面向干涉SAR任務的集群航天器是航天器系統(tǒng)在對地觀測領域的一種創(chuàng)新應用,有效地結合了集群航天器分布式協(xié)同工作技術與多維SAR干涉技術的優(yōu)勢,但相關研究仍存在諸多不足。因此,本文對面向干涉SAR任務的集群航天器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸關鍵技術進行了深入研究,主要包括以下內(nèi)容:基于J2攝動下航天器軌道動力學模型以及HILL方程,建立了集群航天器間和集群內(nèi)的運動模型。結合圖論基礎理論,構建了集群航天器網(wǎng)絡的基本圖結構,并針對網(wǎng)絡拓撲時變的特性提出了多時隙靜態(tài)拓撲優(yōu)化組合的研究方法。結合排隊論M/M/1模型對網(wǎng)絡內(nèi)的數(shù)據(jù)流進行了描述與定義,并分析了集群航天器網(wǎng)絡在無線多跳情形下泊松流的傳輸性質。結合圖論和排隊論理論分別建立了集群航天器網(wǎng)絡、干涉SAR任務及其數(shù)據(jù)流模型,依據(jù)天線方向角模型和信號自由空間衰減模型給出集群航天器內(nèi)和集群間的網(wǎng)絡拓撲構建方法。基于網(wǎng)絡仿真軟件NS-3提出面向干涉SAR任務的集群航天器網(wǎng)絡仿真模型,并驗證了其有效性,然后分別從集群網(wǎng)絡拓撲時變和不同網(wǎng)絡負載兩個角度對SAR任務數(shù)據(jù)傳輸性能進行分析,明確了當前數(shù)據(jù)傳輸方法的不足與改進方法�；诤教炱飨鄬\動HILL方程建立了集群航天器有界空間模型,并對該有界空間的分布密度、體積等參數(shù)進行了分析,然后分別提出了導航信息已知和未知情況下的容量優(yōu)化的多跳多時隙并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方法,最后結合航天器的泊松數(shù)據(jù)流排隊與服務模型,構建了集群航天器網(wǎng)絡在時延約束下的網(wǎng)絡容量理論模型,分析了時延、路由參數(shù)以及容量三者之間的關系,并通過同集群網(wǎng)絡仿真結果對比驗證了所提出的航天器網(wǎng)絡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)絡的單跳和多跳數(shù)據(jù)傳輸能耗模型,建立了網(wǎng)絡多星協(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值模型,提出了多星協(xié)作任務中可靠性優(yōu)先的動態(tài)拓撲優(yōu)化方法RAT。仿真結果表明了基于圖結構的可靠性優(yōu)先的拓撲優(yōu)化方法能夠提高航天器在動態(tài)運動下信息交互的穩(wěn)定性。采用ARIMA和小波神經(jīng)網(wǎng)絡的組合預測模型,分別對集群航天器網(wǎng)絡負載的線性和非線性兩部分進行了預測。考慮到集群間通信鏈路的不確定性,利用信息交互時的多普勒頻移,提出了集群間鏈路的存活時間估計方法�；趥鹘y(tǒng)OLSR算法和本文提出的可靠性優(yōu)先拓撲優(yōu)化策略,構建了中心控制和分布式傳輸相結合的集群航天器數(shù)據(jù)路由策略(OLSR-LB),并通過引入拓撲時隙內(nèi)平均負載預測機制以及局部擁塞處理方法,解決了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢撦d均衡問題。仿真結果表明了負載均衡的OLSR-LB路由策略能適應集群航天器網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化以及負載的多樣變化,具有一定的工程應用價值。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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任務概況
        1.2.2 集群航天器發(fā)展現(xiàn)狀及關鍵技術
        1.2.3 集群航天器網(wǎng)絡容量研究
        1.2.4 集群航天器網(wǎng)絡拓撲優(yōu)化研究
        1.2.5 集群航天器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)路由研究
    1.3 論文的主要研究內(nèi)容
第2章 集群航天器網(wǎng)絡相關基礎理論
    2.1 引言
    2.2 集群航天器運動描述
        2.2.1 坐標系定義
        2.2.2 集群航天器運動模型
    2.3 集群航天器網(wǎng)絡描述
        2.3.1 圖論相關理論
        2.3.2 集群航天器網(wǎng)絡圖結構
    2.4 集群航天器數(shù)據(jù)流描述
        2.4.1 排隊論相關理論
        2.4.2 集群航天器泊松分布數(shù)據(jù)流
    2.5 本章小結
第3章 面向干涉SAR任務的集群航天器網(wǎng)絡模型及仿真
    3.1 引言
    3.2 面向干涉SAR任務的集群航天器網(wǎng)絡模型
        3.2.1 集群航天器網(wǎng)絡描述
        3.2.2 干涉SAR任務工作模型
        3.2.3 干涉SAR任務數(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任務的集群航天器網(wǎng)絡仿真建模
        3.4.1 仿真模型結構
        3.4.2 仿真環(huán)境搭建
        3.4.3 仿真主要流程
        3.4.4 路由算法及性能評價指標
    3.5 仿真結果及性能分析
        3.5.1 仿真場景
        3.5.2 仿真結果及性能分析
    3.6 本章小結
第4章 時延約束下的集群航天器網(wǎng)絡容量研究
    4.1 引言
    4.2 問題描述
    4.3 模型、定義及假設
    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 容量優(yōu)化的集群航天器數(shù)據(jù)傳輸
        4.5.1 多時隙并發(fā)傳輸方法
        4.5.2 數(shù)據(jù)多跳傳輸方法
    4.6 時延約束下的網(wǎng)絡容量
        4.6.1 網(wǎng)絡容量模型
        4.6.2 時延和網(wǎng)絡容量的折衷關系
    4.7 數(shù)值仿真及結果分析
        4.7.1 模型特性分析
        4.7.2 容量模型有效性驗證
    4.8 本章小結
第5章 基于圖結構的集群航天器網(wǎng)絡拓撲優(yōu)化方法
    5.1 引言
    5.2 問題描述
    5.3 面向干涉SAR任務的集群航天器網(wǎng)絡拓撲特性分析
        5.3.1 拓撲可靠性分析
        5.3.2 網(wǎng)絡單跳與多跳能耗分析
    5.4 基于ESMT圖的靜態(tài)拓撲優(yōu)化方法
        5.4.1 基于ESMT圖的集群航天器靜態(tài)拓撲
        5.4.2 靜態(tài)拓撲特性分析
    5.5 可靠性優(yōu)先的動態(tài)拓撲優(yōu)化方法
        5.5.1 鏈路可靠性權值
        5.5.2 可靠性優(yōu)先拓撲優(yōu)化方法
    5.6 仿真結果及性能分析
    5.7 本章小結
第6章 負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 航天器通信鏈路負載預測
        6.3.1 ARIMA預測模型
        6.3.2 小波神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型
        6.3.3 航天器負載預測模型
    6.4 集群航天器鏈路穩(wěn)定性預測
    6.5 負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 路由信息預處理
        6.5.3 路由表建立與維護
        6.5.4 虛擬拓撲計算與負載預測
    6.6 仿真結果及性能分析
    6.7 本章小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個人簡歷

【參考文獻】

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本文編號：2828154