【摘要】：星間鏈路是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分。組網(wǎng)技術(shù)是星間鏈路的關(guān)鍵技術(shù),須從星間測距與通信性能優(yōu)化的角度對星間鏈路組網(wǎng)技術(shù)進行深入研究。星間鏈路可以采用寬波束與點波束兩種形式的星間天線,兩種天線形式下組網(wǎng)技術(shù)具有不同特點。星間鏈路的工作模式逐漸從單一的自主導(dǎo)航向星地一體化數(shù)據(jù)傳輸與定軌方向發(fā)展,要求星間鏈路組網(wǎng)技術(shù)針對星地聯(lián)合工作性能進行優(yōu)化。在此背景下,論文針對星間鏈路組網(wǎng)技術(shù)開展了以下四個方面的研究工作:(1)針對點波束星間鏈路現(xiàn)有的網(wǎng)狀鏈路分配方法未對星間測距與通信性能進行優(yōu)化的問題,提出了一種基于整網(wǎng)平均觀測幾何精度因子與整網(wǎng)平均鏈路傳輸時延綜合加權(quán)的鏈路代價最小化的鏈路分配方法。分析與仿真結(jié)果表明,本文提出的鏈路分配方法星間測距與通信性能明顯優(yōu)于網(wǎng)狀鏈路分配方法。每分配5個星座網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行一次鏈路代價計算時,整網(wǎng)平均觀測幾何精度因子可從3.06降低到1.34,整網(wǎng)平均點到點鏈路傳輸時延從218ms略降至211ms。(2)針對星間鏈路缺乏鏈路異常檢測方法,無法有效解決鏈路中斷條件下路由傳輸?shù)膯栴},提出了一種基于鏈路中斷檢測和K短路徑的抗毀路由算法。分析與仿真結(jié)果表明,鏈路發(fā)生中斷時采用本文提出的抗毀路由算法比鏈路正常時最多僅增加1跳傳輸,未明顯增加鏈路負擔(dān)。(3)針對寬波束時分體制星間鏈路現(xiàn)有的輪詢時分測距體制星間觀測幾何結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化,制約聯(lián)合定軌精度提升的問題,提出了一種分組時分的星間測距體制和基于整網(wǎng)平均觀測幾何精度因子最小化的衛(wèi)星分組算法。分析與仿真結(jié)果表明,分組時分測距體制聯(lián)合定軌精度明顯優(yōu)于輪詢時分測距體制。當(dāng)星間星地測距誤差為均值0.6m、標(biāo)準(zhǔn)差0.3m的正態(tài)分布誤差模型時,最優(yōu)衛(wèi)星分組條件下的聯(lián)合定軌精度可從2.45m提高到1.26m。(4)針對目前缺乏有效的衛(wèi)星導(dǎo)航星間鏈路整網(wǎng)干擾影響分析方法的問題,提出了一種兼顧定軌與通信性能的整網(wǎng)干擾影響評估方法。分析與仿真結(jié)果表明,整網(wǎng)平均定軌精度損失可有效衡量被干擾衛(wèi)星數(shù)量,整網(wǎng)通信阻斷率與整網(wǎng)平均鏈路傳輸時延增量可有效衡量被干擾衛(wèi)星在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度。根據(jù)干擾影響分析結(jié)果,從星間鏈路工作模式抗干擾的角度得出了星間鏈路應(yīng)該采用的安全防護策略。論文研究成果已應(yīng)用于我國自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路的體制論證和設(shè)備研制等相關(guān)項目中。
[Abstract]:Intersatellite link is an important part of satellite navigation system. The networking technology is the key technology of intersatellite link. It is necessary to study the intersatellite link networking technology from the angle of intersatellite ranging and communication performance optimization. Two types of intersatellite antenna can be used in the intersatellite link, which are wide beam and dot beam. The networking technology has different characteristics under the two kinds of antenna forms. The mode of operation of intersatellite link is gradually developing from single autonomous navigation to integrated satellite and earth data transmission and orbit determination. The intersatellite link networking technology is required to optimize the performance of satellite and ground joint operation. In this context, the following four aspects of the research work are carried out in this paper: (1) the existing mesh link allocation methods for spot beam intersatellite links do not optimize the performance of intersatellite ranging and communication. In this paper, a link allocation method is proposed, which is based on the weight of the geometric precision factor of the whole network average observation and the average transmission delay of the whole network. The analysis and simulation results show that the proposed link allocation method is superior to the mesh link allocation method in the performance of intersatellite ranging and communication. The average geometric precision factor of the whole network can be reduced from 3.06 to 1.34 when every five constellation network topologies are allocated to calculate the link cost once. The average point-to-point transmission delay of the whole network is slightly reduced from 218ms to 211ms.2.In view of the lack of link anomaly detection method for intersatellite links, the problem of routing transmission under the condition of link interruption cannot be effectively solved. A robust routing algorithm based on link interrupt detection and K short path is proposed. The analysis and simulation results show that the proposed survivability routing algorithm can only increase 1 hop transmission when the link is interrupted. (3) for the existing intersatellite link of the wide beam time division system, the geometry structure of the existing polling time division ranging system is not optimized enough, which restricts the improvement of the precision of joint orbit determination. A packet time division ranging scheme and a satellite grouping algorithm based on the minimum geometric precision factor of the whole network average observation are proposed. The results of analysis and simulation show that the combined orbit determination accuracy of grouping time division ranging system is obviously better than that of polling time division ranging system. When the mean error is 0.6 m and the standard deviation is 0.3 m, the normal distribution error model is obtained. The precision of joint orbit determination can be improved from 2.45 m to 1.26 m under the optimal satellite packet condition. (4) in view of the lack of effective methods for analyzing the interference of satellite navigation inter-satellite link in the whole network at present, the precision of orbit determination can be improved from 2.45 m to 1.26 m. In this paper, a method for evaluating the impact of whole network interference is proposed, which takes both orbit determination and communication performance into account. The results of analysis and simulation show that the loss of orbit determination accuracy of the whole network can effectively measure the number of jammed satellites, and the interdiction rate of the whole network and the increment of the average link transmission delay of the whole network can effectively measure the importance of the jammed satellites in the network. According to the results of interference effect analysis, the security protection strategy should be adopted in intersatellite link from the angle of intersatellite link operation mode anti-jamming. The research results of this paper have been applied to the system demonstration and equipment development of the intersatellite link of autonomous satellite navigation system in China.
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN967.1

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本文編號：2420116