彭海軍 王 玲 黃文德 楊 俊

1.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長沙410082 2.國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院，長沙410073

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一種虛實結(jié)合的星間鏈路組網(wǎng)地面試驗驗證框架*

彭海軍1, 2王 玲1黃文德2楊 俊2

1.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長沙410082 2.國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院，長沙410073

建立地面試驗驗證環(huán)境是降低星間鏈路技術(shù)風(fēng)險的有效途徑。針對導(dǎo)航衛(wèi)星組網(wǎng)功能和性能的測試問題，本文提出一種星間鏈路組網(wǎng)地面試驗驗證框架。該框架根據(jù)星間鏈路信息處理流程，設(shè)計基于虛(虛擬衛(wèi)星)實(實際衛(wèi)星)結(jié)合的星地試驗方案，并采用正交試驗測試技術(shù)測試組網(wǎng)算法。通過對星間鏈路試驗場景和試驗方法的設(shè)計，實現(xiàn)對星間鏈路組網(wǎng)功能和性能的測試與評估分析。結(jié)果表明，該框架能滿足單星網(wǎng)絡(luò)接入、整網(wǎng)組網(wǎng)測試等地面試驗驗證需求，為降低地面試驗成本和風(fēng)險提供了一種可行方案。 關(guān)鍵詞 星間鏈路；正交試驗；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；路由策略；框架設(shè)計

星間鏈路是我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的重要方向，發(fā)展星間鏈路對我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有重要意義[1-3]。星間鏈路組網(wǎng)技術(shù)是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)自主導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一[4]。在系統(tǒng)建設(shè)前期，開展單星網(wǎng)絡(luò)接入、整網(wǎng)組網(wǎng)測試等地面驗證工作是實現(xiàn)高效可靠星間組網(wǎng)的前提。

目前，美國GPS是唯一一個具備星間鏈路能力的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其研發(fā)的GPS Block IIR和GPS Block IIF已經(jīng)具備星間鏈路組網(wǎng)能力，并在2012年進(jìn)行了GPSIII與OCX通信鏈路軟件和硬件接口的測試[5]。近些年，美國在GPSIII的組網(wǎng)測試方面做了大量的研究，提出了一些GPSIII通信組網(wǎng)策略，最終形成了一套基于空間、控制、用戶段的DOT&E GPSIII測試評估體系[6]。國內(nèi)也在開展新一代北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的試驗研究，已于2015年3月30號發(fā)射了新一代北斗試驗衛(wèi)星，并將開展新一代北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路關(guān)鍵技術(shù)驗證工作。

許多專家學(xué)者對星間鏈路組網(wǎng)進(jìn)行了研究，并針對不同的建鏈約束提出了多種星間鏈路組網(wǎng)算法[1，2，4]；也有學(xué)者利用STK，OPNET，Simulink，局域網(wǎng)測試，半物理仿真等方法對星間組網(wǎng)算法進(jìn)行仿真和評估，驗證了特定組網(wǎng)算法的可行性[7-11]。但由于現(xiàn)實條件的復(fù)雜性和特殊性，對星間鏈路組網(wǎng)需要綜合考慮建鏈跳數(shù)、通信頻率、天線發(fā)射功率、天線切換速率、數(shù)據(jù)誤碼率、建鏈功耗、建鏈時延、同一時刻建鏈數(shù)量、故障處理能力和空間環(huán)境等多方面的因素[12]，需要研究適用于實際星間鏈路組網(wǎng)功能和性能測試的試驗驗證系統(tǒng)。

為解決上述問題，本文提出一種虛實結(jié)合的星間鏈路組網(wǎng)地面試驗框架，即設(shè)計由實際衛(wèi)星參與和地面站虛擬星間衛(wèi)星構(gòu)成的系統(tǒng)平臺。為提高地面試驗驗證的效率，采用正交試驗方法，降低試驗風(fēng)險、減少試驗成本，提高測試的覆蓋性。

1 地面試驗驗證框架設(shè)計

1.1 星間鏈路組網(wǎng)試驗分析

進(jìn)行星間鏈路組網(wǎng)試驗時，除保證試驗過程中通信體制(時分體制)[1]、組網(wǎng)協(xié)議與實際星間鏈路一致之外，還需要在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)環(huán)境上做到與實際星間鏈路近似。根據(jù)我國北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)需求：北斗星座將由24MEO+3IGSO+3GEO構(gòu)成。對該星座進(jìn)行仿真分析，得到表1的星座可見性分析結(jié)果。

表1 北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座可見性分析

表1數(shù)據(jù)表明：單顆衛(wèi)星可能存在至少與10顆以上的衛(wèi)星保持建鏈的需求；星地距離與星間距離保持在同一數(shù)量級左右；任意衛(wèi)星具備至少6h的理論試驗時間，且地面同一時段可見衛(wèi)星數(shù)至少大于11顆。對于組網(wǎng)協(xié)議和組網(wǎng)體制，地面能做到與實際星間一致；并且在時分體制下，單顆衛(wèi)星同一時刻只與1顆衛(wèi)星進(jìn)行建鏈，使得地面能夠分時承擔(dān)多顆虛擬衛(wèi)星角色。因此，設(shè)計合理的試驗，補(bǔ)償組網(wǎng)環(huán)境差異，才能使地面組網(wǎng)試驗具有驗證組網(wǎng)部分功能和性能的能力。

1.2 星間鏈路組網(wǎng)地面試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述星間鏈路組網(wǎng)地面試驗設(shè)計要求，需構(gòu)建一個能與待測衛(wèi)星載荷構(gòu)成全星座組網(wǎng)的閉環(huán)測試環(huán)境。因此，地面試驗應(yīng)具備4個條件： 1)滿足星間鏈路組網(wǎng)節(jié)點數(shù)； 2)星地全星座閉環(huán)保持時間同步； 3)能夠?qū)φ麄€閉環(huán)測試環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和控制； 4)能夠?qū)υ囼灁?shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲。由于研制衛(wèi)星設(shè)備投入量大，可重復(fù)性不高，而地面站設(shè)備具備靈活性，可由固定設(shè)備或移動設(shè)備組成，基于此，可用地面站來模擬試驗衛(wèi)星節(jié)點，組成虛實結(jié)合網(wǎng)絡(luò)參與試驗。因此，地面試驗系統(tǒng)由試驗衛(wèi)星、地面站、地面控制中心、地面網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、時間同步、測控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。整個地面試驗系統(tǒng)組成結(jié)果如圖1所示。

圖1 虛實結(jié)合星間鏈路組網(wǎng)地面試驗驗證系統(tǒng)組成圖

整個星間鏈路地面試驗以時間同步為基準(zhǔn)。試驗衛(wèi)星與地面站采用目前組網(wǎng)首選的Ka頻段[1，13]進(jìn)行無線組網(wǎng)通信，地面各系統(tǒng)通過有線網(wǎng)絡(luò)采用UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中，試驗衛(wèi)星應(yīng)滿足我國新一代北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)計需求，配置高精度時鐘(如銣鐘)，并保持良好的兼容性，試驗期間主要完成新一代衛(wèi)星導(dǎo)航本身的任務(wù)和配合地面完成在軌試驗任務(wù)；地面系統(tǒng)主要包括試驗系統(tǒng)的虛擬衛(wèi)星部分、控制部分和地面輔助系統(tǒng)，其中地面站組成的虛擬衛(wèi)星節(jié)點主要完成與衛(wèi)星建鏈的功能；控制中心完成任務(wù)規(guī)劃、調(diào)度和評估功能，地面輔助系統(tǒng)如測控系統(tǒng)等用于輔助完成整個試驗的開展；時間同步系統(tǒng)作為地面試驗的關(guān)鍵支撐，用于保持整個地面試驗系統(tǒng)與衛(wèi)星的時間同步功能；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于試驗數(shù)據(jù)的分析和存儲，最終為試驗提供可信的試驗結(jié)果，并用于指導(dǎo)下一次試驗的開展。

1.3 星間鏈路組網(wǎng)地面試驗框圖設(shè)計

星間鏈路組網(wǎng)地面試驗執(zhí)行框圖如圖2所示。整個流程大體可分為4個部分：試驗前期準(zhǔn)備、試驗設(shè)計、試驗執(zhí)行和試驗結(jié)果分析。1)試驗前期準(zhǔn)備包括時間同步、試驗初始信息獲取、試驗因素分析。其中，時間同步系統(tǒng)為整個試驗提供時間基準(zhǔn)，確保整個試驗順利進(jìn)行，初始狀態(tài)信息獲取主要包括衛(wèi)星軌道、姿態(tài)、指向等信息，地面站工作狀態(tài)、指向、位置信息和環(huán)境信息等數(shù)據(jù)的獲取；根據(jù)初始信息，判斷地面試驗是否具備開展條件； 2)試驗設(shè)計包括對組網(wǎng)算法的仿真分析、正交試驗設(shè)計和虛擬通道控制等關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計； 3)試驗執(zhí)行是將生成的試驗任務(wù)下發(fā)到地面站和試驗衛(wèi)星，然后對試驗生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析計算，用于繼續(xù)開展正交試驗設(shè)計；4)試驗結(jié)果分析是對正交試驗結(jié)果進(jìn)行處理，根據(jù)組網(wǎng)算法的試驗結(jié)果判斷其是否具備在軌后星間組網(wǎng)的條件。

圖2 虛實結(jié)合星間鏈路組網(wǎng)地面試驗驗證流程

2 星間鏈路組網(wǎng)試驗關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬拓?fù)涔芾砑夹g(shù)

為了通過有限地面站點模擬各種星間鏈路拓?fù)湎峦ㄐ盘幚砹鞒?，需在地面站?guī)劃配置信息中加上一些控制信息，使地面站能夠近似模擬實際衛(wèi)星，模擬整個星間鏈路的運行流程。本文在文獻(xiàn)[11]的虛擬移動和虛擬拓?fù)涔芾矸椒ㄉ线M(jìn)行拓展，采用新的虛擬拓?fù)涔芾黻P(guān)鍵虛擬技術(shù)支持地面試驗。

虛擬拓?fù)涔芾韴?zhí)行如圖3所示，在承擔(dān)多于試驗站點數(shù)量的星間鏈路組網(wǎng)時，單個地面站在天線跟蹤能力和處理能力下，通過時分復(fù)用技術(shù)，承擔(dān)多顆虛擬衛(wèi)星任務(wù)。在時間段T1，地面虛擬模擬Virtual1任務(wù)；在時間段T2，地面站讀取控制文件和虛擬衛(wèi)星參數(shù)，處理虛擬衛(wèi)星Virtual2任務(wù)，……；地面站通過執(zhí)行控制指令調(diào)整天線，使處理流程與實際星間鏈路網(wǎng)絡(luò)過程保持一致。

圖3 虛擬拓?fù)涔芾砑夹g(shù)實現(xiàn)

地面試驗方案設(shè)計時，首先收集地面站和衛(wèi)星的當(dāng)前狀態(tài)信息，進(jìn)行試驗因素分析；然后將地面站參數(shù)作為規(guī)劃方案算法輸入?yún)?shù)，設(shè)計出滿足虛擬拓?fù)錀l件的規(guī)劃方案；最后將設(shè)計的規(guī)劃方案作為地面試驗規(guī)劃方案執(zhí)行。

2.2 虛擬通道技術(shù)

地面站承擔(dān)虛擬衛(wèi)星時，需模擬衛(wèi)星所有功能，同時也要消除星地環(huán)境帶來的影響。因此，通過虛擬通道技術(shù)可使星地鏈路逼近實際星間鏈路。虛擬通道實現(xiàn)過程如圖4所示。

圖4 虛擬通道實現(xiàn)圖

2.2.1 延時控制

星地測量時，測距結(jié)果可表示為[14]：

ρ=ρ0+ρtro+ρion+ρpha+ρΔτ+δ

(1)

式中,ρ,ρ0,ρtro,ρion,ρpha,ρΔτ,δ分別為實際測距結(jié)果、測距準(zhǔn)確值、對流層、電離層、相位中心偏移、設(shè)備延時及隨機(jī)噪聲引入的測距誤差。因此，環(huán)境誤差和偽距都可以通過控制時間t來實現(xiàn)。通過衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)和試驗站點監(jiān)測信息，消除式(1)中星地環(huán)境帶來的影響，實際實星到虛星的發(fā)射偽距應(yīng)滿足下式：

τs=τr+Δτ-τsg

式中，τs，τr，Δτ，τsg分別為理論虛星和實星傳輸時延、仿真場景中實星與虛星的傳輸時延、實際地面站與試驗衛(wèi)星傳輸時延差值、地面站與衛(wèi)星間環(huán)境因素帶來的傳輸延遲量。

2.2.2 多普勒效應(yīng)模擬

星間衛(wèi)星存在相對運動，接收端收到信號時會發(fā)生多普勒頻移，因此，星間鏈路地面試驗需模擬多普勒頻移效應(yīng)，使試驗接近真實環(huán)境。多普勒公式定義為[13]：

(1)

式中，f0為衛(wèi)星信號發(fā)射頻率,v為衛(wèi)星間徑向運動速度，c為光速，r為衛(wèi)星間相對位置矢量。星間鏈路地面試驗驗證時，衛(wèi)星位置由測控系統(tǒng)得到，虛擬衛(wèi)星速度由地面控制中心仿真得到。因此，地面站在發(fā)射試驗衛(wèi)星Ka頻段通信數(shù)據(jù)時，要進(jìn)行多普勒效應(yīng)模擬。其多普勒效應(yīng)轉(zhuǎn)換過程公式為：

(2)

(3)

2.2.3 空間環(huán)境模擬

空間環(huán)境模擬主要通過虛擬信道技術(shù)實現(xiàn)對地面試驗的空間損耗、空間干擾等的模擬。

(1)空間干擾模擬

星間鏈路采用Ka頻段相控陣天線本身具有良好的抗干擾性能，但在信息傳播過程中，仍存在鏈路互干擾、單頻干擾等；文獻(xiàn)[15]指出，Walker星座鏈路在一定時間段中平均互干擾為69.8232dB，單頻干擾信干比平均為-12.01dB，干擾直接影響衛(wèi)星通信的誤碼率。因此，在星間鏈路通信協(xié)議地面試驗系統(tǒng)中，可在地面站發(fā)射Ka信號前，對信號加干擾信道，如添加隨機(jī)噪聲等，然后再發(fā)射到試驗衛(wèi)星。

(2)空間損耗模擬

星間通信和星地通信都存在傳輸損耗，并且傳輸損耗量大，因此，星間鏈路地面試驗系統(tǒng)中必須考慮傳輸損耗。同時，星間通信和星地通信信道環(huán)境不同，在進(jìn)行地面試驗時，必須對空間損耗進(jìn)行補(bǔ)償。試驗中，主要考慮自由空間損耗和雨衰損耗；實際星間鏈路過程中，不存在雨衰損耗，因此試驗必須對發(fā)射功率進(jìn)行補(bǔ)償。

自由空間損耗公式為：

(4)

式中，f為天線發(fā)射頻率，c為光速，d為空間傳播距離。地面試驗中根據(jù)星間距離和發(fā)射頻率調(diào)整信號的發(fā)射功率。

國際上，雨衰損耗通常采用ITU-RP618提供的CCIR模型，其計算公式為[16]：

A0.01=γRLE

(5)

式中，A0.01表示超過年平均0.01%雨衰，γR為降雨損耗率，LE為有效路徑長度，公式具體推導(dǎo)參見文獻(xiàn)[16]。根據(jù)Ka信號工作頻率，計算過程中選取頻率段為10GHz≤f≤100GHz。

在星間鏈路地面試驗中，無需考慮雨衰情況時，發(fā)射功率調(diào)整公式如下：

10lg(Tr)-10lg(Lf1)≈10lg(Tr′)-10lg(Lf1′)

(6)

式中，Tr,Tr′,Lf1,Lf1′分別表示理論發(fā)射功率、實際試驗發(fā)射功率、理論的自由空間損耗和實際試驗自由空間損耗。調(diào)整后，地面站與衛(wèi)星的自由空間損耗與待測星座星間自由空間損耗率相同。

存在雨衰情況時，應(yīng)根據(jù)試驗需求和式(7)直接補(bǔ)償雨衰，調(diào)整發(fā)射功率，消除試驗環(huán)境帶來的影響。

2.3 正交試驗設(shè)計技術(shù)

星間鏈路組網(wǎng)算法的可行性和性能試驗驗證時，影響因素多，試驗周期長，過程復(fù)雜。為得到較好的試驗結(jié)果，不同的試驗方法所需要的試驗次數(shù)各不相同。因此，設(shè)計性能優(yōu)的試驗方案能從一定程度上降低試驗成本，更快的達(dá)到試驗?zāi)康?。目前，常見的試驗方法有正交試驗、均勻試驗和抽樣試驗等。而正交試驗方法能獲取高質(zhì)量、高可靠性的試驗數(shù)據(jù)；并且，在合理的試驗安排下，正交實驗?zāi)艽螖?shù)少，結(jié)果優(yōu)的完成試驗任務(wù)[17]。因此，本文采用正交試驗進(jìn)行星間鏈路組網(wǎng)試驗。

2.3.1 正交試驗設(shè)計

處理多因素情況下，如A,B,C 三種因素時，且每個因素取3個具有代表性的值，利用正交試驗，通過9次實驗可以找到最佳水平組合。正交試驗利用正交表安排試驗， 3個平面分別代表3種因素，平面上有3個取值，每個平面上的點均勻分布，代表性強(qiáng)。結(jié)果能夠全面的反應(yīng)試驗情況，用盡可能少的次數(shù)找到試驗最佳水平。

星間鏈路組網(wǎng)功能和性能測試試驗的目的是找到星間鏈路組網(wǎng)算法的組網(wǎng)代價或缺陷，此處將其定義為組網(wǎng)代價因子P。其中，P定義為：

(7)

式中，Pi為第i個代價因子，包括建鏈跳數(shù)、天線切換頻率、數(shù)據(jù)誤碼率、建鏈功耗、建鏈時延、網(wǎng)絡(luò)吞吐量、網(wǎng)絡(luò)利用率、網(wǎng)絡(luò)可用性、網(wǎng)絡(luò)帶寬容限和故障處理能力等；λi為代價權(quán)值，可根據(jù)評定指標(biāo)和代價因子對星間鏈路組網(wǎng)的影響進(jìn)行確定。

(1)確定試驗影響因素

影響星間鏈路組網(wǎng)試驗的因素主要包括Ka通信頻率、天線切換速率、空間干擾、衛(wèi)星天線掃描范圍，天線發(fā)射功率、天線指向及衛(wèi)星天線切換能力等。

測試過程中，多因子同時試驗時存在嚴(yán)重的耦合問題，并且多因子同時試驗加大了試驗的控制量，進(jìn)而增加了試驗控制帶來的誤差。因此，單批實驗設(shè)計過程中，可將接近相互獨立的3個因素作為試驗因素.

(2)量化試驗影響因素

為簡化處理，以A,B,C表示影響試驗的3個主要性能指標(biāo)，并確定各因素的取值范圍。

(3)正交表的制作

選擇三因素三水平正交表，如表2所示。

表2 三因素三水平正交表

(4)正交試驗分析

按照表2進(jìn)行正交試驗，代入各因素、各水平值，計算得到帶有試驗數(shù)據(jù)的正交表3。

表3 正交試驗處理表

(5)極差分析

采用如式(10)～(11)計算：

(8)

Rmax,j=max(δ1j,δ2j,δ3j)，1≤j≤3

(9)

Rmin,j=min(δ1j,δ2j,δ3j)，1≤j≤3

(10)

式中，δ,Rmax和Rmin為中間變量，最終極差計算方法如表4所示。

表4 極差分析表

分析測試結(jié)果，如果R1>R2>R3，則說明因素1對試驗影響最大。此時，得到了試驗因素與組網(wǎng)代價的取值曲線。然后在試驗約束條件下，將組網(wǎng)代價曲線作為已知量，并取得最大代價對應(yīng)的因素水平值，再開展進(jìn)一步試驗。

2.3.2 正交試驗結(jié)果處理

試驗過程中，實際星地試驗系統(tǒng)按照星間鏈路組網(wǎng)算法進(jìn)行建鏈通信；最終根據(jù)長時間的測試結(jié)果，對星間鏈路組網(wǎng)進(jìn)行綜合判定。試驗中，如果發(fā)現(xiàn)異常或者是結(jié)果超出了指標(biāo)范圍，則首先應(yīng)當(dāng)排除試驗設(shè)計存在缺陷的問題。如果試驗設(shè)計存在缺陷，則立即對試驗方案進(jìn)行改進(jìn)并重新組織試驗；否則，可以判定待試驗的星間鏈路組網(wǎng)策略不能滿足要求。

3 應(yīng)用

3.1 應(yīng)用分析

根據(jù)實際試驗需求，在只有單顆試驗衛(wèi)星時，星間組網(wǎng)試驗可按如下步驟開展：

1) 協(xié)議試驗(試驗衛(wèi)星和地面站虛擬衛(wèi)星)，包括協(xié)議正確性、一致性和魯棒性等試驗；

2) 局部組網(wǎng)試驗(試驗衛(wèi)星和地面站虛擬建鏈規(guī)劃中與試驗衛(wèi)星有建鏈的虛擬衛(wèi)星)，進(jìn)行試驗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)、重傳和擁塞控制等組網(wǎng)能力試驗；

3) 全星座組網(wǎng)試驗(試驗衛(wèi)星和地面站模擬其它所有虛擬衛(wèi)星業(yè)務(wù))，進(jìn)行組網(wǎng)綜合性能試驗，包括廣播、多播和組播等試驗，驗證組網(wǎng)吞吐量、傳播時延等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)試驗。

在具備多顆試驗衛(wèi)星時，試驗衛(wèi)星之間可以進(jìn)行組網(wǎng)，同時地面試驗系統(tǒng)也能夠模擬與試驗衛(wèi)星組網(wǎng)的虛擬衛(wèi)星；對于每顆試驗衛(wèi)星都可以用上述方法進(jìn)行試驗，直至達(dá)到最終目的。

3.2 應(yīng)用示例

為驗證天線發(fā)射功率、天線指向和衛(wèi)星天線掃描角度對北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)中的衛(wèi)星MEO1和IGSO1的建鏈性能影響，進(jìn)行如下試驗：設(shè)定星間最大距離為70000km,天線實際發(fā)射功率為比額定功率低0dB, 6dB, 9dB，天線指向精度(俯仰角精度)為0,-0.3, -0.5，天線掃描角度為45°，精度為0,-1.25,-2.5；建鏈性能以可見時間概率計算。按照窮舉法來做試驗，則需要做33=27次。采用正交法可設(shè)計如表5實驗。

表5 正交試驗處理結(jié)果

采用正交試驗，在控制天線發(fā)射功率、天線指向、衛(wèi)星天線掃描角度時，得到表6極差分析結(jié)果：

表6 極差分析結(jié)果

經(jīng)分析，有R3>R1>R2；在精度指標(biāo)范圍內(nèi)，衛(wèi)星天線掃描角度精度對組網(wǎng)建鏈性能影響最大，天線發(fā)射功率與天線指向精度對組網(wǎng)建鏈性能影響少且非常接近。因此，在星間鏈路組網(wǎng)地面試驗設(shè)計中，需要重點考慮衛(wèi)星天線掃描角度控制精度的影響。通過將天線掃描角度精度設(shè)為指標(biāo)精度值，然后對組網(wǎng)算法進(jìn)行評判，這樣再通過少量試驗就達(dá)到了試驗?zāi)康摹?/p>

4 結(jié)論

綜上所述，基于虛實結(jié)合的星間鏈路組網(wǎng)地面試驗驗證系統(tǒng)能模擬整個星間鏈路信息處理流程，可以實現(xiàn)單顆試驗衛(wèi)星接入的組網(wǎng)試驗，同時也能支持多顆試驗衛(wèi)星的星間鏈路組網(wǎng)試驗。通過地面試驗場景的正交試驗設(shè)計，可同時綜合多因素情況下的星間鏈路組網(wǎng)試驗，在較少試驗次數(shù)情況下能找到影響星間組網(wǎng)的主要因素，為后續(xù)開展和優(yōu)化星間鏈路組網(wǎng)試驗提供了試驗依據(jù)。該方法在不影響星間鏈路組網(wǎng)試驗驗證結(jié)果的情況下，有效避免了單因素下重復(fù)試驗中凸顯的高費用、高風(fēng)險等問題。

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A Framework of Ground Test and Verification for Inter-Satellite Links Communication Based on Virtual and Physical Combined Technique

Peng Haijun1,2, Wang Ling1, Huang Wende2, Yang Jun2

1. College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China 2. College of Mechatronics Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China

Buildingagroundtestandverificationexperimentenvironmentisaneffectivewaytoreducetheriskoftheinter-satellitelinks(ISLs)technology.Inthispaper,atestandverificationframeworkofISLscommunicationprotocolisimplemented,whichisaimedatfiguringoutthenetworkingtestingandverificationproblemsoffunctionandperformance.Morespecifically,basedontherealISLsinformationprocessing,aschemeconsistedofvirtualandrealsatellitesiscreated,whichtakesorthogonaltestascommunicationprotocolverificationmethodofISLs.ThroughscenesandmethodsdesignofISLs,atestandanevaluationanalysismethodaredeveloped.Astheresultsofperformance,thisframeworkisafeasiblescheme,whichpossesseslowcostandlowrisk,andtotallymeetsthegroundtestandverificationrequirementsofsignalsatelliteaccessingandcommunicationprotocoltesting.

Inter-satellitelinks;Orthogonaltest;Networktopology;Routerpolice;Frameworkdesign

*國家自然科學(xué)基金(41274023)和科技重大專項(GFZX0301010105)共同資助

2015-07-29

彭海軍(1991-)，男，湖南衡南人，碩士研究生，主要研究方向為星間鏈路；王 玲(1962-),女，博士，長沙人，教授，主要研究方向為現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等；黃文德(1981-)，男，廣西寧明人，博士，講師，主要研究方向為航天器軌道動力學(xué)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)；楊 俊(1972-)，男， 江蘇如皋人，教授，博士，主要研究方向為空間儀器工程、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)。

V448．25+3

A

1006-3242(2016)02-0031-07