中继卫星资源调度问题研究现状与展望

随着跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的发展以及中继应用需求的增加,其资源调度成为决定系统性能的关键因素之一.分析了包括描述方法、活动与资源、约束条件等在内的中继卫星资源调度问题基本内涵,研究了目前中继卫星资源调度的数学模型和实现算法,比较了不同数学模型和实现算法的优缺点.针对未来卫星激光和微波链路联合组网的发展趋势,提出了基于多终端-多节点及基于资源故障的激光/微波混合链路中继卫星资源调度的基本方法.     

激光链路中继卫星系统网络设计及性能分析

随着卫星激光通信技术的发展,激光链路中继卫星系统将成为未来天基信息系统的骨干网。首先设计了一种2颗国土星+2颗境外星的网络架构,然后借助地面程控交换技术分析方法,定义了光网络性能指标,最后仿真了激光链路中继卫星系统的网络性能。仿真结果表明,当每颗用户卫星通信业务量为0.2 Erl、接入损失概率要求不大于0.2、链路利用率不小于0.6的情况下,激光链路中继卫星系统的12条接入链路可以支持50颗用户卫星接入。     

标准化星间激光通信链路接口模型设计方法

在星间数据交换过程中,同时传输不同类型的数据会对系统性能产生较大影响。为统一传输制式,提高数据传输效率,提出星间激光链路接口模型。在星间激光链路接口模型中,针对节点卫星数据处理转发效率低的问题,设计数据帧调整单元整合不同信源的数据;针对空间信道随机错误对系统性能影响较大的问题,添加链路传输处理单元提高激光链路传输的可靠性。研究了星间激光链路接口模型在中继卫星系统与分布式卫星系统中的实现方法。结果表明,采用星间激光链路接口模型后系统传输效率提升了49.93%,纠错性能提升了3.01 dB。     

国外激光链路中继卫星系统的发展与启示

激光链路中继卫星系统是指以激光波束为媒介,为低轨信息获取类卫星提供高速数据传输服务的卫星系统。国外已开展了多次星间、星地激光通信实验,已由强度调制/直接探测通信体制过渡到相位调制/相干解调通信体制,通信速率可达5.6 Gbps。卫星激光通信正向更高通信速率、组网应用、终端小型化、轻量化方向发展。在系统分析欧洲、日本、美国等国家典型星间、星地激光通信实验和中继卫星发展计划的基础上,讨论了激光链路中继卫星系统的发展趋势,总结得到对发展我国激光链路中继卫星系统的若干启示。     

跟踪和数据中继卫星系统的微波光调制技术研究

为了提高跟踪和数据中继卫星系统的传输容量,采用ITU推荐的Ka波段为星间微波链路的通信波段,跟踪和数据中继卫星之间采用激光链路.设计采用了激光链路透明传输微波信号的调制技术,包括直接微波信号调制和微波信号变频调制两种方案.通过分析和计算,得到了Ka波段微波光调制器的主要技术参数,论证了宽带LiNbO3行波调制器用于该系统的可行性,并讨论了两种方案的优缺点.     

多类扰动下微波与激光混合链路中继卫星动态调度问题研究

针对微波与激光混合链路中继卫星在执行初始调度方案过程中发生的各种动态扰动变化,分析研究各类扰动特点,把不同扰动下的动态问题归结为一类复杂约束下的任务插入问题。建立混合链路中继卫星动态调度问题的约束满足模型。提出基于启发式信息的动态调度算法对模型进行求解,基于初始调度方案的优良特性,极大降低动态调度复杂性。仿真结果验证了模型和算法的可行性,能够有效解决微波与激光混合链路中继卫星动态调度问题,对解决实际问题具有一定理论意义和现实意义。     

基于浮空平台的星地激光中继通信系统设计

针对星地激光通信受大气环境影响较大,无法全天候工作的难题,可考虑在18~22 km的平流层高度部署星地激光中继通信系统。其中卫星与平流层中继系统间采用激光通信,平流层中继系统与地面间采用大容量毫米波通信,基本消除大气环境(云、雨、雾、大气湍流等)对激光通信的影响,提高星地激光馈电链路可用度。受限于平流层平台成熟度不足,需首先开展基于成熟浮空平台的星地激光中继通信系统研究,先期对缓慢移动浮空平台搭载激光通信载荷与卫星间链路对准,激光通信载荷在浮空平台顶部柔性表面安装可行性等关键技术进行验证,为后续在平流层高度部署临近空间信息网络提供技术支撑。     

中继卫星系统脆弱性分析

为了中继卫星系统的传输数据安全,从中继卫星系统的链路、节点出发,分析了前向、返向链路以及用户航天器、中继卫星、地面测控站的脆弱性,指出了中继卫星系统中的薄弱环节,为研究中继卫星系统的抗干扰奠定基础。     

应用无人机实现地面无线传感器网络通信中继的探讨

提出了应用无人机实现地面无线传感器网络远程通信中继的方案,对方案的可行性进行了分析,通过与卫星中继、有人机中继的比较具体论述了无人机通信中继的必要性和优越性。分析了系统的总体结构和作战信息链路,对整个系统的关键技术即数据融合技术和数据链技术进行了探讨,并针对战场应用提出了相关的设想,为应用无人机进行战场通信中继的预先研究奠定了基础。     

中继终端跟踪接收机的设计

中低轨航天器中继终端常采用自动跟踪技术,完成对数据中继卫星的捕获跟踪,建立高速数据中继传输链路。文章针对中继终端应用需求,给出了一种典型的单通道单脉冲接收设备主要性能设计,通过MAT-LAB/Simulink软件仿真验证证明设计可行。     

基于STK的LEO卫星光网络设计及性能分析

文中设计了适合星间激光链路的LEO层卫星网络,并对同轨道内和轨道间链路进行了分析,建立了每个轨道内一颗主卫星,轨道间通过主卫星相连的网络。最后,对链路的稳定性以及覆盖性能进行了研究。     

星间链路技术的研究现状与发展趋势

星间链路技术是提高全球卫星导航系统的精度和自主导航能力的一项关键技术。介绍了全球主要卫星导航系统星间链路的建设情况,综述了国内外关于星间链路的重要研究,包括星座的特性分析、星间链路的构建准则、星间链路的拓扑分析、星间链路传播信号的设计以及星间链路信号的发射和接收等,指出了目前研究的侧重点,展望了星间链路的发展趋势和未来的研究方向。相关内容可为星间链路的进一步研究提供参考。     

A MEO Tracking and Data Relay Satellite System Constellation Scheme for China

A medium earth orbit （MEO） tracking and data relay satellite system （TDRSS） constellation scheme for China is proposed. This system consists of MEO satellite constellation, inter-satellite links （ISLs） and terrestrial gateway station, which can provide continuous bidirectional data transmission links between low altitude spacecrafls and the terrestrial gateway station in China. Theoretical analysis and simulation results indicate that the proposed constellation can cover the global low altitude space sphere and earth surface of China continuously, and has a preferable practical perspective.     

基于改进小生境遗传算法的微波/光混合链路中继卫星资源调度方法

针对微波/光混合链路中继卫星系统多资源约束 下的多目标综合调度问题,分析了微波与激光混 合链路的主要特点和影响因素,建立了混合链路资源调度多目标约束规划模型;将小生境技 术引入遗传 算法,并设计了基于精英保留的选择机制和自适应的交叉、变异算子,提出了一种改进的小 生境遗传算 法对模型进行求解。所提算法可有效避免遗传算法局部优化能力差及容易陷入局部最优等缺 陷,同时能够 防止最优解的丢失,解决了混合链路多资源约束下的多目标综合调度问题。仿真结果表明 ,相对与传统 的遗传算法,本文算法在保持种群多样性和求解全局最优解方面具有优势,有效解决微波/ 激光混合链路中继卫星系统的多目标综合调度问题。     

基于IEEE802.11的星间链路最短接入时延退避算法

为满足空间信息网络低轨卫星用户多址接入骨干中继卫星的访问需求,基于IEEE 802.11机制,提出最短接入时延退避算法（Delay-Optimal Backoff,DOB）,可解决大时空尺度条件下,传统二进制退避算法（Binary Exponential Backoff,BEB）造成的网络平均接入时延高和吞吐量低的问题.根据用户卫星与中继卫星的相对位置特性,设定中继卫星通信窗口,利用通信窗口内不同用户卫星数量时用户接入时延与平均接入请求概率的变化关系,确定最短接入时延条件下用户平均接入请求概率,实现动态调整碰撞窗口大小.研究结果表明,该算法使网络接入时延较BEB算法平均降低了10s,饱和吞吐量提升一倍,归一化业务量阈值比BEB算法增加至0.6,网络多址接入性能显著提高.     

基于星间激光测距的高轨卫星定位技术研究

针对传统的高轨卫星定位技术存在定位精度低的问题,提出了基于基于星间激光测距的高轨卫星定位技术。在高轨卫星飞行器上安装低噪声激光探测器,借助激光探测器、发射机以及接收器构建星间通信链路,分析接收天线的接收功率与发射天线的发射功率之间的关系,通过激光脉冲传输空间测距与高轨卫星信号捕获接收功率和发射功率获得定位初始数据;再分析星间相对运动和修正电离层误差,得到定位数据的精确解算融合结果。选取精度因子DOP作为评判高轨卫星定位技术的参数,通过仿真实验发现高轨卫星定位技术比传统定位技术的平均DOP值高2.89,由此证明所提定位技术的定位精度更高。     

低轨大规模卫星星座系统建模与干扰分析

针对低轨(LEO)大规模卫星星座系统存在电磁空间复杂且难于观测的问题,对低轨卫星星座链路特征进行研究。以Starlink和OneWeb星座为研究对象,根据低轨卫星的星座参数,获取等效全向辐射功(EIRP)值并进行可视化处理;对获取到的低轨电磁卫星数据进行分析,获取数据的衰减特性和时间、频率等的数据关系,计算星间的链路干扰以及时间上的分布特征;获取相对干扰时间的特征值以及星间数据的衰减与时频的多维特性,并分析不同场景下的干扰时间特征,从多个维度分析低轨大规模卫星星座系统间星间链路的干扰情况并进行仿真验证。实验证明了低轨大规模卫星星座系统之间的星间链路存在干扰情况,且频率越高,干扰现象越明显。     

激光星间链路发展综述：现状、趋势、展望

由于激光通信在空间传输中波长短且方向性强,已成为下一代卫星通信与导航的重要手段。激光星间链路的高速率、高带宽、高安全性等特点,可以提供高质量卫星空间通信,同时其还可以提高星间测距的精度,因此,构建激光星间链路成为下一代卫星网络的研究重点之一。文中首先从技术层面介绍激光星间链路的基本组成,主要介绍了卫星激光建链模式、卫星激光信号调制模式及卫星激光载波波长三个重要技术点。从技术到现象,根据不同轨道高度和不同的任务需求,按照发射时间顺序综合调研并总结了近年来国内外典型中高轨和低轨卫星激光通信成果的发展现状与未来计划。通过调研,进一步从宏观角度分析出卫星激光通信发展标准化、兼容化、网络化和商业化四个趋势,并从微观角度总结了卫星激光终端弹性化和模块化的发展方向。最后,除了作为通讯手段,展望了星间激光链路用于卫星激光测距的良好前景。通过对激光星间链路的现状、趋势和展望的综合分析,旨在为未来激光星间链路的设计与优化提供一定的借鉴和参考,并为我国未来星间激光通信和测距技术的发展及研究提供方向参考。     

卫星导航系统上行注入的研究现状与发展趋势

上行注入系统是卫星导航系统的生命线,是卫星导航系统不可或缺的一部分。详细研究了国外全球卫星导航系统和区域卫星导航系统的上行注入方案：全球定位系统（GPS）正由GPS II阶段过渡到GPS III阶段,上行注入也从全球布站的单星直接注入方案转变为本土布站的基于星间链路转发的注入方案,“伽利略”（Galileo）采取了全球布站的单星直接注入方案,而俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）、准天顶卫星导航系统(QZSS)和印度区域导航卫星系统(IRNSS)采取了本土布站的单星直接注入方案。随着各大全球系统逐步研究、规划和开发星间链路,基于星间链路转发的上行注入方案势必成为全球系统的上行注入方案发展趋势,链路协同注入和高速传输也必然成为该方案的关键技术。