發(fā)布時(shí)間：2020-03-21 22:43

【摘要】：深空探測(cè)是在人造衛(wèi)星、載人航天、月球探測(cè)等領(lǐng)域取得重大成就的基礎(chǔ)上,向更廣闊的太陽(yáng)系及太陽(yáng)系外的空間發(fā)展和探索的空間活動(dòng),分布式組網(wǎng)探測(cè)是深空探測(cè)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。由于通信距離遠(yuǎn)、信號(hào)能量衰減嚴(yán)重、信噪比極低、鏈路環(huán)境復(fù)雜,導(dǎo)致深空信道中存在大尺度衰落、長(zhǎng)時(shí)延、間歇性中斷的物理特性。而現(xiàn)有的空間通信協(xié)議,大多源自于地面通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的衍生或改造,在深空組網(wǎng)信道中的應(yīng)用存在數(shù)據(jù)吞吐量低、鏈路擁塞嚴(yán)重等問(wèn)題。因此,在分布式組網(wǎng)探測(cè)任務(wù)中,空間通信協(xié)議的部署和設(shè)計(jì)必須首先研究其賴以依存的物理信道特性。本文對(duì)深空組網(wǎng)通信場(chǎng)景下,深空信道衰落特性對(duì)空間通信協(xié)議的影響進(jìn)行研究,目的是從信號(hào)傳輸?shù)奈锢憝h(huán)境入手,探索深空組網(wǎng)通信協(xié)議的部署方法,解決現(xiàn)有空間協(xié)議在深空通信場(chǎng)景中應(yīng)用的吞吐量低、鏈路擁塞等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,為協(xié)議的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供借鑒。課題研究?jī)?nèi)容主要包括:(1)基于電磁波信號(hào)傳輸?shù)纳羁胀ㄐ艌?chǎng)景,分析了深空信道固有的衰落特性、間歇性中斷特性、長(zhǎng)時(shí)延特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?重點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)閃爍、大氣衰落、大尺度自由空間損耗對(duì)信號(hào)傳輸所造成的幅度衰落、頻譜擴(kuò)展、相位閃爍進(jìn)行計(jì)算分析和仿真。(2)為了降低太陽(yáng)閃爍對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?提出了一種適用于星際通信鏈路的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。該方法根據(jù)通信鏈路與太陽(yáng)的幾何關(guān)系,計(jì)算太陽(yáng)風(fēng)中等離子體作用于無(wú)線電波的幅度統(tǒng)計(jì)特性、時(shí)間譜特性,將計(jì)算結(jié)果作為通信鏈路的頻率選擇、傳輸信號(hào)帶寬設(shè)計(jì)、調(diào)制方式選擇、鎖相環(huán)路帶寬設(shè)計(jì)的約束條件。(3)分析了現(xiàn)有空間協(xié)議的模型及各部分實(shí)現(xiàn)功能,深入剖析了TCP/IP協(xié)議、CCSDS協(xié)議、DTN協(xié)議的發(fā)展趨勢(shì)及其在深空組網(wǎng)通信場(chǎng)景中應(yīng)用的不足之處。(4)對(duì)深空信道特性對(duì)現(xiàn)有空間協(xié)議的影響進(jìn)行了研究,仿真分析了誤碼率對(duì)協(xié)議吞吐量的影響、長(zhǎng)延時(shí)對(duì)協(xié)議握手機(jī)制的影響、中斷對(duì)協(xié)議重傳機(jī)制的影響。(5)以火星通信場(chǎng)景為例,構(gòu)建了地-火組網(wǎng)協(xié)議架構(gòu),建立了基于STK-ION-CORE的虛擬仿真平臺(tái),對(duì)誤碼率、時(shí)延、中斷三種特征對(duì)TCP協(xié)議、LTP協(xié)議、SCPS-TP協(xié)議的通信性能影響情況進(jìn)行了仿真分析,提出了按照地球基站-中繼星、中繼星-火星軌道器、火星軌道器-火星基站分段進(jìn)行空間通信協(xié)議部署的方法,并對(duì)分段協(xié)議的性能進(jìn)行了仿真分析。本課題的創(chuàng)新點(diǎn)包括:1)針對(duì)深空通信鏈路中信道衰落特性對(duì)空間通信協(xié)議的吞吐量、鏈路連接影響問(wèn)題,提出了一種分段進(jìn)行協(xié)議部署的方法,從物理層入手解決空間組網(wǎng)協(xié)議部署中的可靠鏈接問(wèn)題,為上層空間協(xié)議的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。2)在對(duì)太陽(yáng)閃爍對(duì)無(wú)線電波的傳輸產(chǎn)生的幅度衰落、譜擴(kuò)展、相位閃爍現(xiàn)象進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上,基于其對(duì)S、X、Ka頻段通信信號(hào)的影響程度仿真結(jié)果,提出了一種太陽(yáng)閃爍影響下的星際通信鏈路參數(shù)設(shè)計(jì)方法,可作為深空通信鏈路參數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。3)針對(duì)空間組網(wǎng)中多種異構(gòu)協(xié)議共存的問(wèn)題,提出了一種空間鏈路協(xié)議盲識(shí)別的方法,可解決非協(xié)作目標(biāo)協(xié)議特征的識(shí)別和認(rèn)知問(wèn)題,為空間組網(wǎng)中異構(gòu)協(xié)議的融合應(yīng)用提供了借鑒。最后,對(duì)課題進(jìn)一步的研究方向進(jìn)行了總結(jié)和展望。
【圖文】：

圖 1. 1 IPN 概念 年，NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的 Vint Cerf 開始了關(guān)于lanetary Internet, IPN）的研究[17, 18]，概念如圖 1.1 所示，目的是統(tǒng)咨詢委員會(huì)(CCSDS)在空間通信標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作成技術(shù)相結(jié)合，為建立空——地一體的新網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)方面的探索，將空間信息網(wǎng)絡(luò)分成兩種類型：低延時(shí)網(wǎng)絡(luò)和長(zhǎng)延時(shí)網(wǎng)絡(luò)。署基于 TCP/IP 協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)建立能夠適應(yīng)較長(zhǎng)延時(shí)干網(wǎng)，創(chuàng)建低延時(shí)與高延時(shí)環(huán)境的中繼網(wǎng)關(guān)來(lái)連接這些分散的在這種探索中被建立起來(lái)的。所以說(shuō)，DTN 網(wǎng)絡(luò)的最初設(shè)計(jì)的組成部分，其存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)是為了應(yīng)對(duì)極長(zhǎng)的時(shí)延和間歇性 年，美國(guó)開始實(shí)施 OMNI 試驗(yàn)計(jì)劃（Operating Mission as No[19, 20]，該項(xiàng)目擬采用地面商用 IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)空間通信，并于 20

圖 1. 2 NASASCaN 網(wǎng)絡(luò)通信體系2006 年，NASA 下屬機(jī)構(gòu)——空間通信與導(dǎo)航辦公室 SCaN(SpaceCommunications and Navigation)[23]對(duì)其擁有的空間通信及定位的相關(guān)資產(chǎn)及基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理和系統(tǒng)集成，整合近地網(wǎng)絡(luò)(the Near Earth Network, NEN)、空間網(wǎng)絡(luò)(the Space Network, SN)和深空網(wǎng)絡(luò) (the Deep Space Network, DSN)，至2026 年的發(fā)展規(guī)劃如圖 1.2 所示[24]，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)高度集成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為位于整個(gè)太陽(yáng)系內(nèi)的空間飛行任務(wù)提供通信與導(dǎo)航服務(wù)，，包括數(shù)據(jù)收發(fā)、跟蹤、定位和授時(shí)。按照計(jì)劃，2019 年近地網(wǎng)絡(luò)中的用戶終端通信速率將達(dá)到 200Gbps。歐洲衛(wèi)星通信綜合倡議組織（Integral Satcom Initiative, ISI）從 2009 年開始研究開發(fā)名為“面向全球通信的綜合空間基礎(chǔ)設(shè)施”（ISICOM）[25]，即天基綜合全球通信網(wǎng)，通信介質(zhì)采用微波和激光鏈路相結(jié)合的方式，其目標(biāo)是建立一個(gè)基于 IP 的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大容量空間信息傳輸。該天基網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1.3。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN927

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;用Internet進(jìn)行空間通信[J];航天技術(shù)與民品;2000年09期

2 葛林,邱昆,陽(yáng)樹宗,邱琪;半導(dǎo)體激光空間通信幾個(gè)問(wèn)題的探討[J];半導(dǎo)體光電;1998年05期

3 仲夏;;日本成立空間通信新技術(shù)研究公司[J];國(guó)外空間動(dòng)態(tài);1987年08期

4 曲陽(yáng);曹顯瑩;;光學(xué)穩(wěn)像技術(shù)在空間通信中的應(yīng)用研究[J];現(xiàn)代職業(yè)教育;2018年19期

5 王圣,蘇金樹;空間通信設(shè)備的輻射閂鎖故障及對(duì)策[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2003年28期

6 姚繼明;郭經(jīng)紅;梁云;黃鳳;黃莉;;白空間通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J];電力信息與通信技術(shù);2015年12期

7 從征;可使自由空間通信簡(jiǎn)化的混沌反射鏡[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2000年03期

8 閆崢;王夢(mèng)源;;空間通信中調(diào)制與編碼熱點(diǎn)技術(shù)探析[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào);2015年05期

9 李云飛;;空間通信中的網(wǎng)絡(luò)可靠性分析[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2012年23期

10 葛林,唐明光;光空間通信中幾個(gè)問(wèn)題的探討[J];光通信技術(shù);1998年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前5條

1 黃科;張磊;雷菁;;TCPSNACK協(xié)議在空間通信中的性能分析及改進(jìn)[A];2008年中國(guó)高校通信類院系學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2009年

2 王洋;楊宏;陳曉光;夏奕;;空間通信中基于噴泉編碼的分層LTP協(xié)議設(shè)計(jì)[A];第十三屆衛(wèi)星通信學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2017年

3 蘇桐;劉舵;李瑤;盛立志;趙寶升;;空間X射線通信傳輸模型與功率分析[A];2015 年（第七屆）西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2015年

4 魏晨曦;房鴻瑞;;NASA未來(lái)深空測(cè)控新概念研究[A];中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)第七次學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議手冊(cè)及文集[C];2009年

5 王培章;晉軍;李平輝;;太赫茲通信技術(shù)的研究與展望[A];2013年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2013年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前8條

1 張保慶;未來(lái)空間通信新變革[N];中國(guó)航天報(bào);2017年

2 ;光空間通信(FSO)技術(shù)及應(yīng)用[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2003年

3 Devin Powell　胡德良 編譯;激光技術(shù)改善空間通信[N];中國(guó)社會(huì)科學(xué)報(bào);2013年

4 Devin Powell 胡德良 譯;利用激光技術(shù)改善空間通信[N];光明日?qǐng)?bào);2013年

5 周紅;自由空間通信寬帶接入新方式[N];計(jì)算機(jī)世界;2003年

6 莊福友;集聚智慧 通達(dá)全球[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2015年

7 本報(bào)記者 劉霞;“走丟”的衛(wèi)星渴望回家[N];科技日?qǐng)?bào);2018年

8 長(zhǎng)文;巴星1R及地面站正式啟用[N];中國(guó)航天報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 姚秀娟;深空信道衰落特性對(duì)空間通信協(xié)議的影響研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心);2018年

2 史立;空間數(shù)據(jù)通信與組網(wǎng)技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（計(jì)算技術(shù)研究所）;2006年

3 燕威;低密度奇偶校驗(yàn)碼在空間通信中的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心);2017年

4 費(fèi)曉飛;空間通信協(xié)議安全性研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2008年

5 廖勇;統(tǒng)一信息網(wǎng)空間數(shù)據(jù)通信傳輸協(xié)議研究[D];重慶大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張林杰;TCP/SCPS網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];北京郵電大學(xué);2014年

2 丁銳;SCPS-TP協(xié)議在空間通信中的研究與仿真[D];電子科技大學(xué);2011年

3 王律強(qiáng);X射線空間通信誤碼率研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2015年

4 賈成剛;空間通信網(wǎng)絡(luò)中的探索式路由算法研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

5 黃楠楠;基于衛(wèi)星協(xié)作的空間信息傳輸性能分析[D];重慶郵電大學(xué);2017年

6 陳超然;應(yīng)用于空間通信的LDPC碼編譯碼研究與實(shí)現(xiàn)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

7 王騰達(dá);基于EXATA和STK的空間通信網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];山東大學(xué);2015年

8 劉洋;空間通信網(wǎng)絡(luò)中可靠傳輸協(xié)議研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

9 朱吉利;空間通信中高效編碼SOQPSK技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2013年

10 蔡丹琳;DTN仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];山東大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2594047