面向干涉SAR任務(wù)的集群航天器是航天器系統(tǒng)在對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域的一種創(chuàng)新應(yīng)用,有效地結(jié)合了集群航天器分布式協(xié)同工作技術(shù)與多維SAR干涉技術(shù)的優(yōu)勢(shì),但相關(guān)研究仍存在諸多不足。因此,本文對(duì)面向干涉SAR任務(wù)的集群航天器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究,主要包括以下內(nèi)容:基于J2攝動(dòng)下航天器軌道動(dòng)力學(xué)模型以及HILL方程,建立了集群航天器間和集群內(nèi)的運(yùn)動(dòng)模型。結(jié)合圖論基礎(chǔ)理論,構(gòu)建了集群航天器網(wǎng)絡(luò)的基本圖結(jié)構(gòu),并針對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)變的特性提出了多時(shí)隙靜態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化組合的研究方法。結(jié)合排隊(duì)論M/M/1模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行了描述與定義,并分析了集群航天器網(wǎng)絡(luò)在無線多跳情形下泊松流的傳輸性質(zhì)。結(jié)合圖論和排隊(duì)論理論分別建立了集群航天器網(wǎng)絡(luò)、干涉SAR任務(wù)及其數(shù)據(jù)流模型,依據(jù)天線方向角模型和信號(hào)自由空間衰減模型給出集群航天器內(nèi)和集群間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建方法�；诰W(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS-3提出面向干涉SAR任務(wù)的集群航天器網(wǎng)絡(luò)仿真模型,并驗(yàn)證了其有效性,然后分別從集群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)變和不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載兩個(gè)角度對(duì)SAR任務(wù)數(shù)據(jù)傳輸性能進(jìn)行分析,明確了當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸方法的不足與改進(jìn)方法�；诤教炱飨鄬�(duì)運(yùn)動(dòng)HILL方程建立了集群航天器有界空間模型,并對(duì)該有界空間的分布密度、體積等參數(shù)進(jìn)行了分析,然后分別提出了導(dǎo)航信息已知和未知情況下的容量?jī)?yōu)化的多跳多時(shí)隙并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方法,最后結(jié)合航天器的泊松數(shù)據(jù)流排隊(duì)與服務(wù)模型,構(gòu)建了集群航天器網(wǎng)絡(luò)在時(shí)延約束下的網(wǎng)絡(luò)容量理論模型,分析了時(shí)延、路由參數(shù)以及容量三者之間的關(guān)系,并通過同集群網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了所提出的航天器網(wǎng)絡(luò)容量理論模型的有效性�；谝浑A射頻能耗模型提出了面向干涉SAR的集群航天器網(wǎng)絡(luò)的單跳和多跳數(shù)據(jù)傳輸能耗模型,建立了網(wǎng)絡(luò)多星協(xié)同工作的可靠性模型,然后基于ESMT圖理論和可靠性鏈路權(quán)值模型,提出了多星協(xié)作任務(wù)中可靠性優(yōu)先的動(dòng)態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化方法RAT。仿真結(jié)果表明了基于圖結(jié)構(gòu)的可靠性優(yōu)先的拓?fù)鋬?yōu)化方法能夠提高航天器在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)下信息交互的穩(wěn)定性。采用ARIMA和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組合預(yù)測(cè)模型,分別對(duì)集群航天器網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的線性和非線性兩部分進(jìn)行了預(yù)測(cè)�？紤]到集群間通信鏈路的不確定性,利用信息交互時(shí)的多普勒頻移,提出了集群間鏈路的存活時(shí)間估計(jì)方法。基于傳統(tǒng)OLSR算法和本文提出的可靠性優(yōu)先拓?fù)鋬?yōu)化策略,構(gòu)建了中心控制和分布式傳輸相結(jié)合的集群航天器數(shù)據(jù)路由策略(OLSR-LB),并通過引入拓?fù)鋾r(shí)隙內(nèi)平均負(fù)載預(yù)測(cè)機(jī)制以及局部擁塞處理方法,解決了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)載均衡問題。仿真結(jié)果表明了負(fù)載均衡的OLSR-LB路由策略能適應(yīng)集群航天器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化以及負(fù)載的多樣變化,具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V412.41
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
        1.1.1 集群航天器網(wǎng)絡(luò)概念
        1.1.2 課題研究目的與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 空間干涉SAR任務(wù)概況
        1.2.2 集群航天器發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)
        1.2.3 集群航天器網(wǎng)絡(luò)容量研究
        1.2.4 集群航天器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化研究
        1.2.5 集群航天器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由研究
    1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 集群航天器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)基礎(chǔ)理論
    2.1 引言
    2.2 集群航天器運(yùn)動(dòng)描述
        2.2.1 坐標(biāo)系定義
        2.2.2 集群航天器運(yùn)動(dòng)模型
    2.3 集群航天器網(wǎng)絡(luò)描述
        2.3.1 圖論相關(guān)理論
        2.3.2 集群航天器網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)
    2.4 集群航天器數(shù)據(jù)流描述
        2.4.1 排隊(duì)論相關(guān)理論
        2.4.2 集群航天器泊松分布數(shù)據(jù)流
    2.5 本章小結(jié)
第3章 面向干涉SAR任務(wù)的集群航天器網(wǎng)絡(luò)模型及仿真
    3.1 引言
    3.2 面向干涉SAR任務(wù)的集群航天器網(wǎng)絡(luò)模型
        3.2.1 集群航天器網(wǎng)絡(luò)描述
        3.2.2 干涉SAR任務(wù)工作模型
        3.2.3 干涉SAR任務(wù)數(shù)據(jù)流模型
    3.3 航天器數(shù)據(jù)傳輸模型
        3.3.1 集群內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸
        3.3.2 集群間數(shù)據(jù)傳輸
    3.4 面向干涉SAR任務(wù)的集群航天器網(wǎng)絡(luò)仿真建模
        3.4.1 仿真模型結(jié)構(gòu)
        3.4.2 仿真環(huán)境搭建
        3.4.3 仿真主要流程
        3.4.4 路由算法及性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
    3.5 仿真結(jié)果及性能分析
        3.5.1 仿真場(chǎng)景
        3.5.2 仿真結(jié)果及性能分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 時(shí)延約束下的集群航天器網(wǎng)絡(luò)容量研究
    4.1 引言
    4.2 問題描述
    4.3 模型、定義及假設(shè)
    4.4 有界空間下航天器分布模型
        4.4.1 有界空間分布模型
        4.4.2 分布模型特性分析
    4.5 容量?jī)?yōu)化的集群航天器數(shù)據(jù)傳輸
        4.5.1 多時(shí)隙并發(fā)傳輸方法
        4.5.2 數(shù)據(jù)多跳傳輸方法
    4.6 時(shí)延約束下的網(wǎng)絡(luò)容量
        4.6.1 網(wǎng)絡(luò)容量模型
        4.6.2 時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)容量的折衷關(guān)系
    4.7 數(shù)值仿真及結(jié)果分析
        4.7.1 模型特性分析
        4.7.2 容量模型有效性驗(yàn)證
    4.8 本章小結(jié)
第5章 基于圖結(jié)構(gòu)的集群航天器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化方法
    5.1 引言
    5.2 問題描述
    5.3 面向干涉SAR任務(wù)的集群航天器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦苑治?br>        5.3.1 拓?fù)淇煽啃苑治?br>        5.3.2 網(wǎng)絡(luò)單跳與多跳能耗分析
    5.4 基于ESMT圖的靜態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化方法
        5.4.1 基于ESMT圖的集群航天器靜態(tài)拓?fù)?br>        5.4.2 靜態(tài)拓?fù)涮匦苑治?br>    5.5 可靠性優(yōu)先的動(dòng)態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化方法
        5.5.1 鏈路可靠性權(quán)值
        5.5.2 可靠性優(yōu)先拓?fù)鋬?yōu)化方法
    5.6 仿真結(jié)果及性能分析
    5.7 本章小結(jié)
第6章 負(fù)載均衡的集群航天器數(shù)據(jù)路由算法
    6.1 引言
    6.2 問題描述
    6.3 航天器通信鏈路負(fù)載預(yù)測(cè)
        6.3.1 ARIMA預(yù)測(cè)模型
        6.3.2 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型
        6.3.3 航天器負(fù)載預(yù)測(cè)模型
    6.4 集群航天器鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)
    6.5 負(fù)載均衡的集群航天器數(shù)據(jù)路由
        6.5.1 集群航天器數(shù)據(jù)路由算法
        6.5.2 路由信息預(yù)處理
        6.5.3 路由表建立與維護(hù)
        6.5.4 虛擬拓?fù)溆?jì)算與負(fù)載預(yù)測(cè)
    6.6 仿真結(jié)果及性能分析
    6.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷

【參考文獻(xiàn)】

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