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(zhēng)向?qū)Ш筋I(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，進(jìn)一步增強(qiáng)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(shí)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(shì)。本文針對(duì)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(jìn)行研究，主要解決如何通過(guò)星間網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)星間雙向觀測(cè)和星間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。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(duì)星間網(wǎng)絡(luò)的工程需求；根據(jù)開(kāi)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(cè)距實(shí)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?fù)淇刂撇呗缘葲Q定星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要因素；以衛(wèi)星見(jiàn)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。
　　⑵研究衛(wèi)星采用點(diǎn)波束條件下的星間建鏈問(wèn)題。分析了采

3、用點(diǎn)波束進(jìn)行星間組網(wǎng)時(shí)，星間觀測(cè)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(shí)變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆椒?，將時(shí)變拓?fù)涞逆溌贩峙鋯?wèn)題轉(zhuǎn)換為固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的鏈路分配問(wèn)題，大大簡(jiǎn)化了問(wèn)題的復(fù)雜度；以兼顧星間觀測(cè)和網(wǎng)絡(luò)通信需求為目標(biāo)，建立了點(diǎn)波束分配問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，對(duì)鏈路分配問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述，明確了解決問(wèn)題要達(dá)到的實(shí)際目標(biāo)，給出了鏈路分配問(wèn)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(shí)現(xiàn)最大化星間

4、觀測(cè)基礎(chǔ)上力求降低網(wǎng)絡(luò)的整網(wǎng)代價(jià)，對(duì)工程應(yīng)用具有較強(qiáng)的理論參考價(jià)值。
　?、茄芯啃l(wèi)星采用環(huán)帶廣域波束條件下的時(shí)分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）工作機(jī)制。根據(jù)導(dǎo)航星座星間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jià)計(jì)算公式，得出了被搶占衛(wèi)星的選擇策略；在明確時(shí)隙優(yōu)化目標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用圖論方法

5、對(duì)隙編排優(yōu)化的目標(biāo)并進(jìn)行了數(shù)學(xué)抽象和描述，提出了該體制下的時(shí)隙優(yōu)化編排算法。通過(guò)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(duì)也可用于其他領(lǐng)域TDMA機(jī)制研究。
　　⑷研究了星間網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)廣播問(wèn)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(wèn)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，即解算圖的邊代價(jià)和最小連