衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著軍事斗爭向?qū)Ш筋I(lǐng)域的不斷擴展，進一步增強導(dǎo)航戰(zhàn)能力、提高系統(tǒng)頑存性、解決區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)局限性的需求日益迫切，使得發(fā)展星間鏈路實現(xiàn)導(dǎo)航星座星間組網(wǎng)成為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本文針對星間鏈路技術(shù)支持下的星間組網(wǎng)若干關(guān)鍵技術(shù)進行研究，主要解決如何通過星間網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)星間雙向觀測和星間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、琶枋隽诵情g鏈路條件下的星地聯(lián)合工作模式及星座自主工作模式，明確了系統(tǒng)對星間網(wǎng)絡(luò)的工程需求；根據(jù)開放系統(tǒng)

2、互連/參考模型（OSI/RM）定制適用于導(dǎo)航系統(tǒng)星間網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，描述了在此體系結(jié)構(gòu)下的星間測距實現(xiàn)、分層結(jié)構(gòu)及各層的功能定義；分析得出星座構(gòu)型、星載天線波束賦形及掃描范圍、網(wǎng)絡(luò)拓撲控制策略等決定星間網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的主要因素；以衛(wèi)星見的幾何關(guān)系為基礎(chǔ)，提出了星間可視性的數(shù)學(xué)定義，在考慮星載天線波束覆蓋（或掃描）范圍的約束條件下，提出了一種基于星座幾何結(jié)構(gòu)的星間可視性解析算法。
　?、蒲芯啃l(wèi)星采用點波束條件下的星間建鏈問題。分析了采

3、用點波束進行星間組網(wǎng)時，星間觀測所需的切換與通信網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性之間存在的矛盾；以有限狀態(tài)思想為基礎(chǔ)，提出了一種處理時變網(wǎng)絡(luò)拓撲的方法，將時變拓撲的鏈路分配問題轉(zhuǎn)換為固定拓撲結(jié)構(gòu)下的鏈路分配問題，大大簡化了問題的復(fù)雜度；以兼顧星間觀測和網(wǎng)絡(luò)通信需求為目標，建立了點波束分配問題的數(shù)學(xué)模型，對鏈路分配問題進行了數(shù)學(xué)描述，明確了解決問題要達到的實際目標，給出了鏈路分配問題的處理流程。提出了一種適用于導(dǎo)航系統(tǒng)星間網(wǎng)絡(luò)的鏈路分配算法，在實現(xiàn)最大化星間

4、觀測基礎(chǔ)上力求降低網(wǎng)絡(luò)的整網(wǎng)代價，對工程應(yīng)用具有較強的理論參考價值。
　?、茄芯啃l(wèi)星采用環(huán)帶廣域波束條件下的時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）工作機制。根據(jù)導(dǎo)航星座星間拓撲結(jié)構(gòu)特點，提出了一種適用于導(dǎo)航系統(tǒng)星間組網(wǎng)的可搶占TDMA體制，在此基礎(chǔ)上上定義了TDMA幀結(jié)構(gòu)和搶占方式，推導(dǎo)了該體制下兩星之間鏈路代價計算公式，得出了被搶占衛(wèi)星的選擇策略；在明確時隙優(yōu)化目標的基礎(chǔ)上，利用圖論方法

5、對隙編排優(yōu)化的目標并進行了數(shù)學(xué)抽象和描述，提出了該體制下的時隙優(yōu)化編排算法。通過仿真分析，本文提出的TDMA體制與傳統(tǒng)TDMA相比具有更好的網(wǎng)絡(luò)通信性能，理論成果對也可用于其他領(lǐng)域TDMA機制研究。
　?、妊芯苛诵情g網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)廣播問題。采用構(gòu)建骨干子網(wǎng)方式解決星間網(wǎng)據(jù)廣播路由中的廣播風(fēng)暴問題，分析了虛擬骨干網(wǎng)與支配集理論之間的內(nèi)在聯(lián)系，闡述了基于虛擬骨干網(wǎng)的數(shù)據(jù)廣播方法；建立了構(gòu)建虛擬骨干網(wǎng)問題的數(shù)學(xué)模型，即解算圖的邊代價和最小連