星地融合网络的上行链路覆盖性能分析模型

星地融合网络可以提供天、空、地、海立体全场景信息覆盖,满足用户多样的业务需求。针对星地融合网络,提出了基于覆盖概率的星座数和基站数的分析模型（AMCP）。该模型为星地融合网络的上行链路覆盖概率提供了分析方法。表述卫星星座数和基站数对用户信号的干扰,构建满足用户覆盖概率条件下的卫星星座数和基站密度的表达式。通过仿真分析了卫星星座数和基站密度对覆盖概率的影响,仿真结果为设计星地融合网络提供分析基础。     

强化学习框架下移动自组织网络分步路由算法

移动自组织网络是一种无基础设施、由移动通信节点组成的无线网络,具有高动态特性。传统的路由协议并不能适应节点移动性带来的频繁拓扑变化,简单的洪泛路由也会因开销过大降低网络的性能。针对如何在移动自组织网络中自适应地进行路由选择,提出强化学习框架下的分步路由选择算法。该算法以最小链路总往返时延为目标,基于强化学习进行路由搜寻,在筛选出符合目标需求节点集合的基础上,结合置信度选择路由。在链路变得不可靠时,数据包被广播给筛选出的邻居节点集以提升路由可靠性并降低开销。对提出的算法在分组到达率和路由开销等主要性能指标进行数值仿真分析。仿真结果表明,提出的分步路由算法相比于基于强化学习的智能鲁棒路由,在降低开销的同时,保持着相当的吞吐率。     

基于强化学习的移动自组织网络分步路由算法*

移动自组织网络是一种无基础设施、由移动通信节点组成的无线网络,具有高度的动态特性。传统的路由协议并不能适应节点移动性带来的频繁拓扑变化,简单的洪泛路由也会因开销过大降低网络的性能。针对如何在移动自组织网络中自适应地进行路由选择,提出了一种基于强化学习的分步路由选择算法。该算法以最小链路总往返时延为目标,基于强化学习进行路由搜寻,在筛选出符合目标需求节点集合的基础上,结合置信度选择路由。在链路变得不可靠时,数据包被广播给筛选出的邻居节点集来提升路由可靠性并降低开销。对提出的算法在分组到达率和路由开销等主要性能指标进行数值仿真分析,仿真结果表明,提出的分步路由算法相比于基于强化学习的智能鲁棒路由,在降低开销的同时,保持着相当的吞吐率。     

卫星中断容忍网络路由算法研究

针对卫星网络易中断、长时延等问题,提出一种适合卫星DTN网络的路由算法——SDTNR算法。该算法在节点缓存中设置了3个存放不同服务等级报文的队列,队列根据报文响应比排序,响应比小的报文优先发送。SDTNR算法根据卫星运行规律,建立节点选择表并实时更新该表,根据表中信息选择满足条件的节点作为下一跳节点,以此保证通信的可靠性。仿真结果表明,SDTNR与EPR、PR、FC 3种算法相比,SDTNR更好地提高了报文的投递率、降低了网络开销和平均时延。     

多层卫星通信网络结构设计与分析

针对单层卫星网络时延高、网络阻塞概率大等问题,研究了多层卫星网络的系统结构及其特点。结合不同轨道卫星特点,引入分层卫星网络结构,采用Walker和极轨星座覆盖带设计法,设计了多层卫星网络星座。采用"弱连接"模型作为星际链路建立的基本原则,并对星座的覆盖性能和星际链路特性进行了仿真分析,结果表明,多层卫星网络在覆盖特性和星际链路性能上更具优势。     

一种新的卫星导航星间链路测距体制及其定轨性能分析

现有的GPS星间链路轮询时分测距体制未针对定轨性能进行优化。对轮询时分测距体制进行改进,提出了一种新的分组时分测距体制,通过对整星座所有卫星进行分组测距来提高星间测距链路数量,从而提高星地星间联合定轨精度。以整星座平均定轨精度最优为目标,提出了两步优化算法,得到星间总测距链路数最多的卫星分组,使每组内卫星的星间测距DOP值最小。仿真结果表明,采用优化算法得到的最优分组时分测距方式对卫星定轨精度有明显改善。     

卫星网络中面向TCP报文传输的资源调度算法

为了增强卫星网络中TCP协议的性能,首先提出了一种卫星链路下的TCP性能模型,该模型可以反映出带宽约束下TCP性能相关参数对有效吞吐率的影响;其次,基于该模型提出了一种动态规划解决方案,通过求解吞吐率代价函数,得到优化的数据传输策略,该方案不仅能够方便地平衡卫星基站对TCP吞吐率或公平性的要求,还可帮助TCP协议适应卫星衰减链路的各项特征变化。仿真试验表明:该算法能够有效地改进卫星传输TCP的性能。     

基于星间链路GNSS自主完好性加权算法

全球卫星导航系统在自主导航工作模式下,传统的地面支持完好性系统无法满足用户的完好性要求。因此提出一种基于星间链路的全球卫星导航系统(GNSS)自主完好性加权算法,通过改进稳健估计理论中的M-估计对星间链路测距加权的计算方法,降低故障卫星星间测距值的影响,以保持星座自主时间同步和精密定轨处理的连续、稳定与精度。仿真结果表明,在一颗及两颗故障卫星情况下,基于星间链路的GNSS自主完好性加权算法,可以有效地消除故障卫星对自主导航精密定轨的影响,星座具有与无故障时相当的自主定轨精度。     

卫星数传调度模型研究

卫星数传调度问题是一个具有多时间窗口、多资源约束的优化问题。针对该问题,建立了卫星数传需求模型、任务模型和调度模型。在建模过程中,采用了框架模型形式,把问题中的主要约束封闭于每个数传任务中,这在降低调度模型复杂度的同时,也降低了调度算法设计难度。还提出了调度算法设计思想,并设计了一基于灵活度的调度算法。仿真表明,所建立的模型及算法对解决卫星数传调度问题是可行的。     

区域性覆盖的卫星轨道和星座设计

探讨了区域性覆盖卫星星座设计方法.为实现我国区域连续覆盖,对倾斜圆轨道星座,σ星座,椭圆回归轨道星座,极轨卫星星座,赤道轨道星座等设计方案优缺点进行研究,综合比较和仿真分析,赤道轨道星座和倾斜圆轨道星座,是对我国区域连续覆盖的较好方案.     

基于动态流能量高效的无线传感网路由算法

针对无线传感网中结点能量受限,提出了一种基于动态流能量高效的路由算法DFEERA(Dynamic Flow-based Energy-Efficient Routing Algorithm)。该算法通过在无线传感网内设置多个基站收集区域内传感器结点的数据流拓扑结构建立数据传输能量消耗模型,将该模型转换为最大流问题求解最优传输路径,作为某时期内结点数据传输路径。随着结点能量的消耗,动态调整该能量消耗模型重新规划路径,作为新的传输路径,从而平衡结点间的能量消耗,提高网络结点的存活率。仿真结果表明,与其他典型的路由算法相比,DFEERA能够更好地平衡结点的能耗,获得更高的能量消耗率和更长的网络生存期。     

多媒体传感器网络中基于ACO的QoS路由协议

针对目前无线多媒体传感器网络QoS路由协议算法复杂、能耗较大等缺点,提出将蚁群优化算法用于改进无线多媒体传感器网络的路由选择.首先,抽象出多媒体传感器网络QoS 路由模型,进而,利用蚁群算法设计了一个运用带网络约束条件的权值去更新信息素浓度增量的路由算法--AntWMSN算法,AntWMSN算法利用正向蚂蚁F_(ant)收集链路带宽、时延、丢包率等参数,结合精华蚂蚁系统更新本地节点的网络状态模型以及每个访问过的节点上的信息素,从而找到满足多约束QoS条件下的最佳路由.仿真结果表明,该算法具有分布式全局优化网络路由选择的特性,比传统的QoS路由协议具有更好的收敛性,并且在满足网络对QoS参数需求的前提下,有效地提高了网络的生命周期.     

改进蚁群算法在DSR路由协议中的应用

针对移动Ad hoc网络节点移动频繁和单路径DSR路由协议不能均衡负载、网络健壮性低以及蚁群算法存在局部查询最优的问题,提出一种改进的蚁群算法,并把改进的蚁群算法应用到单路径路由协议DSR,设计出基于蚁群算法的多路径路由协议IDSR,通过仿真实验,从影响Ad hoc网络路由协议性能优劣的3个主要指标来比较IDSR、DSR路由协议和SMR路由协议的性能,实验结果表明,虽然改进协议IDSR路由开销比DSR、SMR稍有增加,但分组的投递率和平均端到端延时性能都有明显提高。     

一种适用于高空平台通信网的抗毁路由协议

为了提升高空平台(HAP)通信系统的抗毁性,同时充分利用HAP网络准动态的特点,在原目的节点序列距离矢量(DSDV)路由协议基础上,通过设计局部备份路由和改进路由维护策略,提出了一种适用于HAP网络的简单可靠的路由协议。该协议通过设计双候选下一跳提高系统抗毁性,同时在路由维护时不广播路由分组,而采用短握手信息检测链路有效性,以此降低链路开销。最后,利用网络仿真软件OPNET构建了路由协议仿真模型,验证了协议的有效性。     

局部空域覆盖的回归轨道预警星座设计方法

针对低轨预警卫星星座设计问题,提出一种局部空域覆盖的回归轨道预警星座设计方法。根据可能来袭弹道确定需覆盖的空域,利用目标与卫星的可见性条件,求出能有效覆盖的卫星位置集合,以时间覆盖缝隙最小化为目标建立星座的优化模型,并给出基于最优轨道的求解算法。实例分析发现,对实例中空域的无时缝覆盖只需要8颗卫星。     

近地卫星Ka频段数传链路抗雨衰ACM模式设计

针对近地卫星数传时的信道时变性和严重的Ka频段雨衰现象，采用自适应编码调制（ACM）技术能够充分利用链路资源，相对于传统的固定编码调制方式，进一步提高了链路的数据吞吐量。提出了近地卫星Ka频段数传链路ACM模式设计方法，在降雨环境下建立Ka频段数传链路模型，根据信道状况确定ACM选用模式；采用基于导频符号的最大似然信噪比估计算法结合移动平均的平滑方法实现信道估计，有效地减小了估计值的波动。仿真结果表明，无论晴天还是雨天，采用提出的卫星数传链路ACM模式设计方法，能够在保证系统可靠性的同时获取较高的数据吞吐量。     

IDRP：行星际DTN路由协议

为解决星际网络场景下的数据传输问题,提出了一种星际容延迟网络路由协议:利用节点的历史连接信息来预测该节点与其各个邻居节点的连接恢复时间;当两个位于同一个域的节点互相连接时,交换彼此的连接时间预测表,并据此决定是否需要使用对方作为中继节点;深空节点的存储资源常常受限,在进行路由选择时将节点的存储区消耗情况也纳入决策。使用NS2进行地-火通信场景仿真,使用一种改进的泛洪路由和一种仅选择网关节点作为下一跳选择的路由策略作对比。仿真结果表明相比其他两种协议,提高了14%的投递成功率并减少了50%的平均传输延迟,并更有效的利用了节点存储资源。     

基于selfGDE3算法的低轨预警系统优化设计方法

为有效解决低轨预警系统多目标优化设计的问题,研究并提出了一种自适应控制参数通用差异演化算法,建立了低轨预警系统优化设计的空间覆盖模型、定位精度模型和星座成本模型,根据自适应控制参数通用差异演化算法的优化流程,建立了系统优化目标函数,并对优化中的离散变量等特殊情况进行了处理,最后在特定的约束和仿真参数下得出低轨预警系统星座方案,通过仿真验证了方法的有效性。     

太阳观测卫星的数传天线波束及其指向设计

针对三轴稳定对日指向姿态的太阳同步轨道卫星,提出为获得最大对地数据传输时间的天线波束设计及布局方案。根据某型太阳观测卫星的轨道姿态设计方案,建立数传天线对指定地面站的天线波束指向仿真模型;使用卫星工具包STK仿真软件,分析不同波束角方案及其可能的指向对数传时间的影响,发现了对日指向卫星与对地指向卫星在数传时间上的不同规律,找到最优的天线波束布局来获得最大的数传时间;根据星载数传能力与不同天线波束宽度之间的关系,获得传输数据的最佳天线波束宽度,为这类卫星数传天线的波束设计及其布局提供设计依据。     

微纳卫星姿态确定与控制半实物仿真系统设计

航天器姿态控制系统需要特殊的运行环境,在地面很难考核,这给系统可靠性带来一定的风险。针对微纳卫星的特点,设计并研制了一套面向微纳卫星的姿态确定与控制半实物仿真系统。该系统通过数字化模型模拟卫星姿态轨道运动、敏感器模型产生敏感器测量数据、执行器模型生成控制力矩、敏感器模拟器实现通信协议,最终实现姿态控制系统的全系统仿真。这套系统可以接入卫星控制系统回路,实现对姿控系统软件、硬件的考核,同时验证算法的性能。基于该系统,对天拓三号卫星姿控系统进行地面半实物仿真,并对比在轨试验数据,结果表明系统设计合理,仿真结果可信。