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。     

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。     

微波与激光混合链路中继卫星动态调度快速启发式算法

针对微波与激光混合链路中继卫星系统实际应用中的动态变化,分析了混合系统动态扰动条件,依据中继卫星资源调度动态调整原则,研究了混合系统动态资源调度策略。以最大化调度任务优先级之和,以及扰动发生后对初始方案扰动变化最小为目标,建立了具有两级优化目标的混合系统动态调度模型。提出了动态插入快速启发式算法并对模型求解算法,算法包括直接插入任务操作、移动插入任务操作和删除插入任务操作。仿真结果表明与完全重调度的算法相比,动态插入算法的方案变化率平均降低了60.10%,且计算速度明显高于重新调度算法,能够有效解决混合链路中继卫星系统动态调度问题。     

基于数据续传的微波/激光混合链路中继星资源调度

针对成像、遥感等卫星采集的大容量数据难以及 时回传的问题,提出了一种基于数据续传和微波/ 激光混合链路的数据中继资源调度算法。分析了混合链路中继卫星系统任务数据续传特点, 以完成优先级 加权任务量最大、续传次数最少为调度原则,建立了混合链路任务续传约束规划模型。以任 务的调度顺序 为优化对象,采用任务整传优先和续传次数最少为调度原则确定任务的天线资源和时隙分配 ,提出一种基 于自适应小窗口蚁群(ASAC,adaptive small-window ant colony)算法的任务续传资源调 度优化算法。仿真实验表明,所建调度模型可实现多颗中继星资 源的有效分配,提出的ASAC算法具有较快的收敛速度和较强的全局优化能 力,算法可最大满足用户星数据及时回传的需求。     

基于遗传蚁群融合算法的混合链路中继卫星资源调度研究

针对遗传算法容易陷入局部最优和蚁群算法初始信息素匮乏的缺点, 提出将遗传和蚁群融合算法应用于中继卫星系统的资源调度问题。通过改进蚁群算法信息素的定义, 利用基于时间窗口序号编码思想, 给出中继卫星资源调度约束条件与目标函数并建立数学模型。仿真分析了融合算法、标准遗传算法和改进蚁群算法的优化特性, 结果表明融合算法是解决中继卫星调度问题的有效方法。     

星间激光链路数据中继技术研究进展

基于高性能激光链路构建高速安全的数据中继卫星系统可为不同轨道、不同功能的对地观测卫星和用户航天器提供大容量、无缝隙的数据中继服务,在军事和民用领域均具有广泛的应用前景。以欧洲为代表的发达国家相继开展了星间激光链路数据中继技术的理论研究和星上演示验证,并启动了相应的工程验证计划。综述了国内外星间激光链路数据中继技术的研究现状,对几种典型激光链路数据中继卫星系统,着重研究了系统结构、激光终端及模拟验证实验。最后,分析了数据中继卫星激光链路组网中着重关注的几个方向。     

空间编队卫星平台激光通信链路组网技术

研究了三维变轨卫星群组成的机动平台中基于激光链路的主星与子星相互间波束点对点多信号持续跟踪、瞄准、捕获技术,提出了基于波分复用(WDM)的星间激光链路通信组网思路,分析了编队卫星激光通信系统的拓扑结构和光码分多址(OCDMA)接入,这样就形成了基于WDM/OCDMA的编队卫星网络.初步探讨了未来天基宽带卫星激光通信网的基本框架.     

天基激光微波混合馈电传输策略与可用度分析

随着甚高通量卫星系统的快速发展,信息传输速率已经达到太比特量级,现有的卫星通信系统主要以微波链路传输为主,难以支撑将航天器采集的数据及时回传至地面网络,因此,激光微波混合链路卫星通信系统成为发展趋势,研究微波激光混合链路传输的可用度成为关键问题。由于卫星通信系统可用度主要受卫星关口站所在当地天气因素的影响,卫星关口站建站位置的好坏直接决定了发送和接收卫星信号质量的好坏,同时也会影响资金投入以及安装、使用、维修是否方便等多个实际问题。文中根据实际应用需求,从自然因素和人为因素两方面对关口站选址进行了分析,并根据所选关口站站址,设计了各关口站所配置的链路功能,进而分析了激光微波混合馈电传输的链路可用度,为高速卫星通信系统关口站选址和馈电链路配置提供技术支撑。     

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.     

基于人工蜂群算法的中继卫星任务调度研究

研究中继卫星任务调度问题可以为跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的任务计划编排提供科学合理的决策方法,任务调度模型的建立与调度算法的设计是中继卫星任务调度的两个关键问题。该文针对中继卫星任务调度问题特点,综合考虑中继卫星与用户航天器之间具有可见时间窗、用户提交的任务属性、中继卫星前向资源受限等约束条件,建立了中继卫星任务调度约束规划模型并提出基于人工蜂群(ABC)算法的中继卫星任务调度算法。最后,通过仿真数据分析,表明基于人工蜂群算法的中继卫星任务调度算法是一种有效的、合理的调度方法。     

基于STK实现中继卫星业务运行可视化

跟踪与数据中继卫星系统搭建了中低轨航天器及其地面站通信的桥梁,实现了信息的实时传输,并提高了突发事件的应对能力。为对跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)调度业务的质量以及效率进行有效评估,在STK功能和接口的基础上,提出了基于STK通信组件(STKX)的跟踪与中继卫星实时场景仿真及其原型系统实现的技术方法,设计并实现了中继卫星针对中继业务的运行可视化系统。仿真结果表明,基于STKX的仿真平台能够满足中继卫星地面终端对中继任务的实时任务监控以及业务调度评估需求。     

适用于我国的中轨TDRSS星座方案研究

基于中轨跟踪与数据中继卫星系统(MEO-TDRSS)星座方案的功能和业务特性,对4种常见星座实现的我国中轨TDRSS的覆盖特性和星际链路性能进行了仿真分析和比较。仿真结果表明,我国的中轨TDRSS宜采用具备卫星全球均匀分布特性的玫瑰星座和共地面轨迹星座。     

基于TDRSS应用的远程应急信息传输系统构想

介绍了美军天基通用数据链体系的特点,结合跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)现状和全球远程数据链信息传输需求,分析了TDRSS远程信息传输支持能力,提出了发展基于TDRSS的天基远程应急信息传输系统构想并预测了系统应用前景,以期对未来天基信息系统的发展和应用提供参考.     

跟踪与数据中继卫星系统在测量船上的应用前景

介绍了国际跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的基本状况与发展趋势,分析了今后测量船利用中继卫星系统传输高速数据的应用前景,比较了测量船加装中继卫星系统的几种方案,并对其可行性进行了评估.     

一种用于中继卫星SMA系统在轨标校的新方法

天基测控是国际测控领域未来发展的重要方向,而跟踪与数据中继卫星系统是天基测控的典型代表。近年来,随着中低轨卫星用户数目的显著增加,中国新一代的中继卫星系统将提供SMA服务,用于完成多个用户星的测控数传任务。为了实现良好的波束形成,必须对SMA相控阵天线进行在轨标校。目前已有的星载相控阵天线标校方法中,REV法不需要增加额外设备、实用性较强,获得了更广泛的研究,但其只适合在时间与硬件资源较宽松的条件下应用。为了提高SMA系统的使用效率,节省标校时间,提出了一种新的基于正交四相旋转的标校方法,该方法通过对接收信号的功率方程进行降维反演,能在保精度的前提下快速完成中继卫星SMA系统的在轨动态标校,标校时间远小于REV法,因此更有利于在工程实践中应用。     

两颗中继卫星共用测站协同控制研究

中继卫星地面应用系统建设周期长、建设造价昂贵。处于相近轨位的两颗中继卫星使用同一个测站进行测控和数据中继应用,能够有效降低系统建设成本。通过梳理卫星各平台测控事件之间的时间约束关系及其对地面应用系统的设备的使用约束,分析了测定轨精度、位置保持、星蚀期能源管理、地敏探头干扰保护对共用测站的影响,提出了两颗中继卫星分时测定轨、位置保持分别进行地敏探头干扰保护的方法,以及平台应急条件下共用测站控制支持模式。最后,就共用测站执行数据中继任务提出了建简易备份站降速使用的建议,为中继卫星地面应用系统建设提供有益的参考。     

An expert system for scheduling requests for communications links between TDRSS and ERBS

This paper describes the ERBS-TDRSS Contact Planning System (ERBS-TDRSS CPS) that has been built to help Earth Radiation Budget Satellite (ERBS) flight operations personnel generate requests for service from the Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS). The ERBS-TDRSS CPS is written in the C language and runs on an IBM PC-AT. It uses a graphics interface and the Transportable Inference Engine (TIE-1) developed for NASA-(Goddard Space Flight Center) GSFC. First, ERBS-TDRSS Ground Track Orbit Prediction data are electronically transferred to the ERBS flight operations area, where, in its batch mode, the ERBS-TDRSS CPS automatically generates requests for TDRSS service (usually for one week). In this process, a series of scheduling strategies is used to generate requested events while TIE-1 determines whether each requested event is consistent with ERBS scheduling constraints. As requested events are rejected, alternative context-sensitive strategies are used to generate new requested events until a schedule is completed. In the interactive scheduling mode the ERBS planner can edit a schedule that has been previously built or choose which alternative scheduling strategies the ERBS-TDRSS CPS should use to build a schedule. Finally, a report generator builds “Schedule Requests” for each separate ERBS-TDRSS contact.     

TDRSS并行MSK扩频体制的实验研究

本文讨论跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）一种新通信体制,即并行MSK扩频系统。发射端采用长短码正交扩频的平衡调制,接收端采用一种简单解扩方式简化了并行MSK信号的解调,同时用短码全“1”引导长码同步的方法大大减小了长码的捕获时间。实验结果证明该体制具有良好的伪码同步性能。     

STK及其在卫星系统仿真中的应用

Satellite Tool Kit(STK)卫星工具软件,是航天工业领先的商品化分析软件,STK可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天任务,STK基本模块的核心能力是生成位置和姿态数据、可见性及遥感器覆盖分析。介绍了STK在卫星系统中的仿真应用实例。