自适应拥塞控制系统中LDoS攻击仿真和分析

针对自适应拥塞控制系统操作特性所出现的低速率拒绝服务攻击（LDoS,Low-rate Denial of Service attacks）是近年来的一类新型DoS攻击。与传统洪范式DoS攻击相比,LDoS具有攻击效率更高、检测难度更大等特点。在对常用攻击模拟分析平台NS2进行缺陷分析的基础上,提出了一种基于有色Petri网（CPN）的LDoS攻击系统建模方法,应用仿真工具CPN Tools实现了对目标系统行为及LDoS攻击效果的仿真,并在此基础上提出了一种基于自适应资源投放的系统防范方案,仿真结果表明此方案能够有效降低LDoS攻击对目标系统服务质量的影响。     

基于CPN的在轨服务概念建模

概念建模是建立仿真系统的第一步。首先介绍了着色Petri网(Colored Petri Net,CPN)的建模基础,其次分析了在轨服务概念及其流程,然后运用CPN-Tools建立了在轨服务的CPN模型,并生成了模型的状态空间报告,分析了模型的回归性、有界性、活性以及公平性。在轨服务概念模型,可以为在轨服务系统及其仿真系统的建立提供参考。     

分层CPN在矿井馈电系统建模中的应用

矿井馈电系统是一种典型的离散事件动态系统。为了有效地对矿井馈电系统仿真,利用分层建模的思想来对矿井馈电系统的建模。对上层系统进行建模时引入复杂变迁,并在此基础上分解复杂变迁,最后利用所得的分层CPN（Hierarchical Colored Petri Net,HCPN）模型作为仿真软件的媒介,验证系统设计的合理性和安全性。通过利用CPN对矿井馈电系统建模,为最终开发出该系统的软件仿真平台奠定了良好的基础。     

面向移动通信星座网络的自主管理分簇算法

具有高度动态性的低轨(LEO)卫星星座系统是移动通信的重要组成部分.由于卫星网络具有动态性高、星间传输时延大、资源有限和网络拓扑周期时变等特点,使得LEO星座系统的自主管理非常困难.针对上述问题,提出了具有针对性的CDCA算法,通过构建簇的方法来实现对星座系统的管理.CDCA的设计中充分考虑了LEO星座的实际特性和资源情况,利用不同轨道卫星的属性对簇内成员进行等级划分,提高了簇结构的稳定度,降低了簇的维护开销.通过分析及仿真实验表明,CDCA算法较现有方法在性能表现和维护通信开销等方面均有较大的提高.     

低轨卫星物联网场景下基于吸引子选择算法的多星负载均衡算法

低地球轨道(low earth orbit, LEO)卫星物联网系统中由于低轨卫星的高速运动,导致卫星波束覆盖范围内节点业务模型在空间和时间两个维度呈现不均匀性和时变性。针对这一特征,提出一种空时二维卫星物联网业务模型,在空间维度采用网格划分的方法确定不同地理环境下节点密度和坐标位置,在时间维度采用贝塔分布进行建模,从而实现LEO卫星物联网业务模型空时两个维度的建模。在此基础上,针对未来LEO卫星星座多星覆盖的场景,提出一种基于吸引子模型的多星负载均衡算法,卫星侧通过负载估计算法估计各个卫星的活性度,节点侧结合接入不同卫星的俯仰角等参数采用多属性决策算法估计不同卫星对于节点的设备满意度,在LEO卫星高动态环境下使得卫星的网络活性度保持一种动态的平衡。仿真结果表明,相比于传统的基于最高优先级的接入策略,所提算法在单星业务峰均比、系统资源利用率、随机接入性能等方面有了显著的提高。     

基于天基空间目标监视系统的定轨技术研究

天基空间目标监视系统是进行空间目标监视与跟踪的重要发展方向,通过对美国即将运行的空间目标监视跟踪系统(SBSS)的分析,按照其设计思想和运行环境,仿真实现了SBSS对空间目标的定轨功能.设计了SBSS系统覆盖区域的简易算法,可以快速准确判断目标的可观测区域,为星座设计提供必要的支持.针对星上计算机能力有限的特点,提出了基于拉格朗日5点法求状态转移矩阵的定轨算法.仿真试验证明,SBSS系统对空间目标的覆盖区域比地基监视系统显著增加,同时,改进的定轨算法可显著缩短定轨时间、提高定轨精度,其中低轨道空间目标定轨误差10米,高轨道空间目标定轨误差500米左右.     

一种适用于我国的TDRSS星座方案

提出了一种适用于我国的跟踪与数据中继卫星系统(tracking and data relay satellite system,TDRSS)星座方案。系统以中轨卫星星座为基础,由卫星星座、星际链路和地面信关站组成,可为我国的低轨航天器与地面站之间提供不间断的数据链路。理论分析和仿真结果表明,采用该星座方案的卫星中继系统能全天时覆盖全球低空空域,有较好的对地覆盖特性。     

多星载光学传感器系统误差极大似然配准算法

针对低轨星座协同探测弹道目标过程中存在系统误差的问题,提出多星载光学传感器系统误差极大似然配准（maximum likehood registration,MLR）算法。通过一阶Taylor近似对非线性量测转换线性化,推导出目标状态的误差协方差与卫星轨道定向、姿态角测量和传感器测量等随机误差的关系,并基于视线交叉获得观测在状态空间中的近似投影,从而将MLR算法扩展到低轨星座多光学传感器的误差配准。通过引入各类测量误差的先验信息对目标状态的误差协方差进行修正,利用期望极大化迭代,实现了对系统误差的无偏有效估计及目标轨迹的融合估计。仿真验证了所提算法的有效性,且配准性能优越。     

GEO卫星辅助的LEO通信星座定位性能研究

由于存在较大的几何精度因子(GDOP)值,单独利用低轨小卫星通信星座进行用户定位存在定位精度低、定位时间长等缺点。在对造成低轨定位系统GDOP较大的原因进行理论分析的基础上,提出采用静止轨道(GEO)卫星辅助低轨卫星(LEO)进行定位的方案,并提出了相应的两种基于多普勒频移和到达时间差的定位算法,通过仿真对算法在该方案中的性能进行了评估。仿真结果表明,该方案可以有效地提高定位精度,减小定位时间,是一种实现低轨小卫星系统通信与导航定位兼容的简单而有效的方案。     

基于着色Petri网的防空电子战系统建模研究

着色Petri网(CPN)是一种面向图形的语言,用来设计、说明、模拟和验证系统。提出了适于防空电子战作战过程建模的面向仿真的CPN,并对其在一个小型的防空电子战系统作战过程建模中的应用进行了探讨,同时运用CPN本身的动态特性,结合防空电子战系统的实际作战运用给出了仿真实例,其结论一方面可作为辅助决策的依据,另一方面,也为防空电子战系统的优化提供了方案。     

区域性星座设计

主要讨论用中轨卫星来建立区域性卫星通信系统的星座设计方法。首先论述了低轨卫星座不适合用来建立区域性卫星通信系统 ,然后介绍了用鞭状中轨卫星链来设计区域性星座的方法 ,并给出星座参数计算与优化的步骤 ,最后给出了按照此方法得到的两种区域性星座方案的具体参数及其覆盖特性的仿真结果 ,并与玫瑰星座进行了比较 ,得出区域性中轨卫星通信系统是适合中国国情的卫星通信系统方案。     

卫星星座导航数学仿真系统及其关键技术研究

为了研究卫星导航系统的星座覆盖性能,信号链路、时间系统等关键技术和性能指标,有必要建立导航星座仿真系统,完成导航星座系统在各种模式下的工作状态模拟并对其结果进行分析和评估.论述了基于高层体系结构(HLA)仿真平台下的卫星星座导航数学仿真系统的总体设计,介绍了卫星导航星座分系统以及仿真支撑环境的功能.在此基础上,分别对仿真时间的推进策略、数据分发管理、仿真时间同步以及卫星轨道确定等关键技术进行了分析与研究.试验结果表明,本文设计的仿真系统及采用的若干关键技术,能够很好的满足仿真与评估的需求,对我国北斗卫星导航系统的研制具有重要的参考价值.     

基于位置感知的大规模LEO星座分布式路由算法

针对传统星座路由算法应用在大规模低地球轨道(low earth orbit, LEO)星座中, 存在鲁棒性差、资源开销大、路由效率低等缺点。根据卫星运行时的位置可预测特性, 提出了基于位置感知的分布式路由算法。考虑卫星资源受限, 大规模LEO星座具有卫星节点多、动态性大等特点, 基于位置感知提出一种路径预选机制, 初步确定数据包的传输路径。在此基础上, 考虑业务服务质量(quality of service, QoS)需求, 基于状态和传播矢量函数提出一种路径收敛机制, 无重合确定数据包传输主路径和备用路径。理论和仿真结果证明, 相比于传统路由算法, 所提算法降低了路由存储和开销, 随着中断概率的增大, 提高了星座的吞吐量, 降低了端到端时延。     

卫星移动通信星座系统的建模/仿真

卫星移动通信系统常采用星座的方式构建,能够实现真正意义上的全球覆盖。它是一个复杂的系统,其核心星座系统部分的设计过程中需考虑时间、空间覆盖特性,进行链路和成本分析等,单纯的数学计算难以集成化地对设计过程的各方面以及设计方案进行全面、直观的分析,因此采用现代仿真技术,基于HLA/RTI和STK,建立卫星移动通信星座仿真系统,通过XML方式灵活的存取数据库中的模型数据和配置方案,进行星座系统设计,并对设计方案进行实时或超实时的仿真运行,得到全面的分析、评估结果,仿真系统具有直观的二维、三维场景和曲线、报表显示功能,可为卫星移动通信星座系统的设计提供一个集成化、可视化的仿真试验平台,并可在一定程度上支持其他卫星星座设计。     

卫星星座及其覆盖问题建模与可视化仿真

为了便于对卫星星座及其覆盖特性进行研究,笔者独立开发了一套卫星星座可视化仿真软件,该软件可以动态演示星座的三维几何构型、卫星的姿态运动以及相应的卫星星下点和覆盖区。该软件由存储、计算和结果显示模块组成。存储模块使用了数据库技术来对相应的初始参数进行操作;结果显示模块使用了OPENGL和简单GIS技术来演示星座运行、卫星姿态以及星下点轨迹和覆盖圆情况。并给出了计算模块所使用的轨道动力学模型、姿态模型以及覆盖模型。轨道动力学模型考虑了大气阻力和J2项摄动,并使用Cowell法建立轨道运动微分方程,利用Adams线性多步法进行求解,以保持较高的计算精度。姿态模型主要使用姿态四元数建立相应的姿态运动。覆盖模型则针对稀疏星座对固定目标的重访时间进行了建模,提出了数值法与解析法求解重访时间的方案。最后给出了程序运行效果与仿真算例。     

非静止轨道卫星通信系统中星际链路性能研究

由于非静止轨道卫星之间的相对位置关系不固定 ,所以其星际链路变化比较复杂。为了能给出实现星际链路工程难易程序的量化指标 ,提出了星际链路性能 (方位角、仰角和星间距离的变化速率和范围 )的理论计算公式 ,详细分析了星际链路性能随系统星座参数变化的规律。然后结合具体的星座实例 ,给出了低轨、中轨卫星通信系统中的星际链路性能的仿真结果。提出星际链路的计算公式 ,对于卫星通信系统的星座设计、组网方案等 ,有着重要意义。     

卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统研究

设计和开发了卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统。该系统具有卫星组网优化设计、星座控制优化设计、星座性能分析、星座运行和控制过程仿真演示的功能,系统中的每个组成单元软件可以通过任务设定软件进行预定任务要求星座的设计、分析和仿真,也可以根据自身输入参数进行卫星组网与星座控制的设计、分析和仿真。最后利用该系统完成了对一个导航星座的设计、分析和仿真。