星座与星座轨道控制技术

本文以目前仍在轨运行中的低轨道铱星星座（Iridium Constella-tion）、全球第一个双向移动卫星通信星座（ORBCOMM）和高轨道全球定位系统（GPS）导航星座为背景，深入分析国外应用卫星星座的轨道控制技术，系统总结星座的飞控方案、星座轨道控制和测控策略。最后作者试图对目前正在研计中的三星时差定位星座和中巴资源卫星（CBERS）星座的测控技术谈一点设想。     

使用光学ISL的双层倾斜轨道星座的全球卫星通信网

推荐了光学ISL（卫星间通信链路）链接的未来全球卫星通信网用的双层星座。星座由用于移动和个人卫星通信的较低层卫星及大容量固定卫星通信和馈送链路的较高层卫星构成。光学ISL能够与小型终端进行高容量通信，它被用于所有卫星间数据传送，虽然极轨星座有网络结构简单的优点，但倾斜轨道星座通过选择最合适的轨道倾角，有减少所需卫星数、改善链路性能和对中低高度覆盖的潜力。对使用倾斜轨道的星座的光学ISL特性、覆盖特性和所需要的卫星数进行了评估，并与极轨星座进行了比较。假定每层中3种星座类型均可完成连续双覆盖。对每种星座检查了这些性质的关系和轨道的倾角。也给出了使用倾斜轨道的星座中光学ISL的基本参数。     

卫星星座性能评估体系的设计与实现

研究卫星星座性能评估体系的设计方法。针对星座设计过程中对星座系统配置方案进行评估和论证的重要性,根据卫星星座性能评估指标体系的设计原则,首先采用层次分析法,构建卫星星座性能评估体系层次结构模型。其次,设计一套完备的星座性能评估体系,并着重设计动态能力评估指标及其定义方法,分析星座在轨运行稳定性能。最后,通过一个具体的应用实例介绍了该设计实现的软件系统的各功能模块,分析论证了所提评估体系的完备性、合理性、科学性和实用性。为卫星系统的顶层设计和方案论证提供可靠的决策依据,以进一步提高所设计星座的性能和效益。     

分布式实时系统面向方面的QoS监控模型

分布式实时系统是一个非常重要且资源有限的系统,系统资源的调配策略很大程度上决定了系统是否能满足实时性要求。要制定资源调配策略,首先要标识出实时系统中的各种资源,建立起资源模型。面向方面是一种全新的编程思想,它和面向对象方法结合解决了传统软件开发方法中的一些问题。文章结合面向方面技术,把QoS监控作为一个关注点,通过UML的扩展机制描述了分布式实时系统中资源模型的面向方面的QoS监控模型。     

C3I系统仿真模型库系统研究

C3I系统仿真是C3I系统原型开发、效能评估的有效手段。针对传统C3I系统仿真建模与模型管理存在的不足，进行了C3I系统仿真建模规范化分析，探讨了C3I仿真模型的组件化表示、存储、管理以及调用方法等问题。C3I系统仿真模型库系统的建立，将有效地提高仿真模型的重用性和功能的透明性，为提高C3I系统仿真效率提供了一种有效途径。     

基于网络模型的应急资源优化调配

针对应急管理系统中应急资源及时有效调配的难题,介绍网络扩展模型和Arc Engine技术,根据应急资源调配的特点,以应急开始时间最早、出救点个数最少为目标,结合Arc Engine网络模型,给出多个出救点应急资源调配方法,设计和实现基于GIS的应急资源优化调配可视化系统。     

基于DCSP的煤矿应急救援资源调配方法

在大规模群体突发事件发生后,如何实时及有效地调配资源,是保障应急救援快速实施的关键。以煤矿应急救援为背景,探讨合适的资源调配方法。分布式约束满足问题(D(',SP-Distributed Constraint Satisfaction Problem)擅于表示及求解分布式环境下以协作性为主的问题,是一种解决具有信息分布、需求随环境动态变化等特点的资源调配问题的有效方法,而煤矿应急救援问题正好具有这样的特征。因此,采用DCSP方法来解决煤矿应急救援中的资源调配问题,抽取并构建了煤矿应急救援资源调配的模型,讨论了Agent模型和约束模型的定义,改进了MAWS(MAWS-Multiple Asynchronous Weak-commitment Search)算法。经实验验证,采用DCSP方法可在事故发生后的较短时间内做出有效的资源调配决策,减少资源送达到事故点的时间,为应急救援争取了大量救援时间,从而减少了煤矿事故发生后的人员伤亡和经济损失。     

铱星星座效能评估BDP-ADC模型

为解决传统模型在度量时间连续状态有限的星座效能时存在的困难,构建一种基于生灭过程的评估铱星效能的BDP-ADC模型.首先,利用生灭过程描述星座状态的转移过程,得出该状态转移过程存在极限分布,并定义铱星的可用度;其次,结合Kolmogorov前进方程来衡量星座在任务执行过程中的可信度;再次,根据建立的铱星星座能力评估指标体系,利用熵权法求得指标的权重,结合全概率公式对星座能力进行表征;最后,利用BDP-ADC效能评估模型得出铱星星座效能动态关系式,求出铱星的效能,从而为星座的设计及优化等问题提供依据.     

移动商务的自适应资源调用动态平衡策略

电子商务中通过无线移动终端设备访问链接Internet获取数据信息已经成为未来的发展方向。由于移动商务系统高可用性、可扩展性、容错性的要求,必然需要资源调用的动态平衡,这也是提高移动商务系统性能和资源有效利用率的关键技术。本文在分析和研究调用动态平衡策略的基础上,利用中间件提供的分布式对象技术,构建了一种基于移动商务资源调用的动态平衡模型,并在此环境下改进了自适应动态平衡算法,提出了一种自适应的资源调用动态平衡策略。     

基于HLA的卫星通信链路分布式仿真的研究

该文首先对HLA进行了概述。其次介绍了卫星通信链路仿真系统的功能,该功能是由10个模型构成的基础模块和应用模块实现的;在此基础上提出了一种基于HLA的卫星通信链路分布式仿真系统的设计框架,构建了由11个联邦成员组成的卫星通信链路仿真联邦,并较为详细地阐述了仿真系统的联邦成员的设计和联邦成员间信息交互的设计,给出了联邦成员间信息传递关系的示意图,较好地解决了仿真系统各功能模型的同步、并行运行的问题;最后通过仿真得出了有关结论,为卫星通信链路、通信网络的设计与性能评估奠定了基础。     

基于确定性网络的网端一体流量交换机制

低轨卫星通信系统不受地理条件限制,相比于地面通信有覆盖范围广、运维成本低、部署周期短等优点,因此逐渐受到人们的关注;但对于低轨星座来说,拥有众多卫星节点的无线多跳网络,总传输和处理时延明显增大;确定性网络是近几年工业界新提出的一种网络技术,可以解决传统传统网络有关丢包和时延相关的需求,这与低轨卫星网络的需求相同;研究了地面网络确定性网络的关键技术和卫星网络的相关特征,将确定性网络技术应用到低轨星座,将ATS异步流量整形算法应用到星地间流量控制上,提出一种星载交换机制,优化了星载交换机的资源使用和丢包;借助NS3软件仿真了相关场景,并对结果进行分析,在多个仿真场景中均优化了星上资源利用,缓解了拥塞问题,在最优参数场景下实现了0丢包,吞吐量有5%以上的提升。     

基于移动式网络技术的卫星星座网络结构设计与仿真

随着星上处理能力地日益增强,降低卫星星座通信网络对地面网络的依赖性,增强为用户段提供IP接入服务的能力,是未来卫星星座网络的需要解决的关键问题。提出了基于移动式网络技术的LEO卫星星座网络体系结构,引入了新的网络组件,提出了新的卫星星座网络组网策略,讨论了星地间的切换模型,并提交了基于NS2的网络性能仿真结果。仿真试验表明,该方案是一种满足未来卫星星座发展需求的有效方案,星地间的切换是影响该方案中卫星星座通信网络数据传输延时的主要因素。     

基于空间光链路的双层卫星网络路由算法研究

在分析传统多层卫星网络路由算法的基础上,提出了一种基于空间光链路传输的双层卫星网络结构及其相应的基于拉格朗日松弛算法的LDSR算法。该结构根据空间光链路的特点及双层卫星网络的优势,在考虑适合该体系接入策略的同时提出将MEO作为天基网接入域的组成部分,由MEO星座进行路由信息的会聚及分发业务,同时LEO卫星则基于拉格朗日松弛算法来确定其选用的路由并预留带宽。仿真结果表明,该算法可以在充分利用卫星网络的通信容量的同时提供较好的QoS路由性能。     

基于AHP的分布式星群接入策略研究

分布式星群网络是打赢未来信息化战争的有利武器,星群的接入技术对于提升我国空天信息获取能力具有重要意义。针对分布式星群网络高动态拓扑导致资源利用不充分的问题,提出了一种基于层次分析法的分布式星群网络接入策略。该接入策略首先是利用层次分析法动态计算资源利用率各指标权重;其次是根据各卫星节点的实时资源情况,动态调整资源利用率的权重。仿真表明,该接入策略降低了分布式星群网络的新呼叫阻塞率和强制中断率,有效地解决了星群网络资源利用率问题,提高了星群网络群内业务分配的合理性。     

Multidisciplinary modeling and surrogate assisted optimization for satellite constellation systems

Satellite constellation system design is a challenging and complicated multidisciplinary design optimization (MDO) problem involving a number of computation-intensive multidisciplinary analysis models. In this paper, the MDO problem of a constellation system consisting of small observation satellites is investigated to simultaneously achieve the preliminary design of constellation configuration and the satellite subsystems. The constellation is established based on Walker-δ configuration considering the coverage performance. Coupled with the constellation configuration, several disciplines including payload, power, thermal control, and structure are taken into account for satellite subsystems design subject to various constraints (i.e., ground resolution, power usage, natural frequencies, etc.). Considering the mixed-integer and time-consuming behavior of satellite constellation system MDO problem, a novel sequential radial basis function (RBF) method using the support vector machine (SVM) for discrete-continuous mixed variables notated as SRBF-SVM-DC is proposed. In this method, a discrete-continuous variable sampling method is utilized to handle the discrete variables, i.e., the number of orbit planes and number of satellites, in the satellite constellation system MDO problem. RBF surrogates are constructed and gradually refined to represent the time-consuming simulations during optimization, which can efficiently lead the search to the optimum. Finally, the proposed SRBF-SVM-DC utilized to solve the satellite constellation system MDO problem is compared with a conventional integer coding based genetic algorithm (ICGA). The results show that SRBF-SVM-DC significantly decreases the system mass by about 28.63% subject to all the constraints, which greatly reduces the cost of the satellite constellation system. Moreover, the computational budget of SRBF-SVM-DC is saved by over 85% compared with ICGA, which demonstrates the effectiveness and practicality of the proposed surrogate assisted optimization approach for satellite constellation system design.     

卫星星座综合测试系统研究

卫星星座等多星并行研制生产带来了多星并行综合测试的新课题.介绍了一套卫星星座模式下的综合测试系统,该系统由总控设备和各分系统专用测试设备组成,通过标准网络和通信协议形成统一指挥和调度的卫星电气综合测试体系.详细介绍了系统的总控设备以及各分系统专用测试设备,并分析了地面综合测试系统的信息流.该系统可靠性和可扩展性程度高,为多星并行综合测试系统的模块化、通用化和系列化提供了一个有效的参考,满足了卫星星座多星并行综合测试的需要.     

基于强化学习的卫星网络资源调度机制

与传统同步轨道通信卫星(GEO)相比,以SpaceX、Starlink、O3b等为代表的新一代中低轨卫星互联网星座具备广域覆盖、全时空互联、多星协同等显著优势,已成为当今世界各国研究的焦点之一。传统卫星资源调度方法主要研究单颗GEO卫星下的资源调度问题,难以满足以多星协同、联合组网、海量用户为特征的低轨卫星星座的资源调度需求。为此,构建了基于用户满意度的多星协同智能资源调度模型,提出了一种基于强化学习的卫星网络资源调度机制IRSUP。IRSUP针对用户服务定制的个性化需求,设计了用户服务偏好智能优化模块;针对多星资源联合优化难题,设计了基于强化学习的智能调度模块。模拟仿真结果表明:IRSUP能有效提高资源调度合理性、链路资源利用率和用户满意度等指标,其中业务容量提升30%～60%,用户满意度提升一倍以上。     

卫星非线性信道下非对称MAPSK优化设计

为了克服非线性失真对卫星通信系统的影响,首先论述了卫星非线性信道的特性,提出了在调制端对MAPSK映射星座进行非对称设计,在解调端采用标准的解映射星座进行解调的方法。通过仿真试验验证了此方法能够补偿非线性失真对MAPSK调制信号带来的相位和幅度的影响。     

卫星移动通信系统星座仿真及设计

文章探讨了中低轨卫星移动通信系统星座运动模型的建立,并利用计算机对中低轨系统星座进行了仿真。在此基础上讨论了可以进行的许多有意义的研究。最后,对我国卫星移动通信系统进行了初步设计,得出了有意义的结论。     

一种应用于战车GPS差分快速定位系统设计与仿真

作为一种空间资源 ,GPS卫星系统正在被全球各国所应用 ,利用 GPS组成伪距差分动态实时定位系统实现战车快速定位与导航已被用于本系统 ,自今年 6月份投入使用与仿真 ,证明在解决指挥车和前观车上GPS天线、数字通讯天线干扰方面而采用的滤波与冗余剔除技术是成功的 ,定位坐标与已知坐标差值最大不超过± 5 m