CCSDS SLE服务模型的研究与应用实现

我国航天事业迅速发展,航天领域国际地位日益上升,为促进我国航天事业的国际交流合作,实现国际测控系统的互联共享,满足航天器相关的空间数据在地面各国之间进行标准化传输和管理,介绍了由空间数据系统协商委员会(CCSDS)发布的国际标准空间链路扩展(SLE)协议,分析了SLE服务模型,研究了开发实现SLE应用系统的一般性方法,并阐述了如何利用跨平台程序开发语言实现基于浏览器/服务器(B/S)应用模型的SLE应用系统。该应用已经通过与国内其他测控中心进行联试获得了验证,能够同时满足作为SLE服务提供方和SLE服务使用方的功能要求,并且在软件可移植性和数据传输性能方面具备良好的表现。

融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统设计

随着北斗系统全面建成,北斗短报文在我国卫星测控领域的应用逐渐展开。为了充分利用北斗短报文双向通信功能、保密性好、全球覆盖等特性,参考国际空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换(XTCE)标准,提出了融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统设计方法。首先,分析了CCSSDS XTCE和北斗短报文的应用现状;其次,考虑到北斗短报文的容量限制,设计优化了卫星遥测遥控数据传输格式和内容;再次,针对北斗短报文传输特性,探讨了加密通信方法;最后,为保证遥测遥控数据传输的正确性与可靠性,设计了数据连续识别和丢包补发方法。结果表明,融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统,可以为提高卫星的设计与科学使用提供参考。

IP over CCSDS协议适配的高速并行实现技术

天地一体化组网应用须在空间网和地面网之间部署IP over CCSDS(基于CCSDS空间链路承载IP业务)协议适配网关,以实现在高速CCSDS(空间数据系统咨询委员会)空间链路之上传输IP(互联网协议)数据包。针对此需求,提出一种IP over CCSDS协议适配的高速并行实现方法,并在Linux内核中采用多线程技术实现IP over CCSDS协议适配过程,通过实验进行测试与验证。测试表明,在处理器多核数目的范围内,协议适配处理性能随线程并发数目的增加而增加;当线程数目超过处理器核数时,受限于处理器核数和线程调度开销的影响,协议适配的性能并不能随着线程数目的增多而线性增加。后续,可利用FPGA(现场可编程门阵列)硬件逻辑电路的并行能力在硬件上实现协议适配的高速并行处理,并设计更高速率的同步接口,以从硬件上实现几千兆比特甚至几十千兆比特的高速IP over CCSDS协议适配。

基于软信息的CCSDS标准RS码识别算法

针对实际工程应用中的里德-所罗门(Reed-Solomon,RS)编码识别问题,根据国际空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)标准,提出了基于软信息的低复杂度缩短交织RS编码识别算法。利用码字同步算法对码字起点和缩短长度进行识别,利用接收到的RS码字计算基于校正子后验概率对数似然比平均值的编码识别特征,对码字的交织深度进行识别;进而利用识别所得的RS码交织深度和缩短长度对接收码字进行解交织和码字填充,识别RS码生成多项式。仿真结果表明,所提算法在信噪比为6.1 dB时正确识别概率即可大于90%,相较传统硬判决识别算法和基于伽罗华域快速傅里叶变换(Galois Field Fourier Transform,GFFT)的谱累积量算法均有显著的性能提升。

CCSDS标准LDPC部分并行译码器实现

针对CCSDS标准中近地通信的LDPC码,为了提高准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)译码器的吞吐率和资源利用率,设计实现了一种低复杂度高速并行译码器。译码器整体采用流水线结构,通过改进校验节点与变量节点的更新方式,在不增加运算复杂度的情况下使信息处理所消耗的时间更短,压缩单次迭代所需时间,提高了译码器的吞吐量。以现场可编程门阵列(FPGA)作为实现平台,仿真并实现了基于归一化最小和算法的(8176,7154) LDPC译码器。结果表明,当译码器工作频率为200 MHz、迭代次数为10次的情况下,译码吞吐量可达到160 Mbit/s,满足大多数场景的应用需求。

最新CCSDS图像压缩算法研究与实现

2005年CCSDS(空间数据系统咨询委员会)推出了一项新的图像数据压缩算法标准,制定算法标准的目的是为了解决有效载荷设备的数据压缩以及如何分段压缩能使地面更好地接收图像数据和解压缩.算法的应用能够减少静态图像的数据量,这样不仅可以降低传输带宽,减少数据存储,而且在给定码率情况下能缩短传输时间,这对空间数据压缩具有重要意义.针对CCSDS最新推出的图像压缩算法进行了研究并对其性能进行了阐述,分析了算法硬件实现的可行性,并将算法软件实现的结果与其他图像压缩算法的实现结果进行了测试比较,结果表明在低码率下压缩性能与JPEG 2000,SPIHT相当,甚至更好,完全符合星载图像压缩在低码率下传输的要求.

基于CCSDS高级在轨系统的MPDU复用效率研究

MPDU包信道复用作为CCSDS两级多路复用机制的第一级,其复用效率直接影响CCSDS高级在轨系统的高效性和有效数据的承载能力。在泊松分布固定包长成帧模型的基础上,提出了高阶剩余函数的概念,并给出了MPDU复用效率递推公式。仿真结果表明,随着阶数的增加,理论与仿真曲线呈逼近趋势,对4阶递推公式最小相对误差可达1.3329%。

CCSDS高级在轨系统及在我国航天器中的应用

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)1989年发布了"高级在轨系统,网络与数据链路:结构说明"建议书,高级在轨系统(AOS)为空间数据系统信息交换与处理提供了极大的方便,同时向下兼容常规空间数据业务。中国科学院空间科学与应用研究中心自1993年开始进行AOS的应用研究,先后在载人飞船有效载荷数管系统、实践五号卫星、863遥科学通用平台以及计划于2003年发射的探测一号、探测二号卫星上采用了CCSDS AOS数据标准。本文将简要介绍CCSDS、AOS标准以及在实践五号卫星、神舟飞船、遥科学通用平台和探测一号、探测二号卫星工应用AOS的情况与经验。

基于IP over CCSDS的空间攻防网络研究与设计

如何构建空间攻防网络是空间作战的一项关键技术。深入分析研究了CCSDS分包遥测、分包遥控、AOS建议及主网模型,提出了基于IP over CCSDS的空间攻防网络设计概念,分析和选择了相关的数据交换协议,构建了空间网络与地面网络端到端通信网络协议栈模型,并对CCS-DS技术在我国航天测控通信网中的应用提出了改造建议和应用思路。

IP over CCSDS网关TCP增强关键技术研究

随着空间通信系统的发展,CCSDS建议逐渐成为了空间通信的标准,特别是IP over CCSDS Space Links红皮书提出以后,IP已经成为空间信息系统的标准上层应用。提出了一种天地通信系统CCSDS加速网关的设计实现方法,介绍了基于加速网关的天地通信网络结构,描述了其关键技术实现,最后对提出的设计实现方法在OPNET中进行了仿真验证。OPNET仿真结果表明,该技术大大提高了TCP应用在空间链路上的传输效率,而且在多连接共享带宽时保持了较好的公平性。

符合CCSDS标准的RS(255,223)码译码器的FPGA实现及其性能测试

RS(Reed-Solomon)码是差错控制领域中一种性能优异的非二进制分组循环码,由于它具有很强的随机错误和突发错误的纠错能力,被CCSDS,NASA,ESA等空间组织接受,广泛应用于深空探测中.本文采用改进的Berlekamp算法,用FPGA实现了符合CCSDS标准的RS(255,223)码译码器;介绍了该译码器的实现流程、性能测试方法和基于PCI总线接口的测试平台;给出了测试结果,并且对理论上RS(255,223)译码器的误码性能与实际测试的误码率结果进行了比较和分析.验证结果证明该译码器能工作在400Mbps以上的码率,使用FPGA资源180000门,译码效果与理论上译码效果一致.

CCSDS下行链路虚拟信道调度方法及其性能分析

描述了分包遥测的信源特点 ,并在此基础上提出了传送层虚拟信道划分和使用原则 ;利用轮询系统的方法建立了虚拟信道调度模型 ,从系统延时性能和缓存分配原则的角度 ,分析了不同信源组合下不同调度策略对系统可能造成的性能影响 ;提出了不同信源条件下适宜的调度策略和缓存分配策略。

CCSDS标准在新一代航天测控系统中的应用研究

介绍了CCSDS标准的背景、技术特点、我国航天测控标准的现状与趋势,以及新型号任务对兼容CCSDS标准的需求,分析了现有航天测控设备兼容CCSDS标准的技术条件及进一步功能扩展技术要求。

IP over CCSDS协议转换技术研究

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化的信息传输系统。针对天地一体化信息传输系统中IP over CCSDS网关中的协议转换技术开展研究,参考了IP over CCSDS Space Links等相关建议,在Linux内核的网络协议栈中实现了IP协议与CCSDS AOS空间数据链路协议的相互转换,并通过试验对在CCSDS-AOS空间数据链路之上进行IP传输进行了测试与验证,表明了利用IP over CCSDS网关构建天地一体化信息传输系统的可行性,并给出了工程应用的实现建议。

基于CCSDS高级在轨系统的遥科学空间通信链路结构研究

本文以空间数据系统咨询委员会（ＣＣＳＤＳ） 最近为高级在轨系统（ＡＯＳ） 制定的一系列标准为蓝本， 提出了一种遥科学空间通信链路结构， 该结构在一定程度上能满足上述遥科学实验的诸项要求， 并且能够为用户提供多种灵活的数据传输业务。

CCSDS遥测遥控空间数据系统通信协议及其应用

文章首先回顾了空间数据系统咨询委员会 (CCSDS)当前的遥测、遥控和高级在轨系统 (AOS)建议的结构 ,然后讨论了CCSDS重新构造的空间数据系统建议的结构 ,分析了重构建议的主要特点以及和先前建议体系的不同之处 ,详细介绍了空间包协议和空间数据链路协议。最后 ,举出重构建议与其它协议在端

CCSDS星载图像压缩模块的FPGA设计与实现

根据航天应用的需要,采用CCSDS122.0-B-1推荐的新一代空间图像压缩算法,基于FPGA设计实现了高速星载图像压缩模块。针对算法的特点,设计了整体架构。图像采用分块编码的方法,对小波变换,采用了边界补偿的冗余分块算法,提高了信噪比,位平面编码各模块采用并行与流水结合的方法,提高了扫描和编码速率。通过测试,系统性能指标达到了航天任务需求。

基于FPGA的IP over CCSDS协议中长帧拆分的实现与仿真

在借鉴IP over CCSDS(consultative committee for space data systems)space links等相关建议的基础上,就TCP/IP协议和CCSDS AOS(高级在轨系统)空间数据链路协议之间的转换,提出了一种基于FPGA(field-programmable gate array)的IP over CCSDS协议长帧拆分算法的设计实现方法,并给出了仿真验证结果.

CCSDS标准在军用航天任务中的应用

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准已经在民用航天任务中得到广泛应用,然而对其是否也同时适用于军用航天任务,仍存在着许多的疑虑和争论。文章通过对军用航天任务采用CCSDS标准现状的调研,分析了其实现途径和可行性,提出了在军用航天任务中采用CCSDS标准的措施和建议。

基于GFFT的CCSDS标准RS码交织识别算法

针对CCSDS标准的RS码中交织深度和码组起始位置的盲识别问题,提出了基于GFFT的盲识别方法。该方法通过对RS码组进行GFFT运算,得到了其零频谱值个数与RS码的二进制生成多项式在伽罗华域上根的个数之间的关系,并以RS码组的零频谱值个数的均值作为判决参数构建了识别模型;此外,提出了一种选取最佳判决阈值的方法。仿真试验表明文中提出的方法在误码率低于7.5×10-3时,识别概率高于80%。