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。

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，

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。

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。

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。

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。

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。

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。

空间信息网络协议体系分析

随着我国航天活动和空间探索工程的逐步开展,已有的空间信息传输方式已不适用于未来复杂空间操作,我国建立空间信息网络对国防和军队信息化建设意义重大。文中介绍目前国际上研究和应用的四种空间信息网络协议体系:基于CCSDS的协议体系、基于TCP/IP的协议体系、将CCSDS与TCP/IP结合的协议体系、基于容延迟/中断网络的协议体系。介绍这些协议体系架构、协议组成和功能,并进行分析和比较,总结出这些协议体系用于空间信息传输的优势和待解决的问题。

空间应用载荷的天地端到端IP隧道协议通信架构设计

在地面运控子网和载荷信息网中设计IPsec、GRE或RFC2003三种IP隧道协议,通过平台信息网和天地测控网,封装的用户数据包能在天地通信链路中路由,以支持在轨载荷和地面运控终端之间端到端的灵活通信。设计支持IP隧道协议通信的天地一体化信息网络架构,给出各级路由器的设置和网段IP地址分配,计算和分析出三种IP隧道协议的通信效率与实时性。分析结果表明,采用IP隧道协议对改变传统地面运控模式、提高运控效率具有重要意义。

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。

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。

气象卫星数据传输的发展

分析了国内外气象卫星数据传输的发展方向:气象卫星数据传输的频率正在从传统单一的L波段向L波段和频率更高的X波段及K波段同时使用发展;数据格式采用空间数据系统咨询委员会标准(CCSDS标准)分包传输,信道编码采用了纠错及抗干扰能力较强的R-S加卷积的级联编码技术;原有的模拟传输体制都改为数字传输。文章归纳了各国极轨和静止气象卫星高低速率数据传输特性。便于广大气象卫星数据接收站及早做好接收新的气象卫星数据的准备。

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。

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。

建设中的深空测控网甚长基线干涉测量系统

结合CCSDS(空间数据系统咨询委员会)给出的相关技术标准,介绍了我国目前正在建设的深空测控网甚长基线干涉测量系统,包括系统定义与性能需求,系统的设计与实现等方面。阐述了相关的设计原则和设计思路:对射电源信号,通过将2个测站接收到的同一射电源信号进行互相关的方式求取信号延迟;对航天器信号,利用对正弦信号的统计处理方法,对正弦相位进行估计再差分求取时延。最后简要分析了与欧空局开展机构间交互支持的性能指标。

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.

星载AOS数据链路层的模块化设计与实现

对AOS(高级在轨系统)数据链路层协议进行分析,提出一种模块化的设计方案,采用包装模块、虚拟信道模块和主信道模块分别处理不同特点的数据业务。该方案可利用成熟CPU(中央处理器)结合专用功能芯片实现,其中专用功能芯片可转化为ASIC(专用集成电路)产品。基于DSP(数字信号处理)控制器和FPGA(现场可编程门阵列)设计了原型设备对方案进行验证。结果表明:数据链路层模块化设计方案可行且有效,能够充分利用物理信道资源,经过测试下传数据中空闲帧比例低于0.6%。最后对功能模块的ASIC转化方案进行了讨论。

空间互联网协议体系研究

随着技术的发展,航天测控的概念将发生变革,传统的测控功能将逐步演化为通信与导航。对于新体系架构中的通信部分,空间互联网是一种有效的解决方案。本文按照协议分层的原则,针对空间任务的特点和需求,对可能应用于空间通信环境的各类协议进行了系统比较和基于OPNET(优化网络工程工具)的仿真分析,在此基础上提出了一种空间互联网协议体系建议。