星间链路

摘要： 在低轨卫星网络中,卫星运行速度快、运行周期较短,星间链路动态变化.为了及时感知星间链路状态并选择正确的路由,提出一种基于树突神经网络的低轨卫星智能感知路由算法,通过卫星之间的可视性约束分析星间建链情况,实现星间链路态势感知;通过实时构造训练集,利用树突神经网络自动调整全局卫星网络链路的权值,进而优化传统迪杰斯特拉(Dijkstra)算法,实现星间链路质量感知,给出智能路由决策;通过周期性监测卫星网络拓扑,实时修正初始路由路径.仿真结果表明,基于树突神经网络的路由算法复杂度低,路径时延、时延抖动及丢包率均低于传统启发式路由算法和Dijkstra路由算法.

摘要： 在大规模空间信息网络中,频繁的星间链路(Inter-satellite link,ISL)切换会导致业务中断。与地面网络相比,传统的分布式/集中式路由策略的路由收敛时间过长,其原因是星间链路时延和链路状态同步时间长。在路由收敛过程中,由于缺乏最新的链路状态信息,可能会导致严重的丢包。考虑到卫星星座的星间链路切换是可预测的,且星间链路切换信息已上注至卫星中,本文提出了基于OSPF(open shortest path first)的自更新路由方案来解决星间链路频繁切换导致的路由收敛问题。在自更新路由方案中,对于可预测的星间链路切换,根据本地预存储的链路切换信息直接更新路由表,同时避免泛洪;另外,对于意外的链路故障,通过OSPF原有机制更新路由表。该方案通过避免可预测的星间链路切换导致的链路状态数据同步,进而缩短路由收敛时间。仿真结果表明,在拓扑切换期间,平均丢包率比标准OSPF(需要3个Hello报文确认)和OSPF-IS(不需要3个Hello报文确认)分别降低了90.5%和61.3%,平均端到端延迟也分别降低了47.6%及9.6%。此外,在相同时间内增加拓扑切换的次数时,自更新路由方案的平均丢包率保持不变。

摘要： 2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统正式开通,意味着我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统已全面建成,中国北斗开启了服务全球、造福人类的新篇章。而在北斗研制的过程中,科研人员展现了独特的中国智慧,为世界贡献了创新的中国方案。我国的北斗系统不能像美国的G P S那样在全球建立地面站,因此为了解决境外卫星的管控问题,我国的科研人员在卫星之间搭建的通信测量链路,实现了卫星与卫星、卫星与地面站的建链互通,能够让我们看不见的、在地球的另一面的北斗卫星,与我们头顶的北斗卫星取得联系。星间链路是北斗系统实现全球服务的关键,是自主运行的前提。

摘要： 针对近地高速目标接入北斗星间链路系统,存在卫星超出当前天线波束扫描范围后如何继续保持星地链路和星地双向链路快速捕获的问题,提出先规划空域再双向辅助捕获的方法。首先,采用根据近地高速目标波束扫描范围进行空域划分的方法,近地高速目标根据飞行姿态和航迹变化计算与建链卫星的角度并选择对应的天线;然后,近地高速目标提前计算天线波束指向、通信时延和多普勒频率等辅助捕获参数,在接收和发射时隙分别辅助自身和卫星完成星地双向链路快速捕获。基于近地高速目标和卫星飞行相关数据开展联合仿真,结果表明:天线波束指向方位角和俯仰角最大误差均小于0.002°,通信时延误差小于2μs,多普勒频率误差小于60 Hz,从而验证了快速建链方法的可行性,可为近地高速目标接入北斗星间链路系统提供一定参考,具有一定工程应用价值。

摘要： 研究了基于星间链路的低轨卫星协作边缘计算任务迁移和资源分配问题,为偏远地区用户提供边缘计算服务.采用部分任务迁移机制,以地面用户加权总能耗最小化为目标建立优化问题,提出了一种低轨卫星协作边缘计算的任务迁移和资源分配算法,基于优化问题的非凸性,将其分解为任务迁移子问题和资源分配子问题,分别采用标准凸优化方法和拉格朗日对偶分解方法进行求解.仿真结果表明,该算法的收敛速度快;与本地计算和任务数据全部上传算法相比,本文所提出的算法可至少降低约74%的用户总能耗;与非协作卫星边缘计算相比,基于星间链路的低轨卫星协作边缘计算可至少降低约22%的用户总能耗,且星间链路的信道容量越大,用户总能耗越低.

摘要： 星间链路分系统零值标定的准确性,直接影响系统在轨星间双向测距和星座高精度时间同步准确度。地面标定通常采用的同源状态需要地面多路输出高稳10 MHz铷钟源支持,且标定状态与系统在轨应用状态并不完全一致。针对同源标定的局限性,提出一种异源状态星间零值标定方法,构建理论模型并进行了误差分析,异源零值标定的准确度受星座两星参考源(铷钟)的钟漂移特性、卫星遥测下传的时效性以及两星1 PPS状态一致性等因素共同作用。经系统实测验证表明:异源状态下星间零值标定误差约为1.901 ns,能够满足系统标定的精度要求。异源标定简化测试系统,与在轨应用状态高度一致,对工程实践具有一定参考和应用价值。

摘要： 随着微小卫星技术的发展和对地侦察需求的增长,快速设计一个最小卫星数量、低重访时间(10 min内)、具备永久性星间链路的低轨星座成为当前星座设计的热点和难点。针对最小卫星数量实现低重访时间覆盖的问题,提出一种低轨Walker-链形星座及其设计方法,与常规Walker星座的区别为具有一条或多条封闭链状构型,依据覆盖需求和传感器视场角推导了解析设计方法。以对地侦察任务为例设计了一个包含132颗卫星的低轨链形星座,并与常规Walker-δ星座、共地面轨迹星座对比分析效能,验证了其数量优势、低重访时间和永久星间链路特性。

摘要： 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。

摘要： 为解决全球范围内不间断的天基通信问题,对我国现有的天基通信保障系统的通信效能进行了分析。北斗导航卫星(BDS)有着可全球覆盖的优势,可提供全天候、全天时的测控、导航、通信服务。以BDS星间链路系统为应用背景,对多种典型应用场景建立STK仿真模型,分析了3种场景下的BDS星间链路系统全球覆盖能力。仿真结果表明,通过卫星转发的形式可满足全球范围内的不间断通信保障,通信效能可满足短消息、语音的通信要求;对于高机动的临近空间飞行器在姿态调整过大时可能出现的通信链路中断问题,给出了合理可行的切星方案;对BDS星间链路系统的任务时效性进行了理论计算和分析。

摘要： GNSS卫星精密轨道是高精度GNSS应用的基础与前提,GNSS卫星精密定轨技术也一直都是卫星导航领域的研究重点与热点。本文首先介绍了GNSS星座与跟踪数据概况,梳理了精密定轨函数模型、动力学模型及随机模型构建过程中的关键问题,归纳了低轨星载观测和星间链路观测等多源数据增强GNSS精密定轨的研究进展;然后,从应用的角度总结了当前GNSS精密轨道产品的基本状态,并进行了精度评估;最后,讨论了GNSS精密定轨在大网快速解算、多层次观测数据融合、太阳光压模型精化及高精度实时定轨等方面所面临的挑战,并展望了低轨星座、光钟、激光链路等新技术给GNSS精密定轨带来的机遇。

摘要： 针对我国地面监测站难以对导航卫星进行全球覆盖实现卫星轨道和钟差完好性监测的问题,提出了一种基于星间链路的卫星自主完好性监测方法.该方法通过星间双向测量分离轨道与钟差观测量,分别进行星历与钟差的完好性监测.将轨道观测量与卫星广播星历计算的卫星位置理论值比较,进行对卫星星历完好性的监测.针对目前还没有在轨实现的卫星钟差慢变故障的监测进行研究,该方法对钟差观测量进行参数估计,分析卫星钟差方程一阶和二阶系数的变化,监测卫星钟差慢变故障.结合星历数据进行仿真与完好性风险分析,分析结果表明该方法可以实现对卫星轨道和钟差的完好性监测,并且当一颗卫星与其他卫星构建4条星间链路时,可以满足民用航空一类精密进近的完好性风险要求.

摘要： 星间链路是提升导航系统导航性能的关键技术.近年来,国内外学者在该领域取得了丰硕的成果,但对动态链路的选择策略研究较少,路由方案生成时考虑因素较为单一.针对以上研究现状,本文基于GEO/IGSO、MEO和地面站提出了一种多层链路拓扑及混合路由设计方案.首先,以持续可见链路为主,非持续可见链路为辅的原则,提出了一种基于代价函数的非持续链路选择方法,快速地生成满足建链准则的拓扑方案;然后通过综合考虑链路速率、节点负载和传输距离多种影响因素,探索并建立合理的混合评价函数,使算法能够从多条路径中选出最优的路由方案.最后,通过实验仿真验证了本文所提出的方法的有效性,这为合理的星间链路拓扑及路由生成提供了理论依据和应用基础.

摘要： 不同于传统卫星导航系统以星地上下行链路进行遥控和遥测数据传输,星间链路技术将地面段的星地链路和空间段的星间链路并存,为卫星导航系统提供星地一体化的观测与通信手段,成为未来卫星导航系统中的重点发展方向之一.导航卫星通过星间链路组成单层或多层的卫星网络,在卫星网络中进行数据传输就需要考虑路由选择的问题.针对连通网络中的路由选择问题,典型的路由搜索策略有Dijkstra搜索策略和深度优先搜索策略,然而由于星间链路采用指向性天线导致数据传输的延迟和中断,典型的路由搜索策略并不能直接应用于卫星网络中.为此,本文首先介绍了北斗三号全球卫星导航系统星间链路特点,然后基于图论对卫星的网络拓扑结构进行建模分析,给出相应的数据结构描述,并提出了一种改进的深度优先路由搜索算法.最后,在算法仿真中,给出了数据传输的平均时间开销和跳数开销.

摘要： 为节约有限的地面测控资源,针对北斗卫星提出星间链路支持下的测控系统精密定轨.基于星间双单向测量原理,以及历元归算等关键技术建立定轨所需的消钟差组合测量模型.利用仿真试验分析了全球星座在4条固定星间链路支持下的定轨性能,当测量噪声为0.1米时,不考虑和考虑0.1米系统误差的定轨位置精度分别为0.61米和2.85米,残余系统性误差是影响定轨精度的关键因素.结果表明,星间链路可以显著改善测控系统定轨精度,为地基测控定轨提供有力支持.

摘要： 以天基互联网接入为主要目的“福星”低轨宽带卫星通信系统,在天基互联网中扮演着不可或缺的角色,在民用通信领域具有相当广阔的应用前景,其主要功能是为“一带一路”及俄罗斯等周边国家提供无所不在的宽带互联网接入点,满足区域共同发展的互联网基础设施建设需求.星间链路是指由激光或微波发射机、接收机以及天线等组成的连接相邻卫星之间的通信链路.采用星问链路,星座能够在空中组网,使得星座中的每颗卫星有机地联结为统一的整体,使得系统内通信链路的建立不完全依赖地面信关站的支持,有效地扩大了系统的覆盖能力.尤其对于低轨道卫星星座而言,其单星覆盖范围小,在某些情况下可能根本没有地面信关站可视(如海洋中间和无法建立信关站的陆地等区域),这样采用星间链路来实现用户接入地面通信网络几乎是唯一的一种解决方法.只有建立星间链路,使每颗卫星都成了通信网络中的一个节点,才能构成名副其实的“天基互联网”.可见,星间链路是提高卫星通信系统的服务能力和自主运行能力的一项重要的关键技术.本文在国内外公开发表的文献的基础上,介绍了国内外著名的星网系统中星间链路的建设情况,并结合“福星”系统应用场景,研究了星间链路在“福星”系统二期建设中的使用方法.

摘要： 导航卫星星间链路可以实现导航卫星星间通信和星间相对测量,是提高全球卫星导航系统的精度和自主导航能力的关键技术之一.星间链路的建立过程中,由于卫星间的高速相对运动和星间距离的动态范围大,使接收信号存在较大的多普勒偏移和时延不确定性,给捕获卫星信号带来很大的困难.提出了一种基于预报值的辅助捕获办法,通过在星间链路中预报卫星状态信息和天线指向信息来降低捕获难度,给出了卫星运行状态数据预报和天线指向预报的模型,计算了星间测距值、速度、加速度、天线的方位角和仰角等预报值,并在星间链路地面检测平台上模拟出卫星导航信号,然后连接导航信号接收机对卫星信号进行捕获跟踪,结果表明预报卫星状态信息能帮助接收机进行捕获跟踪.

摘要： 天线是实现星间链路测距与通信的关键设备之一.为了提高信号传输质量并减少干扰,星间链路天线应具备高增益、窄波束、宽扫描等特点.在星间链路信号工作的Ka波段,透镜天线的尺寸和重量相比微波频段大大减小,而且工作频带宽、波束窄、副瓣低,因而成为新的研究热点.本文对Ka波段的小型超轻柱透镜天线进行了测试和评估,测试结果表明,该柱透镜天线的工作带宽大于2GHz,峰值增益最大可达18dB,主副比大于10dB,3dB波束宽度为5度左右,满足星间链路应用需要.该类型天线为星间链路天线的设计提供了新的思路.

摘要： 本文提出一种基于星间链路双向测距的GNSS分布式自主导航定轨方法.首先,给出分布式自主定轨数据流程,建立并分析GNSS导航星座星间链路双向伪距测量模型.其次,采用单点定位法计算待估卫星位置及其协方差,以此作为伪观测量,采用两步Kalman滤波法处理卫星计算轨道参数改正数,并进行时间更新.另外,针对自主定轨存在的秩亏问题,利用卫星预报星历中轨道定向参数控制星座整体旋转,给出卫星真实轨道的最佳估值.仿真结果验证了该方法的有效可行性.

摘要： 在信息化战争条件下,战场双方为了最大限度地阻止对方使用卫星导航系统,会通过干扰敌方导航系统中的各个环节来实现全方位干扰.因此,仅仅重视用户段接收机抗干扰能力是不够的,还应大力发展导航系统的体系抗干扰能力.2000年以来,随着GPS(Global Position System)系统现代化进程的推进,美国军方采用了如本土布站、点波束增强和新增下行M码军用信号等新技术,旨在进一步提升GPS系统的体系抗干扰能力.本文阐述了导航系统体系抗干扰能力的概念,并对GPS体系抗干扰能力进行深入研究,通过将北斗系统与GPS系统进行比较,指出北斗系统在体系抗干扰能力方面的不足,并提出发展建议.

摘要： 在信息化战争条件下,战场双方为了最大限度地阻止对方使用卫星导航系统,会通过干扰敌方导航系统中的各个环节来实现全方位干扰.因此,仅仅重视用户段接收机抗干扰能力是不够的,还应大力发展导航系统的体系抗干扰能力.2000年以来,随着GPS(Global Position System)系统现代化进程的推进,美国军方采用了如本土布站、点波束增强和新增下行M码军用信号等新技术,旨在进一步提升GPS系统的体系抗干扰能力.本文阐述了导航系统体系抗干扰能力的概念,并对GPS体系抗干扰能力进行深入研究,通过将北斗系统与GPS系统进行比较,指出北斗系统在体系抗干扰能力方面的不足,并提出发展建议.

摘要： 本发明提供了一种适用于复杂星簇构型的全域星间微波通信链路系统，包括：小型化多面阵设计：选用Ka相控阵天线组成多面阵，复用波控、电源及变频组件，形成空间全域覆盖；时分多址架构设计：采用时分多址方式通信，收发采用同频分时工作。对星簇内成员星的通信时序进行划分，使得成员星间可以有序高效的交互信息；搜索跟踪接力设计：微波链路断链后依据外推GNSS信息，建链双星采用自主互搜索捕获策略完成链路重建。本发明可实现多星在轨快速、稳定建链，具有系统规模小，自适应能力强等优势；无需地面卫星指控系统介入，自主重新建链，可适应任意星簇立体构型。

摘要： 本发明提供了一种适用于复杂星簇构型的全域星间微波通信链路系统，包括：小型化多面阵设计：选用Ka相控阵天线组成多面阵，复用波控、电源及变频组件，形成空间全域覆盖；时分多址架构设计：采用时分多址方式通信，收发采用同频分时工作。对星簇内成员星的通信时序进行划分，使得成员星间可以有序高效的交互信息；搜索跟踪接力设计：微波链路断链后依据外推GNSS信息，建链双星采用自主互搜索捕获策略完成链路重建。本发明可实现多星在轨快速、稳定建链，具有系统规模小，自适应能力强等优势；无需地面卫星指控系统介入，自主重新建链，可适应任意星簇立体构型。

摘要： 本发明公开了一种基于星敏感器星间链路的HEO卫星编队飞行自主导航方法。首先以HEO卫星对地观测为任务需求，设计两个卫星编队飞行构型和轨道参数，然后根据地心惯性坐标系下主星相对子星轨道动力学模型，建立自主导航系统状态模型；其次提出主星星敏感器观测子星所需满足的理论光照条件和成像条件。计算子星相对主星理论方位角与俯仰角，调整主星星敏感器真实光轴与理论方向一致，对子星进行真实观测，建立以相对单位方向矢量和距离为观测量的观测方程；最后使用Unscented卡尔曼滤波估计卫星位置和速度，本发明能够有效修正卫星相对位置误差，提高相对导航精度，非常适用于卫星编队飞行自主导航。

摘要： 一种基于星间链路收发设备的星载FPGA重构系统及重构方法，系统包括重构数据接收模块、帧号标记及回传模块、地址译码模块、EDAC校验码生成模块、重构数据写入模块、EDAC循环校验模块、下卸数据读取模块、下卸数据发送模块、EEPROM和星载FPGA。星载FPGA的重构方法是指地面站上注重构数据至卫星，并最终传输至需要进行在轨重构的单机设备，重构数据上注为按块上注，在确保当前重构数据块上注全部正确后，开始上注下一个重构数据块，依次上注全部重构数据。本发明优化了FPGA大容量重构数据上注的流程，解决了FPGA大容量重构数据上注的正确性，提升了工程实现的可靠性。

摘要： 一种用于编队卫星星间通信系统的星间链路管理单元，该星间链路管理单元具有多通道并行捕获技术、转发延时动态技术和处理器、队列式多路由通信技术和处理器与多路信息优选技术构成一套完整的信息交换的系统，在不同星间距离、星间情况下，使这一套完整的信息交换的系统能够对至少两路星间基带对一组星间射频通道的数据进行收发处理、信息交换和速率调整，卫星经由星间链路传输的信息来源较多，由于不同数据的重要性均不同，从而使得不同数据之间具有转发优先性，即不同的数据对转发时效性、时延要求均不同，处理器根据时标特性对多通道输出的数据进行筛选，选择最新数据后更新本地星间数据池，确保数据的时效性和连续性。

摘要： 本发明公开了基于受扰链路夹角的星间通信链路干扰规避方法，用于含有星间通信链路的星座，所述方法包括：根据设定时长内的轨道外推星历数据，计算受扰链路夹角规避角限值；根据受扰链路夹角规避角限值，调整接收端邻近卫星天线指向与干扰链路的夹角以降低干扰值。本发明提出的基于受扰链路夹角的干扰规避方法能够能在不同建链策略下将系统I/N超限时长分别从5.79％和16.75％降至0％，此方法对于类似具有星间链路的大规模NGSO星座系统的干扰规避具有借鉴意义；本发明的方法能够保证星座星间链路通信效率的前提下提高通信链路的抗干扰效率。

摘要： 本发明公开了一种基于星钟参数线性预测的北斗三号星间链路快速恢复方法，利用最近一次上注卫星的钟差参数，结合星载原子钟在短期内时间漂移可近似为线性变化的特点，预测当前时刻的理论钟差；管理中心将该卫星的时钟调整至钟差预测值，使星间链路快速恢复建链；地面进一步测定卫星准确的钟差参数，通过星间链路上注至全网卫星，使得星间链路恢复建链，本发明提出的方法能够使星间链路在数分钟至半小时内恢复，大大提高了系统稳定性，为提高导航系统服务可用性提供了技术保障。

摘要： 本发明公开了一种北斗三号星地时间不同步下的星间链路快速建链方法，具体包括如下步骤：步骤1，先对卫星信号进行盲捕处理，然后进行星地伪距测量，获得星地伪距R

摘要： 本发明公开了一种基于星敏感器和星间链路的HEO卫星编队飞行自主导航方法，有效解决卫星编队飞行观测信息不足所导致的导航精度较低的问题。星敏感器是观测恒星的天体敏感器，而利用星敏感器进行星间相对测量需要满足特定条件，本发明提出星间观测需要的光照条件和星敏感器观测条件，解决传统星敏感器只能被动观测问题，提高自主选星准确性。在实现星间观测基础上，本发明提出实时计算主星相对子星方位矢量和方位角和俯仰角方法，并且利用万向轴调整星敏感器光轴指向连续跟踪子星，解决传统观测无法连续跟踪问题，提高星间连续观测效率。

摘要： 本发明公开了一种基于星敏感器和星间链路的HEO卫星群相对测量方法，首先以HEO卫星对地观测为任务需求，设计两个卫星为主星和子星编队飞行构型和轨道参数，然后提出主星星敏感器观测子星需要满足四种基本光照条件：主星和子星相对距离满足观测特定距离要求；子星处在太阳光照区能被完全观测；地球或其他天体未进入星敏感器视场；子星可视星等小于可视星等阈值，其次判断主星星敏感器能否观测到子星：子星是否在星敏感器视场范围；子星是否在星敏感器二维像面阵内，最后计算子星相对主星方向矢量和方位角与俯仰角，为主星自主连续观测子星提供数据支持。