北斗导航卫星星间链路仿真验证技术研究

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随着北斗导航全球星阶段建设的逐步开展,星间链路系统的重要性逐渐凸显,这对北斗导航系统星间链路通信网络和协议的设计提出了更高的要求。卫星研制具有高投入、高风险、技术复杂、周期长的特点,如果完全依赖卫星的在轨测试与评估,会耗费巨大的人力与物力,极大地限制了卫星技术研究和发展。因此,将计算机仿真技术应用在北斗导航星间链路系统的仿真验证中,不仅能够验证通信体制的可行性,还能比较多个星间传输方案的性能,为后续的研究提供参考与依据。由于目前缺乏仿真系统来验证北斗导航星间链路系统的信息流协议与星间路由规划,本文通过对北斗导航系统的网络组成、轨道参数与星座构成、卫星内部对数据的处理逻辑等的分析,设计并实现了一种基于事件调度的北斗导航星间链路系统仿真软件,并使用该软件对星间链路关键信息流进行了试验,试验进行了模型的正确性验证与星间链路网络传输性能评估。主要内容如下:  (1)研究了北斗导航卫星系统信息流和协议的设计方案,重点分析了星间链路系统对运控、测控信息流的支持能力,为卫星信息流协议的仿真、验证与评估奠定了基础。  (2)基于星间链路仿真调度平台,设计了北斗卫星的数据处理模型,实现了导航卫星系统协议的仿真建模,并参与完成了以星间、星地链路为核心的信息流验证。仿真结果验证了各系统间接口协议的一致性,并通过对运控上行、测控上行以及卫星下行遥测信息传输性能的分析,建议星间链路采用50kbps及以上的传输速率。仿真结果还表明,若要进一步对信息传输的时延性能进行改善,单靠提高星间链路的传输速率已经没有显著成效,需要进一步对建链规划和路由算法进行优化。  (3)建立了卫星内部对数据处理时延计算的模型。在星间链路通信网络中,卫星内部的处理时延直接决定了数据的路由和网络带宽,所以卫星内部的处理时延需要尽可能的和实际卫星一致。本文通过对卫星输入输出数据、星上各个单机之间通信协议以及硬件时钟周期的分析,参考借鉴了实际卫星研制方提供的试验数据,给出了卫星内部处理时延的仿真模型。通过仿真试验,该模型能够满足毫秒级仿真的需求。  本文研究成果已成功应用于北斗新一代组网卫星的卫星工程研制工作中,建立的星间链路仿真系统将在未来工程实践过程中进行进一步的完善和优化。
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