深空通信中基于中继选择的文件传输协议

针对深空通信传播时延大、误码率高以及链路间歇性中断的问题,提出一种基于中继选择的深空文件传输协议。该协议将文件传输过程分为跳到跳发送和端到端重传2个阶段。在发送阶段,提出一种中继选择算法,通过分析天体运动规律选择合适的中继节点,并结合深空链路信道特点,分析链路丢包率和信道增益的关系,选择最优中继链路逐跳进行传输,降低丢包率进而减少重传次数;在重传阶段,目的端对数据包进行校验和检查,丢失的数据包通过端到端链路进行重传,保证文件的可靠传输。仿真结果表明,当端到端误码率大于10－5时,所提协议能有效减少重传次数,进而降低传输时延。在误码率为10－3时,与空间数据系统咨询委员会（consultative committee for space data systems,CCSDS）提出的文件传输协议（CCSDS file delivery protocol,CFDP）相比,该协议的传输时间缩短了40％,能较好地适应深空通信环境。     

带宽优化的深空快速文件传输协议

针对目前深空文件传输协议可靠传输服务中存在的文件传输时延较长或带宽利用率较低的问题,利用CCSDS文件传输协议(CCSDS file delivery protocol,CFDP)在延迟NAK模式下(deferred NAK)的文件传输时延随协议数据单元(protocol data unit,PDU)长度减小而递减的函数关系,通过优化文件重传阶段的PDU长度,实现高带宽利用率下的文件快速传输. 理论分析和仿真结果表明,在典型的地球-火星通信场景下,本文提出的文件传输协议与CFDP协议相比可以以小于1%的通信带宽为代价缩短文件传输时延约12%,与RSFDP协议相比可以在文件传输时延增加约15%的条件下将通信带宽降低约3%.      

深空探测对我国地面测控站升级的需求?

我国近年建成的深空测控网可以对未来的火星探测任务和其他深空探测任务实现自主测量和控制,并且同时具备对深空探测器的微波测速测距和VLBI测量能力.遥远深空探测任务加大了微波信号在星-地链路之间的往返传输时间,改变了测控链路信号的上、下行路线几何构型,导致同一个天线系统难以对探测器同步完成上、下行链路的业务,是对目前地面测控通信能力的挑战.本文以典型的火星探测为例,分析了深空探测器的微波闭环跟踪测控对我国深空测控系统单站设备的升级需求,并对深空站相应的改造提出了建议:1)单站单一天线上、下行时分交替测控模式;2)利用设置了单一天线的多个深空测控站协同三程开环链路测控,实现对探测器的控制和遥测;3)采用DSN/JPL/NASA的方案,在每个深空测控站配置多套天线系统,全部天线共用台站时频资源实现单站闭环上、下行实时连续测控.     

中国火星探测器首亮相

<正>2019年10月11日,中国航天科技集团通过其官方微博首次公开了中国火星探测器实物照片。据深空探测首席科学家叶培建介绍,火星探测准备工作已就绪,火星探测器暂命名为"火星一号"。据了解,中国火星探测任务计划同时携带环绕器、着陆器和巡视器,即在一次火星探测过程中实现"绕""落""巡"三大任务。探测器发射升空后,先在地球附近加速,进入霍曼转移轨道,再在火星附近减速被火星捕获。由于通过霍曼转移轨道从地球轨     

深空通信中基于Turbo码的混合ARQ方案

为解决把空间数据系统咨询委员会（CCSDS）推荐的Turbo码直接用于深空通信基于小波变换的图像压缩数据纠错效率低的问题，提出了一种适合于其传输的混合ARQ方案。它是根据图像小波变换后数据重要性不同的特点，利用CCSDS推荐的用于深空通信的Turbo码本身的纠错性能，并充分结合了不同混合ARQ方案的优点提出的。通过与不同混合ARQ方案的FER和系统吞吐量的性能仿真结果比较分析表明，该方法由于充分考虑了深空通信本身的特点。因而在满足数据容错性要求的同时，提高了传输效率。     

深空光通信链路特性分析及功率预算

深空光通信链路距离非常远,要求功率预算非常严格。影响通信链路特性的因素很多,功率预算往往需要很复杂的折中考虑。重点分析了链路距离、光学天线直径、光束发散角、大气信道损耗、光学系统损耗、探测器灵敏度等因素对链路方程、探测器信噪比和通信误码率的影响。提出了结合链路方程、信噪比和误码率对发射功率进行预算的新方法。开展了7 km地面间光通信室外演示验证实验,对大气信道损耗、光学系统损耗等进行了测试;开展了光束发散角、探测器灵敏度的室内测试实验。实验结果和理论分析基本吻合,表明该预算方法具有应用于深空光通信的可行性。     

DTN中基于转发概率的散发和等待路由

针对DTN中散发和等待路由中继节点的选择存在盲目性的问题,提出了一种基于转发概率的散发和等待路由协议R-SW.该协议采用"基于转发概率散发+控制拷贝数量"的原则,选择中继节点时进行转发概率的比较,只将报文转发给转发概率较大的中继节点;其次,转发报文数目根据转发概率动态确定,即转发概率高的节点获得较多的转发;另外,加入拥塞控制机制.使用NS2网络模拟软件对算法进行测试,结果表明:所提出的算法可以减少开销和时延,提高报文的投递率,适合在DTN中应用.     

基于视觉的火星探测器着陆运动参数估计

火星探测是我国深空探测的重要目标之一,精确估计火星探测器自主着陆时的运动参数是实现自主着陆的前提.在探测器所携带相机内参数已知的情况下,研究2幅图片中特征点之间的对应关系,得出火星探测器空间三维运动信息,以实现其运动参数估计.首先进行特征点检测,然后进行特征点匹配,根据匹配结果估计出基础矩阵F;然后进行本质矩阵的计算、姿态解算和幅值恢复,对所得运动参数进行非线性优化;最后通过仿真实验验证了上述方法的有效性.     

火星,我来啦

正当当当,好消息!7月23日12时41分,我国首个火星探测器升空,向遥远的火星进发。7月28日晚间,它传回一张地月合影……我国首次火星探测任务我国首次火星探测任务(行星探测工程天问一号任务)已经正式实施,这标志着我国深空探测踏上新的征程,意义非凡,鼓舞人心。今年7月,同期发射的还有美国"毅力"号火星车、阿联酋"希望"号火星探测器。3个国家之所以都选择这段时间,并非凑热闹,而是为了抓住最佳发射时机。     

深空探测器VLBI成图技术研究

VLBI天线阵通过交替观测深空探测器与邻近河外射电参考源,所获数据经过相关处理后可进行相位参考成图,获得深空探测器图像.图像中心的位置对应着探测器与位置精确已知的参考源的相对位置,可用于探测器的高精度定位.但VLBI是一种稀疏干涉阵列阵,其成图原理不同于光学成像.本文研究了深空探测器VLBI成图技术,包括目标脏图重建和去卷积图像恢复算法,编写了专门的成图软件ProbeMap.利用该软件,中国VLBI网数据中心完成了对嫦娥三号和火星快车的实测数据成图处理.比对结果验证了本文成图方法的正确性.未来该技术可用于我国月球与深空探测器的高精度成图定位.     

火星探测器跟踪及VLBI测定轨分析

我国将于2020年首次发射由轨道器和火星车组成的火星探测器.火星探测器的跟踪及精密测定轨是完成工程任务和科学探测的前提.本文首先分析了火星探测器跟踪技术.然后在简述好奇号火星车VLBI观测频度和测定轨精度的基础上,以2020年7月发射的火星探测器为例,给出了深空机动、近火制动、平面机动、降轨前等关键测控弧段的太阳等离子体时延、各测站观测仰角等参数.分析了我国VLBI网对火星探测器的测定轨能力以及关键弧段的测定轨精度.用5 d的测距测速数据、测速测距+VLBI数据分别进行定轨并预报2 d至近火制动点,三维定轨误差(1σ,下同)由只用测速测距时的45.7 km降至18.8 km,近火点高度预报误差由28.2 km降至7.6 km,体现了VLBI在近火制动等关键测控弧段对定轨和轨道预报精度提高的贡献.在测距、测速和VLBI时延测量误差降低后,近火制动段定轨和预报误差会进一步降低.     

测控通信网络可生存性建模与分析

测控通信系统是地面指控中心与深空探测器联系的纽带,为了保证探测任务的顺利完成,测控通信网络中使用了大量冗余设备,但不必要的设备冗余不仅不会增加网络的可靠性反而会使网络结构更加复杂,增加后期维护成本,造成资源浪费.针对深空测控通信网络提出一种基于韧性度的可生存性研究方法,同时在计算韧性度时使用了模拟退火粒子群算法并对其进行优化,降低了韧性度计算时的时间复杂度.通过对两种基本网络和一种深空探测信息网络进行仿真,验证了分析方法的有效性.     

火星探测困难重重

据统计,自从人类开始探测火星以来,全球共发射了38个火星探测器,其中美国18个,苏联17个,俄罗斯1个,日本1个,欧洲1个。但其中一半都以失败告终,只有19个探测器成功地对火星进行了探测,所以很多人把火星称作"探测器     

基于组件的可重配置协议栈模型及实现技术

在通用协议栈概念的基础上,引入集中式协议栈管理和分散式分层协议管理相结合的新的重配置控制管理功能,提出一种改进的、基于组件的分层可重配置协议栈模型,给出其协议栈重配置方法,详尽阐述了利用面向对象方法实现协议组件分解、合成、替换和通信的软件技术.     

Ad hoc网络MAC层协议模拟研究

当前Ad hoc网络的研究大多基于模拟环境,对于MAC协议的模拟,大型模拟软件存在使用困难、不够精确等不足之处.为了进行MAC协议的相关研究,设计了一个小型的Ad hoc网络MAC协议模拟器;它对物理信道进行模拟,以数据字节作为最小的模拟单位,比较适合MAC协议的研究;同时可以使网络运行可视化,便于MAC协议的早期开发与调试.本模拟器采用面向对象方法和多线程协议栈模型,具有很好的扩展性;采用收发器类解决了模拟中遇到的同步问题.设计了一种新的比较适合MAC协议模拟的流量模型.给出了模拟器的设计思路和相关的测试.     

卫星系统与地球轨道概述

1卫星系统 典型通信卫星平台包括下列系统。 1.1通信和数据处理系统通信和数据处理系统执行3个独立功能：接收和解调从地面站通过指令链路发射给卫星的信息;通过数据链路发送记录（遥控）数据或实时数据至地面接收站;通过遥测链路发送平台设备数据和其他遥测数据至地面站。     

系统可观测性理论与深空探测自主导航方法专题·编者按

近年来,我国月球及深空探测技术发展迅速. 2020年12月17日,随着嫦娥五号返回器携带1731克月壤返抵地球,历经16年我国圆满完成了探月工程"绕、落、回"三步走战略目标,也开启了后续深空探测的新篇章. 2021年2月24日,我国首个行星际探测器"天问一号"进入火星停泊轨道,经过近3个月的环绕探测后,于5月15日成功软着陆,在火星探测史上首次一步实现"绕、落、巡".     

软件定义广域网中基于IPv6分段路由的双栈流量调度算法

针对当前软件定义广域网在应对企业园区部署双协议栈出口链路、园区之间支持双协议栈通信的网络架构下,存在园区任意协议栈出口链路失效时,园区间双栈流量不可通信的问题,提出了一种适用于软件定义广域网的IPv4/IPv6双协议栈环境下的流量调度算法。该算法基于快速重路由机制,通过结合基于IPv6的分段路由技术分为路径编码算法和报文处理算法2部分实现。在广域网双栈出口任一链路失效时将不同园区的双栈流量进行调度。通过在Mininet中的仿真模拟验证了算法的可行性,并利用带宽测量工具iPerf对链路性能进行测量,测量数据表明利用双栈流量调度算法进行双栈流量调度极大地提高了园区间双栈链路的利用率和服务质量。     

一种DTN路由算法

针对DTN长延时、高动态拓扑、节点分布稀疏、频繁断路等网络特性,提出一种基于存储-携带-转发机制的DTN路由算法.该算法的源节点不以建立到目的节点的路由为发送数据的前提,而是在通信范围内选择与目的节点之间传输概率最大的节点,作为数据中继节点,中继节点存储数据,遇到目的节点或更优中继节点进行数据转发,经过逐跳携带转发,最终到达目的节点.在存储-携带-转发过程中,充分利用网络频繁变化的特点,针对到目的节点或更优中继节点的短时局部连通路径,采用Ad Hoc网络路由策略,提高效率.通过NS2仿真表明:所提出的算法具有较好的性能,适合在DTN中应用.     

地球上,我们正整装待发

在深空探索领域,中国的步伐越来越快,正在以"后起之秀"的态势,聚集起靠自己开启"太空时代"的力量. 中国首个火星探测器"萤火"一号计划于今年10月和俄罗斯的"福布斯-土壤"卫星一起,搭乘"天顶"号运载火箭发射升空."萤火"一号既能适应火星上超过100℃的昼夜温差,又能从休眠状态中按时苏醒.由于与地面测控站的一次往返"对话"就需44分钟,在大多数情况下,"萤火"一号必须有强大的自控能力来"自己管自己".好在所有地面模拟试验证明,它已经在技术上做好充分准备(1月3日新华网).