基于天地一体化网络的航天器高效可靠组网技术

随着地面以太网组网技术的快速发展及广泛应用，空间通信与地面网络融合技术成为未来空间通信发展的必然趋势。目前，地面测控通信系统已实现基于网络的数据传输，但航天器内部数据传输仍以总线或点对点通信方式为主。若航天器内部设备之间信息交互采用组网技术，与地面网络实现一体化通信，可统一航天器内部和地面的通信协议，提高天地通信效率。相比于地面网络环境，航天器天地传输链路具有时延长、带宽有限、双向链路带宽不平衡以及航天器内部电磁环境复杂等特点，直接应用地面组网技术会存在天地一体化网络通信效率低、可靠性差等问题。为此，文中提出一种空间高效可靠的组网方案，构建以空间以太网交换机、天地网关为核心的航天器网络通信系统，并对地面网络协议进行改进和优化，实现航天器高效可靠的天地一体化网络通信。     

航天器CCSDS遥测数据包处理方法研究

根据空间数据协商委员会(CCSDS)制定的标准,采用分包遥测数据格式,可利用航天器有限的遥测波道资源,合理、分时地将航天器各子系统的信息向地面传输,这就对地面遥测数据处理提出了新的、更高的要求.文中通过对CCSDS标准中分包遥测数据格式的分析,提出了解包思路和地面遥测数据处理系统的实现方法,并结合有关实战任务验证了该方法的合理性和可靠性.     

基于CCSDS标准的卫星数据处理软件设计

根据空间数据协商委员会（ CCSDS）制定的分包遥测数据格式标准，航天器可以利用有限的信道资源，合理、分时地将遥测信息向地面传输。这对遥测数据处理软件提出了更高的要求。针对此问题，结合CCSDS标准，文章提出了一种解帧和解包实现方案，设计了适用于某卫星的数据处理软件，完成了对CCSDS数据的解析。实验表明，该数据处理软件可高效可靠地完成科学数据的解帧和解包操作。     

空间信息传输网络层协议分析

网络层处于空间信息传输协议体系的关键层,其协议选择关系着能否实现未来航天任务提出的动态数据传输、灵活路由选择、与地面网络的互操作性等技术要求。对CCSDS空间分包协议、SCPS-NP协议和IP协议等可用于空间通信的网络层协议进行了总结分析,并从功能、地址空间、协议开销和技术成熟度及产品支持等方面进行了比较。可以看出,IP协议是未来空间任务的合理选择。对于没有空间链路路由选择的任务,可先使用CCSDS空间分包协议解决动态数据传输问题。     

空间通信协议SCPS／CCSDS研究综述

随着各国对外层空间资源的探索、开发和利用,空间通信系统及其互联技术的研究和开发受到越来越多的重视。空间数据系统咨询委员会（CCSDS）为遥测、遥控和高级在轨系统（AOS）制定了一系列建议标准,包括TM／TC／AOS空间数据链路协议、空间通信系统联网协议以及空间系统的端到端应用协议等。文章分析了CCSDS空间通信系统体系结构．以及空间通信协议标准（SCPS）协议体系,探讨了SCPS／CCSDS空间通信协议族配置实例．并进行了深入的技术分析。     

认证加密算法在CCSDS遥控协议中的应用研究

针对CCSDS分包遥控(Telecommand)系统所面临的安全威胁,结合空间通信环境的特点,通过对各种认证加密算法(AEAD)的性能分析,提出将GCM(Galois/Counter Mode)认证加密算法应用于分包遥控系统数据链路层的方案。设计并实现了基于OPNET的CCSDS分包遥控系统仿真框架。仿真结果表明,在不影响吞吐量性能的前提下,GCM认证加密算法能有效地保证分包遥控数据的机密性、完整性和信息来源的合法性,并且具有数据处理性能高、系统开销小的特点。     

CCSDS空间遥控链路异常行为检测算法

空间通信网络的开放性使其面临巨大的安全威胁,在空间遥控链路中应用认证或加密等密码学算法以增强空间遥控数据传输的安全性成为该领域的主要研究方向。由于CCSDS空间遥控链路COP-1协议与所加入的认证机制对传输错误均具有敏感性,而恶意攻击或信道误码均能引起数据接收端的重传请求,使得数据发送端无法对链路中的协议异常行为进行检测。该文提出了一种新的重传请求机制,改进了现有的COP-1传输控制协议,并建立了空间遥控链路中恶意攻击者的攻击行为模型,基于假设检验的策略提出了CCSDS空间遥控链路异常行为检测算法。仿真实验结果表明,所提出的算法能够在各种信道状态下准确、无误地检测到链路中攻击者的存在。     

基于分包体制的卫星遥测信息流设计

随着FPGA、ASIC技术在卫星遥控遥测领域的广泛应用,使得地面对卫星遥测的动态性能得到很大改善的同时,地面接收到的遥测数据量也急剧增加,目前基于PCM的遥测信息流体制已经逐渐不能满足现行卫星遥测的需求,提出了基于CCSDS标准下的分包体制的遥测信息流设计思想,在详细分析分包遥测特点的基础上,结合卫星动态管理实现的要求,给出了分包遥测的具体设计方案及应用方法.     

CCSDS与TCP/IP协议转换的研究与实现

随着低轨卫星星座、载人航天工程和空间应用等领域的发展,空间传输网络和地面传输网络的融合已成为天地一体化网络发展的必然趋势。针对空间基于CCSDS(国际空间数据系统咨询委员会)链路协议的IP网络和地面IP网络之间的转换问题,文章提出一种协议网关的设计方案。该网关采用灵活的多线程结构和分层次分模块的架构实现CCSDS标准和TCP/IP(传输控制协议/网际协议)间的转换,利用ARP(地址解析协议)欺骗技术解决UDP(用户数据报协议)/TCP通信问题,实现终端通过低轨卫星的中继进行网络服务。最后给出了该网关的实现流程和性能测试结果。     

CCSDS空间链路协议体系分析

在CCSDS空间链路层协议上传递IP数据报,实现空间网络和地面网络的无缝连接是未来空地通信发展的主要方向。本文以CCSDS空间链路协议的发展为出发点,分别介绍了常规在轨系统（COS）空间链路协议、高级在轨系统（AOS）空间链路协议和邻近-1（prox-1）空间链路协议的业务类型和功能,分析了协议的层结构、基本原理和关键技术,并对我国开展相关研究提出了建议。     

Data services for space station Freedom

The data services that are available between the space station Freedom and the users of Freedom located on the ground are described from a user's perspective. These services consist of path service on the onboard LAN to provide minimum service and maximum throughput for telemetry, ISO protocol services on the LAN to provide robust end-to-end communications and applications services, path and bitstream services over dedicated high-rate links from payloads to communications and tracking system input ports for telemetry, audio service for two-way voice communications with the ground, and video services for two-way videoconferencing and standard video-image data. The space station will use virtual channels (VCSs) to deliver predefined data sets (packaged in a VC) to the correct destinations for data traveling in both the forward (ground-to-space) and return (space-to-ground) directions. The VC provides a means of dividing the single physical RF link into a number of smaller `virtual' links that can be reassigned as required, and also of creating a virtual link between the two end points of the VC     

一种基于系统采样时钟量化的无人机测距方法

为了解决基于单载波频域均衡(SC-FDE)高速数据链无人机测控系统的地空双向距离测量问题,提出了一种基于系统采样时钟量化的无人机测距方法,将机载/地面测距信息分别量化至机/地系统采样时钟的计时器,完成地空双向距离的测量。理论分析和地空链路测试平台实验结果表明,新方法在复杂多径环境下实现了地空双向距离测量,降低了测距分系统的设计复杂度,地空双向实际测距均值与等效自由空间传输延迟一致,且测距精度满足理论测距误差设计值。该测距方法在无人机测控系统中具有良好的应用前景。     

USB天地话音通信回路的检测方法研究

地面与飞船之间的话音通信是载人航天通信系统的关键组成部分。结合USB话音系统的组成和信息流程，提出了一种基于全态模拟器的新型通信回路检测方法。通过全态模拟器构成的天地话音通信回路能很好的检测整个载人航天通信系统的工作情况，并且能单独的经常性的检测单个测控站话音系统的工作情况，以确保话音回路畅通无阻，为载人航天任务的顺利完成提供重要保障。     

A flexible LEO satellite modem with Ka‐band RF frontend for a data relay satellite system

From a geostationary Earth orbit (GEO) satellite's perspective, a low Earth orbit (LEO) satellite is visible on more than half of its orbit. Albeit the free‐space loss of an inter‐satellite link is much higher than the one of a direct ground link, considerable data rates and download volumes can be achieved. In this paper, we describe the system architecture of an integrated approach for a data relay satellite system and the development of LEO satellite and ground station modems. The approach allows serving several small and inexpensive LEO satellites at the same time both with low rate telemetry/telecommand links and with high rate download of sensor data.     

全双工逆向调制回复空间光通信系统性能评价

基于逆向调制反射器(MRR)的空间光通信系统因其结构紧凑、可免去链路一端的捕跟(APT)系统、功耗低等优点,是空间光通信系统研究热点之一。提出采用双波长激光发射实现全双工逆向调制回复空间光通信结构,并基于该结构对强度调制解调模式,通信距离为300 km,通信速率为1 GHz下的地面站对近地小卫星全双工通信链路进行了链路计算及通信误码率的分析。当MRR端口径为0.1 m时,通信链路余量大于5 dB,通信误码率优于10-15,满足通信链路的要求。并进一步分析了仿真结果存在的缺陷。结果表明所提出的空间光通信结构在小卫星对地面站全双工激光通信是可行的,是未来空间光通信系统发展趋势之一。     

在轨航天器多目标测控现状与发展趋势

随着在轨航天器数量增加,多目标同时测控成为天/地基航天测控网建设发展的重要方面.对各类多目标测控方法进行了总结,认为多波束天线技术是实现多目标测控的主流方向.分别从天基、地基两个方面综述了现行基于多波束的多目标测控方法及其未来研究方向,分析了国外巨型星座基于馈电链路的多目标测控管理方式,讨论了随遇接入测控模式的概念及发展情况.在对天地一体化信息网络发展现状概述的基础上,分析了天地一体化信息网络中多目标测控管理特征.     

Sharp: A multi-mission AI system for spacecraft telemetry monitoring and diagnosis

The Spacecraft Health Automated Reasoning Prototype (SHARP) is a system designed to demonstrate automated health and status analysis for multi-mission spacecraft and ground data systems operations. Telecommunications link analysis of the Voyager II spacecraft is the initial focus for the SHARP system demonstration which will occur during Voyager's encounter with the planet Neptune in August, 1989, in parallel with real-time Voyager operations. The SHARP system combines conventional computer science methodologies with artificial intelligence techniques to produce an effective method for detecting and analyzing potential spacecraft and ground systems problems. The system performs real-time analysis of spacecraft and other related telemetry, and is also capable of examining data in historical context. This paper gives a brief introduction to the spacecraft and ground systems monitoring process at the Jet Propulsion Laboratory (JPL). It describes the current method of operation for monitoring the Voyager Telecommunications subsystem, and highlights the difficulties associated with the existing technology. The paper details the approach taken in the SHARP system to overcome the current limitations, and describes both the conventional and artificial intelligence solutions developed in SHARP.     

无人机数据链中Turbo码研究与FPGA实现

无人机数据链系统与地面控制站进行的是遥测数据、侦察图像和遥控指令传输,因此高质量的通信是确保无人机数据链发挥效能的关键。针对无人机信道的特点和要求,研究分析了无人机信道的统计模型,重点分析了影响Turbo码性能的一些主要因素,采用硬件描述语言VerilogHDL实现了Turbo码编译码器的FPGA设计。实验结果表明,在纠错能力范围内,该设计方案能够正确纠错并译码,并且具有较高的译码速率,提高了无人机数据链的通信质量和抗干扰性能。