空间数据系统咨询委员会(CCSDS)及其空间激光通信标准研究

本文简要介绍了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)及其标准概况,重点解析了其有关空间激光通信的标准,并就我国后续在空间激光通信领域的标准化工作提出建议。

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)

制定机构：The Consultative Committee for Space Data Systems 地址：1801 Alexander Bell Drive,Suite 500 Reston,VA 20191-4344 电话：703-264-7515传真：703-264-7551，

CCSDS空间数据系统标准的应用及效益

ＣＣＳＤＳ关于遥测、遥控的建议正被现有及计划中的空间项目广泛采用。全球范围内，采用了ＣＣＳＤＳ建议的在飞或在研项目已超过５０个，当前符合ＣＣＳＤＳ标准的地面数据系统的基础设施及商业产品的出现更可望推动将来ＣＣＳＤＳ标准的应用。但在ＣＣＳＤＳ建议尚未存在的领域，根据任务需要还需研制任务专用数据系统部件，导致了费用的增加。因此，ＣＣＳＤＳ仍需把工作重点放在端－端数据系统的标准化上。

空间数据系统咨询委员会概况及相关工作建议

空间数据系统咨询委员会（CCSDS）成立于1982年，2012年是该组织成立30周年。经过30年的发展，CCSDS的工作已由最初的制定基本空间／地面通信标准延伸到制定应用于更多复杂空间任务的空间数据系统标准。

CCSDS空间数据链路层安全协议研究

空间数据系统咨询委员会(CCSDS)一直致力于空间任务安全性方面的工作,并成立了一个工作小组,旨在数据链路层为遥控遥测通信制定安全协议,即空间数据链路安全(SDLS)协议。该协议为已存在的空间数据链路协议(TC、TM和AOS)提供认证、加密和认证性加密安全服务。本文简介了SDLS协议制订的背景及其特点,较为详细地描述了其协议结构、支持的服务类型以及协议的基线实现模式,最后对该协议的应用提出了一些建议。

基于CCSDS空间数据链路安全协议的星载遥控认证保护

在国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)规定的空间遥控系统数据传输体制下,对星载遥控认证保护进行了研究。选择了遥控数据认证保护层次,并设计了认证保护数据范围。针对上行遥控的认证保护机制与国际空间数据系统咨询委员会的空间遥控链路命令操作过程(COP-1)之间存在的"闭锁"风险,设计了重传请求保护机制。基于空间数据链路安全(SDLS)协议体制,提出了一种遥控认证帧结构模型。在该模型中,通过插入随机序列码段,使相同指令/数据帧经认证算法计算后,其结果的非线性度扩大;通过插入毫秒级精度的时间序列码段,抵御重放攻击,并极好地适应不同地面控制中心对航天器的并行控制。提出一种针对遥控认证保护的,涉及"常态"和"应急态"的安全关联(SA)周期管理的方法、密钥生存周期管理的方法,有效实现各虚拟信道的独立保护及密钥的科学管理。同时,提出一种开展星载遥控认证保护业务的算法设计方法。

关于空间数据系统无损压缩算法的零值块研究

通过对CCSDS(国际空间数据系统咨询委员会)建议的无损数据压缩标准的研究,以及对目前常用压缩算法的调查,它阐述了一种具有延迟小速度快抗差错能力强等特点的无损数据压缩算法,即Rice压缩算法,压缩率超过50%以上,而且对多种类型的数据都会达到满意的效果。它对算法中的零值块部分作了较为详细地阐述,因为经过预处理过的数据通常都很小,对于图像来说有相当多的零值。因此,对零值较多的情况下采取零值块压缩处理,效果很好,经过软件测试,结果符合CCSDS的要求标准。

关于开展空间数据传输领域国际标准化工作的思考

航天标准国际化是航天大国走向航天强国的重要抓手。本文从分析空间数据传输系统领域的国际标准化现状及发展趋势入手,结合空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准化工作进展,系统梳理国际标准制定规则与一般过程,提出了我国开展航天国际标准化工作的发展思路与重点方向,期望对在CCSDS组织开展主导性制定标准建议书提供借鉴。

符合CCSDS标准的干涉测量系统接口设计

在参考国外各机构△DOR(双差分单向测距)干涉测量系统的数据接口设计方案和CCSDS(空间数据系统咨询委员会)相关标准的基础上,对我国干涉测量系统的数据接口与通信接口进行了设计。该设计方案与CCSDS标准《△DOR原始数据交换格式》相兼容,通信带宽可以满足对大数据量原始测量数据的实时传输。后续,将利用欧空局"金星快车"进行中欧双方干涉测量交互验证试验,验证双方相关处理系统的兼容性,以及相互传输的干涉测量原始数据格式与CCSDS RDEF(原始数据交换格式)的一致性。

基于CCSDS标准的卫星数据实时处理FPGA设计

根据空间数据系统咨询委员会(CCSDS)分包遥测标准,在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)平台上实现了一套基于CCSDS数据帧格式的实时数据解帧和解包的方案,包含了帧同步、去扰、解帧、解数据源包等模块.方案充分利用FPGA并行处理的优势,解决了地面软件先接收后处理方式实时性差的问题,并实现了现IP(Intellectual property)的模块化复用.实验结果表明,在占用资源较少的情况下,有效完成了CCSDS数据的实时处理功能,为文件的可靠性传输奠定基础.

基于CCSDS-CDAS模型的空间机械臂数据管理软件设计

根据某空间机械臂的总线拓扑结构以及指令与数据特性,对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出的指令与数据获取业务(CDAS)模型进行了研究,结合设备虚拟化业务,采用面向对象的方法进行设备抽象,阐述了设备数据池业务设计时的遥测数据更新、上层业务数据获取、数据有效性的判别等关键问题。提出了基于指令与数据获取业务模型的机械臂数据管理软件构架,并已在某机械臂中央控制器上成功应用。

符合ccsds标准的遥测同步和信道编码系统及FPGA实现

针对日益复杂的地面测控需求,参照空间数据系统咨询委员会(CCSDS)分包遥测标准,在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPG A)平台上实现了一套高效、可靠的遥测同步和信道编码系统。系统不仅降低了信号传输误码率,提高了数据传输的可靠性,同时降低了硬件实现的复杂度并减少了资源消耗。实验结果标明:该系统在占用资源较少的情况下,能准确地完成遥测数据的同步和信道编码,吞吐量可达72 Mbps,满足深空通信要求。

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。

CCSDS高级在轨系统协议及其应用介绍

首先简要回顾了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)AOS(高级在轨系统)建议及其在空间数据系统信息交换和处理方面的优势,然后介绍了继载人航天飞船有效载荷数据管理系统、"实践"五号卫星及双星探测计划之后,中国科学院空间科学与应用研究中心在"嫦娥"卫星、月球车综合电子演示系统、百兆级高速多路复接器及"萤火"一号探测器上开展CCSDS AOS应用研究的新进展。

基于CCSDS标准的航天器上行遥控链路协议体系与可靠性技术

针对航天测控领域中上行遥控业务的协议体系选择与可靠性设计问题,在对我国现行国军标技术指标要求与现有航天测控系统天地基遥控技术特点进行归纳梳理的基础上,基于空间段信息传输无线链路特点与CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)标准规范,研究给出了适用于我国航天测控任务的空间段遥控协议体系与可靠性措施,利用梳理统计方法对上行遥控体制进行了数学建模分析,并与CCSDS给出的应用算例进行了对比分析。分析结果表明,所涉及的上行遥控体制与CCSDS标准规范的工作效能基本相当,能够满足我国航天任务上行遥控任务使用需求。

中国首份CCSDS标准建议书编制及应用

2021年11月,空间数据系统咨询委员会(CCSDS)橘皮书《作为CCSDS星载参考体系结构的CAST飞行软件》(CCSDS 811.1-O-1)正式发布,这是CCSDS自1982年成立以来首份由中国主导编制的标准建议书。橘皮书中提出了空间和星内一体化网络协议体系结构,以及与之配套的一种灵活而统一的飞行软件体系结构“伏羲”,设计了可重用构件化软件中间件,给出了具体的工程实现方法。软件中间件已在某遥感卫星中应用,软件构件化率高达70%,并可推广应用至其他航天器。中国承担橘皮书的编制工作,离不开长时间的技术攻关和积累,离不开在国际组织会议中的积极参与。该橘皮书的发布,标志着中国在CCSDS的角色由观察者向标准的制定者转变迈出了关键性的一步。

CCSDS子网包业务在航天器综合电子系统中的应用研究

针对未来航天器中多元化的数据对可靠性、时延等传输服务质量有不同要求的场景,研究了空间数据系统咨询委员会(CCSDS)制定的子网包业务的特点、作用及基本的工作原理,通过分析可知,应用CCSDS子网包业务可以有效克服当前星载数据管理系统的局限性,满足未来航天器数据处理的更高要求。文章提出了其在航天器综合电子系统中的应用场景、可行性、方法和工作模式,对子网包业务在未来综合电子系统中应用的优势进行了展望。

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。

CCSDS图像无损压缩标准在恒速信道中的应用研究

在CCSDS建议的无损数据压缩的基本原理上 ,结合基于局域纹理特征的处理方法 ,给出数据输入输出在恒速信道条件下一种有效的面向空间应用的遥感图像无损压缩方案。该方案包括去相关处理、熵编码以及压缩缓存控制三部分。去相关操作是在局域纹理分析方法的基础上 ,通过提取两种有效的预测模型并自适应选择最佳的模型进行处理 ;然后采用快速有效的CCSDS熵编码器对最佳去相关模型的预测误差编码。在压缩方案中充分考虑了输入输出恒速信道条件下应用的特殊性 ,设计了相应的压缩码流控制方法 。

基于CCSDS建议的干涉测量数据格式设计

针对当前VLBI(甚长基线干涉测量)观测数据格式不统一的问题,介绍了进行ΔDOR(双差分单向测距)干涉测量所必需的数据类型和相关信息,分析了当前几种主流的ΔDOR数据交换格式的优缺点和可能性,并根据CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的ΔDOR原始数据交换格式对干涉测量数据格式进行了初步设计。结果表明,该数据格式科学、简洁,包含了丰富的信源、测站和观测过程等信息,适用于作为国际ΔDOR观测数据交换格式的标准。