中代理系统的选择建议。     

一种空间信息网络缓存决策策略

针对空间信息网络（space information network,SIN）中卫星节点缓存容量有限,且卫星高速移动使得星间链路时变,导致地面用户内容访问延迟增大的问题,提出一种基于人工蜂群算法的空间信息网络缓存决策策略（satellite improved artificial bee colony,SIABC）。首先根据低轨卫星节点链路切换的周期性和可预知性,建立网络分区模型,对空间信息网络的卫星节点进行分区,在此基础上,建立区域节点协作缓存模型,使得整个网络区域内的卫星节点有选择性地缓存不同流行度的内容,同时兼顾区域内节点的协作缓存,从而流行度高的内容缓存在网络边缘。仿真结果表明,与现有缓存机制相比,该缓存策略能够明显提高内容的平均缓存命中率,并显著降低用户的内容访问时延。     

多Agent协作的生物网络服务质量的智能评估模型

生物网络结构是为设计和实现可调整的、适虚的及可生存的网络应用的中间件.生物网络的服务和应用是通过多Agent之间的相互协作,动态地选择Agent所提供的服务来完成的.基于模糊逻辑、神经网络和遗传算法相结合的方法提出了多Agent协作的生物网络整体服务质量的智能评估和优化模型,它是一种基于五层模糊神经网络的模型,并采用遗传算法进行优化.仿真实验验证该模型的可行性.该智能评估模型能够高效地处理多Agent的模糊和非确定的服务质量评估问题.     

A novel two-layered optical satellite network of LEO/MEO with zero phase factor

Optical satellite communication has advantages over the RF satellite communication in capacity, speed, secrecy and anti-interference.Space information superhighway composed of GEO/MEO/LEO satellites which are linked by optical inter-satellite links(OISL) would play important roles in communication, navigation, martial recon, remote sensing and deep space exploration.A novel LEO/MEO two-layered optical satellite network with global coverage is designed with the street-of-coverage technique.The layer of LEO s...     

空间信息传输模型设计

空间信息传输是空间信息获取和应用的纽带。空间信息传输模型是空间信息系统仿真应用中的关键环节之一，它包括了通信卫星模型和链路模型，链路模型包括星间链路和星地链路。论文分析了通信卫星模型和链路模型的特点，阐述了模型设计的主要思路。论文分析并计算了通信卫星实体的空间位置和速度属性，设计了通信卫星对空间通信节点和地面通信节点的覆盖计算模型，对空间链路和星地链路的可通性、误码特性和传输时延等主要指标的计算进行了描述。文中各模型均按照HLA思想设计，具有可重用性，可应用于多种模拟系统。     

数据链路层安全研究

数据链路层安全风险的大小和发生的概率决定了整个数据链路层的安全。有效的安全风险评估有助于检测系统的安全防护,降低数据链路层的安全风险,并提高检测系统的抵御安全风险的能力。在贝叶斯网络和D-S证据理论的基础上,结合这两种方法,对数据链路层影响因素进行了量化,得到数据链路层的风险值。然后构建了系统的节点模型和进程模型。最后,应用OPNET网络仿真工具对数据链路层进行了仿真实验,并利用评估方法得到最终评价结果。结果表明,应用贝叶斯网络和D-S证据理论结合的方法,可以有效评估影响数据链路层各因素的权重,并通过相关的方案对其进行改进和完善,提高了数据链路层的安全。