Hierarchical Disturbance Propagation Mechanism and Improved Contract Net Protocol for Satellite TT&C Resource Dynamic Scheduling

The practical engineering of satellite tracking telemetry and command(TT&C)is often disturbed by unpredictable external factors,including the temporary rise in a significant quantity of satellite TT&C tasks,temporary failures and failures of some TT&C resources,and so on.To improve the adaptability and robustness of satellite TT&C systems when faced with uncertain dynamic disturbances,a hierarchical disturbance propagation mechanism and an improved contract network dynamic scheduling method for satellite TT&C resources were designed to address the dynamic scheduling problem of satellite TT&C resources.Firstly,the characteristics of the dynamic scheduling problem of satellite TT&C resources are analyzed,and a mathematical model is established with the weighted optimization objectives of maximizing the revenue from task completion and minimizing the degree of plan disturbance.Then,a bottom-up distributed dynamic collaborative scheduling framework for satellite TT&C resources is proposed,which includes a task layer,a resource layer,a central internal collaboration layer,and a central external collaboration layer.Dynamic disturbances are propagated layer by layer from the task layer to the central external collaboration layer in a bottom-up manner,using efficient heuristic strategies in the task layer and the resource layer,respectively.We use improved contract network algorithms in the center internal collaboration layer and the center external collaboration layer,the original scheduling plan is quickly adjusted to minimize the impact of disturbances while effectively completing dynamic task requirements.Finally,a large number of simulation experiments were carried out and compared with various comparative algorithms.The results show that the proposed algorithm can effectively improve the solution effect of satellite TT&C resource dynamic scheduling problems,and has good application prospects.

航天TT&C调度的拉格朗日松弛策略

根据航天遥测、跟踪和指挥(TT&C)调度的测控需求,建立航天测控调度问题的0-1整数规划模型,运用(λ,ν)、(μ,ν)和(λ,μ)3种策略对模型中的约束进行松弛,通过次梯度优化算法求得每种松弛问题的上界。利用2个场景验证上界(目标函数值)的有效性,调度结果表明,3种松弛策略中以次梯度优化算法得到的上界差别最小。

Simulation method for reliability of TT&C mission with high redundancy and small time horizon

The tracking, telemetry and command （TT＆C） mission is extremely reliable for its characters of small time horizon and high redundancy. The combined forcing and failure biasing （CFFB） method that is usually used for simulating the unreliability of the highly dependable mission system seems not so efficient for the TT＆C mission. The concept about the importance of failure transition is proposed based on the logical relationship between TT＆C mission and its involved resources. Then, the importance is used for readjusting the transition rate of the failure transition when using the forcing and failure biasing during the simulation. Examples show that the improved CFFB method can evidently increase the occurrence of the TT＆C mission failure event and decrease the sample variance. More redundancy of the TT＆C mission leads to the improved CFFB method more efficient.

Continuous-Wave Interference Mitigation for Acquisition Method in Unified Carrier TT&C Systems

An interference mitigation for acquisition method,based on both energy center and spectrum symmetry detection,has been proposed as a possible solution to the problem of signal acquisition susceptibility to continuous-wave interference(CWI)in unified carrier telemetry,tracking,and command(TT&C)systems.With subcarrier modulation index as a priori condition,the existence of CWI is determined by comparing the energy center with the symmetric center.In the presence of interference,the interference frequency point is assumed and culled;sequentially,the spectral symmetry is used to verify whether the signal acquisition is realized.Theoretical analysis,simulations,and experimental results demonstrate that the method can realize the acquisition of the main carrier target signal with an interference-to-signal ratio of 31 dB,which represents an improvement over the existing continuous-wave interference mitigation for acquisition methods.

一种航天测控冗余跟踪弧段处理方法

随着在轨航天器的日益增多,测控资源的需求量也日益增大,因此,其使用效率也倍受关注。当航天器重要测控弧段安排多个测控设备进行全力跟踪时,很容易出现测控弧段搭接或完全被覆盖的情况。为有效利用现有测控资源,针对弧段搭接的情况,提出了一种基于冗余度评价函数的跟踪弧段处理方法,该方法在不降低跟踪总时长情况下,通过合理有效地配置测控资源,剔除了冗余跟踪弧段,提高了现有测控资源的使用效率。

基于双卫星导航接收机的测控装备精度验收方法研究

针对测控装备精度验收的问题,提出了采用双卫星导航接收机的测控装备精度验收方案,给出精度验收的一般流程,详细推导了一种不同于传统的真值计算新方法,并提供了此方法的具体算法和模型。在理论分析的基础上,采用算例进行计算和分析,结果表明基于双卫星导航接收机的测控装备精度验收方法,可以事先根据测控装备的精度指标,分析所需卫星导航接收机的指标,同时也可以为航路设计提供定量数据支撑,节省测控装备精度验收的人力与物力,可以在测控装备精度验收的相关领域推广应用。

知识图谱和大语言模型在航天测控问答系统中的融合应用研究

随着自然语言处理技术的发展,智能化检索与问答系统不断发展,为改善传统知识图谱语义解析能力不足和当前通用大语言模型在垂直领域对知识学习不够深入的问题,提出了融合知识图谱的大语言模型方法,进行了两步优化:首先,利用知识图谱在命名实体识别和关系抽取的基础上,构建大模型提示Prompt模板,进行辅助增强生成,利用图谱中存储的数据提供相关来源;其次,利用低阶适应性微调(LoRA)策略冻结大模型原有参数,增加部分网络参数进行微调训练,优化模型在航天测控领域的知识储备与理解。通过两步改进提高了模型整体在语义解析和知识细节上的理解掌握,结合航天测控领域的相关教材、报告和手册等资料,搭建了知识问答系统,取得了较好的效果,说明了该方法具有一定的应用价值。

利用AGC电压预测及先验跟踪信息的遥测设备副瓣判决

针对无引导天线遥测设备副瓣判决难的问题,提出了一种结合自动增益控制(AGC)电压预测、跟踪稳定性判决及跟踪角度判定的副瓣自动判决方法。采用拟合方法建立了AGC电压预测公式并通过实测数据验证了其准确性。在分析遥测设备副瓣跟踪特点基础上,提出了遥测设备跟踪稳定性及角度差判定准则,最后设计判决软件实现自动副瓣判决。实验验证结果表明在判定准确度相同的条件下,采用该方法的耗时比人工判定缩短了48%。

我国航天测控通信系统配置CCSDS SLE业务方案设计

介绍了CCSDS SL正业务的具体内容，提出了在我国航天测控系统中采用CCSDS标准的SLE传输协议实现国际联网的设想,并给出了前向遥控SLE业务的配置方案。

基于多目标优化的测控数传资源动态重调度方法

近年来,地面站资源测控数传任务的一体化调度方法受到了越来越多的关注。针对任务随遇处理条件下的测控数传资源调度问题,建立了面向多个优化目标的测控数传资源动态重调度数学模型,提出基于启发式规则和多目标非支配解排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅲ,NSGA-Ⅲ)的地面站测控数传资源一体化动态重调度算法,可生成侧重不同优化目标的多个规划方案供规划人员备选。实验结果表明该方法能有效解决测控数传资源多目标动态重调度问题。

针对TCP/IP漏洞的航天测控通信网安全防护

航天测控通信网自建成以来,整体运行较为稳定,但在网络安全方面也暴露出了一些问题,为研究和解决目前航天测控通信网中存在的网络安全问题,在分析TCP/IP(Transmission Control Protocol/Intcrnct Protocol,传输控制协议/互联网协议)分层协议基本原理的基础上,研究了IP网数据链路层、网络层和传输层的协议漏洞及常见攻击方法,详细介绍了当前航天测控通信网的网络安全部署情况,根据网络现状分别对航天测控通信网上数据链路层、网络层和传输层存在的安全问题进行了纵向分析,针对分析出的各类安全问题,进一步给出了有效的防御措施和防护方法。最后,探讨提出了一套航天测控通信网配置维护管理系统的设计方案,通过建立设备配置信息库、检查信息记录库及网络故障库等,实现了对航天测控通信网安全稳定运行的有效管理。

COTS星载双模测控应答机基带设计与实现

提出了一种星载双模测控应答机基带设计方案,采用COTS（商用现货）器件实现,能较好解决星载功率受限和空间辐射效应引起的相关问题。测控应答机主处理器由反熔丝FPGA（现场可编程门阵列）实现,可在低功耗条件下保证最基本测控需求,解调上行DPSK（差分相移键控）信号,调制下行扩频信号;协处理器受主处理器控制,由SRAM（静态存储器）FPGA来实现,对上行扩频信号进行解扩解调。测控应答机可根据星载电源功率情况和不同测控任务切换模式,具有成本低、可靠性高、使用灵活等优势。

SPACEBUS 3000 卫星平台及其测控系统

介绍了法国宇航公司ＡＥＲＯＳＰＡＴＩＡＬＥ研制的通信卫星平台ＳＰＡＣＥＢＵＳ３０００的主要电子系统结构和功能，着重介绍了它的测控系统部分，包括数管子系统和射频子系统的详细结构和功能划分。

基于射频指纹的卫星测控地面站身份识别方法

传统卫星测控通常采用加密认证安全机制,存在身份假冒、欺骗等安全问题,该文提出一种基于射频指纹的卫星测控地面站身份识别方法,并设计了一种面向星载平台的轻量化卷积神经网络。该网络首先使用IQ方向上的卷积层提取IQ信号相关特征,将2维数据降成了1维,再使用时序方向上的多层卷积提取信号的时域结构特征,之后使用最大池化层降低数据维度,在充分利用IQ信号中包含的原始特征信息的同时减小计算量,最后经过两层全连接层进行分类,实现对卫星测控地面站身份识别。仿真实验表明,该方法对21台发射机个体的平均准确率为93.8%,较传统的支持向量机方法提高了39.8%,较DLRF网络模型、ORACLE网络模型分别提高了11.5%,29.8%,且具有鲁棒性强、轻量化的优点。该文所提方法对于提高卫星测控链路安全性具有一定的理论参考和工程应用价值。

载人航天天基测控通信探析

梳理了国内外空间站天基测控通信应用的概况,针对近地载人航天对测控通信系统的高要求,分析提出中继卫星系统的发展建议,以及导航卫星和低轨卫星星座系统的特点优势。调整中继卫星轨位、增加中继激光链路、采用全景波束全时监控模式,以及导航卫星和低轨卫星星座作为必要补充等途径,可为载人航天测控通信提供更好的灵活性、可用性和效费比。为载人航天天基测控通信发展提供了参考依据。

基于DQN的异构测控资源联合调度方法

以异构测控网资源联合调度为研究对象,提出一种基于强化学习的深度Q网络(deep Q network, DQN)算法。在充分分析异构测控资源联合调度问题特点后,用数学语言对影响问题求解的约束条件进行描述,建立了资源联合调度模型;从应用强化学习解决问题的角度,对求解的问题进行马尔科夫决策过程描述后,分别设计了2个结构相同的神经网络和基于ε贪婪算法的动作选择策略,并建立了DQN求解框架。仿真结果表明:基于DQN的异构测控资源调度方法较遗传算法能够找到调度收益更优的测控调度方案。

Lock threshold deterioration induced by antenna vibration and signal coupling effects in hypersonic vehicle carrier tracking system of Ka band

The envelope of a hypersonic vehicle is affected by severe fluctuating pressure, which causes the airborne antenna to vibrate slightly. This vibration mixes with the transmitted signals and thus introduces additional multiplicative phase noise. Antenna vibration and signal coupling effects as well as their influence on the lock threshold of the hypersonic vehicle carrier tracking system of the Ka band are investigated in this study. A vibration model is initially established to obtain phase noise in consideration of the inherent relationship between vibration displacement and electromagnetic wavelength. An analytical model of the Phase-Locked Loop（PLL）, which is widely used in carrier tracking systems, is established. The coupling effects on carrier tracking performance are investigated and quantitatively analyzed by imposing the multiplicative phase noise on the PLL model. Simulation results show that the phase noise presents a Gaussian distribution and is similar to vibration displacement variation. A large standard deviation in vibration displacement exerts a significant effect on the lock threshold. A critical standard deviation is observed in the PLL of Binary Phase Shift Keying（BPSK） and Quadrature Phase Shift Keying（QPSK） signals. The effect on QPSK signals is more severe than that on BPSK signals. The maximum tolerable standard deviations normalized by the wavelength of the carrier are 0.04 and 0.02 for BPSK and QPSK signals,respectively. With these critical standard deviations, lock thresholds are increased from à12 andà4 d B to 3 and à2 d B, respectively.

测控站布局对区域卫星导航系统的影响

建立区域卫星导航系统的测控网是卫星导航系统要解决的关键问题之一。讨论国内测控站的布设问题,采用网格计算方法分析国内测控站对导航星座的可观测性。引入位置精度衰减因子PDOP和定轨中的法矩阵条件数,分析测控网对导航星座的观测几何结构强度以及测站位置分布对轨道确定精度的影响,仿真结果表明,利用我国有限的国土跨度和航天测控资源可以确保对导航卫星的测控任务的完成。对在国外布设测控站进行讨论和仿真,结果说明位于国外的测控站(如可在澳大利亚的珀斯设站)的加入能明显改善观测的几何结构强度、提高导航卫星的轨道精度。

典型测控系统自动化运行的设计与实现

介绍了典型测控系统全新的自动化运行设计。该系统是为卫星长期管理任务配置的新一代测控设备,采用轨道根数和网管计划驱动模式,适应对任务中心和网管中心全透明的数据传输和远程监控,卫星长期管理期间实现有人值守、无人操作,设备自动化程度比以往测控设备大幅提高,其自动化运行设计将成为新一代测控系统的技术典范。

运载火箭测控系统技术与发展

针对中国新一代运载火箭发射轨道多样、外部环境日益复杂、上行控制和空间环境安全要求逐步提高等发展特点,以及高码率、高覆盖、高精度的测控需求,研究了天基测控、多音组合编码安控、高效遥测和测控数传一体化等几种运载火箭测控新技术的应用前景;从工程的角度,提出了中国运载火箭测控系统发展思路和天地一体化的测控体系结构;并就测控系统资源配置与使用模式、新型测控体制和测控手段、遥测和安控频段等重点发展方向简述了作者的观点。