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面向确定性传输的新型虚拟卫星编队方案

通信学报 2023年第10期44卷 137-148页

作者：徐川周密赵国锋崔钊婧何熊文重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 复杂环境通信重庆市重点实验室重庆400065 中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部北京100094

卫星编队飞行队形相对稳定,可有效支撑确定性传输,但其队形控制需要较大的实时计算开销,且不支持多业务的灵活部署。为此,基于广泛部署的低轨星座,提出了虚拟卫星编队方案,通过选取合适的卫星构建编队来实现时敏业务的确定性传输。首先... 详细信息

卫星编队飞行队形相对稳定,可有效支撑确定性传输,但其队形控制需要较大的实时计算开销,且不支持多业务的灵活部署。为此,基于广泛部署的低轨星座,提出了虚拟卫星编队方案,通过选取合适的卫星构建编队来实现时敏业务的确定性传输。首先,阐述了虚拟卫星编队的设计理念,分析了基于低轨星座设计编队的挑战和性能需求。然后,通过刻画星间链路的生存时间与距离变化率属性,构建编队节点选择模型,针对时敏业务需求设计虚拟卫星编队选择算法。最后,基于STK和Exata搭建卫星网络场景进行仿真验证,实验结果表明,所提方案能为时敏业务提供与卫星编队飞行相同的性能指标,且具有更灵活的业务部署能力。

关键词：低轨星座虚拟卫星编队时敏业务确定性传输

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卫星编队流调度的门控对齐策略研究

通信学报 2024年第8期45卷 51-61页

作者：徐川张汝凤何熊文崔钊婧赵国锋重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 复杂环境通信重庆市重点实验室重庆400065 北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对时间敏感网络(TSN)门控调度对相邻节点同步精度要求高,星间无线链路时延波动引起相邻节点门控开启出现偏差,导致业务流在多个卫星节点的调度不一致问题,提出了一种面向卫星编队流调度的门控对齐策略。首先,分析卫星编队中影响门控... 详细信息

针对时间敏感网络(TSN)门控调度对相邻节点同步精度要求高,星间无线链路时延波动引起相邻节点门控开启出现偏差,导致业务流在多个卫星节点的调度不一致问题,提出了一种面向卫星编队流调度的门控对齐策略。首先,分析卫星编队中影响门控调度的因素,对业务流在端口的调度时间约束进行建模,并构建门控on/off列表模型;其次,设计在线滚动灰色预测算法对节点间链路时延进行预测,基于预测结果对相邻节点的门控列表偏差进行动态修正,确保多节点门控调度的一致性;最后,基于STK和EXata搭建卫星编队软件仿真场景,同时在现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台上实现门控对齐策略。实验结果表明,所提策略能保障卫星编队中时敏业务流经过5跳卫星节点传输后时延为3782~3848μs、抖动稳定在30μs,比现有方案提升了20%。

关键词：卫星编队时敏业务门控对齐确定性传输

智能化航天器综合电子系统需求分析及其体系架构探讨

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航天器工程 2018年第4期27卷 82-89页

作者：何熊文李楠徐勇郭坚北京空间飞行器总体设计部北京100094 海装天津局北京100073

针对航天器在自主任务规划、自主健康管理、信息实时处理、天地一体化网络等智能化和网络化方面的需求,对现有综合电子系统的处理能力、信息传输能力、网络通信能力等存在的差距进行分析,提出了一种智能化航天器综合电子系统的体系架构... 详细信息

针对航天器在自主任务规划、自主健康管理、信息实时处理、天地一体化网络等智能化和网络化方面的需求,对现有综合电子系统的处理能力、信息传输能力、网络通信能力等存在的差距进行分析,提出了一种智能化航天器综合电子系统的体系架构,并从硬件模块化设计、业务和协议标准化设计、软件分层及构件化设计3个方面给出了具体的方案。文章提出的体系架构能提供高性能的计算和处理平台,支持高速数据传输,支持器内、器间一体化联网,支持载荷信息融合等智能化处理,可提升航天器的智能化、网络化能力,提升航天器的好用性和易用性。

关键词：航天器综合电子系统体系架构智能化网络化

CCSDS存储器访问业务在航天器综合电子系统中的应用研究

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航天器工程 2020年第2期29卷 89-94页

作者：阎冬陶涛顾明何熊文北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对未来航天器中多元化的用户业务对星载设备中数据的采集、存储、修改等处理以更灵活、高效的方式实现的需求,研究分析了CCSDS制定的存储器访问业务的特点、作用及基本的工作原理。通过分析可知,应用CCSDS存储器访问业务可以有效解决... 详细信息

针对未来航天器中多元化的用户业务对星载设备中数据的采集、存储、修改等处理以更灵活、高效的方式实现的需求,研究分析了CCSDS制定的存储器访问业务的特点、作用及基本的工作原理。通过分析可知,应用CCSDS存储器访问业务可以有效解决当前星载综合电子系统的局限,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,对存储器访问业务在未来综合电子系统中应用的优势进行了初步探索。

关键词：空间数据系统咨询委员会存储器访问业务分包业务航天器星载接口业务综合电子系统

面向航天器有线无线混合场景的流调度机制研究

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电子与信息学报 2023年第2期45卷 464-471页

作者：赵国锋卢奕杉徐川邢媛何熊文崔钊婧重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 复杂环境通信重庆市重点实验室重庆400065 中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部北京100094

随着各国深空探测任务的开展,空间站的建设需求日益增加,而航天器内部大量的数据通信总线在一定程度上影响了航天器的有效载荷。因此,该文将无线通信方式引入到航天器通信系统设计中,但传统无线通信难以保障时敏数据的端到端传输时延,... 详细信息

随着各国深空探测任务的开展,空间站的建设需求日益增加,而航天器内部大量的数据通信总线在一定程度上影响了航天器的有效载荷。因此,该文将无线通信方式引入到航天器通信系统设计中,但传统无线通信难以保障时敏数据的端到端传输时延,该文提出了一种有线无线融合的时间敏感网络(TSN)流调度方案。设计了一种上下行时隙分离的TDMA时隙分配机制,通过对航天器内部业务类型与有线无线融合传输链路的时延关系进行建模分析,构建了以时敏业务平均端到端时延最小的目标函数,采用粒子群算法对时隙分配方案进行快速求解。最后在Pycharm平台对所提算法进行对比测试,并在EXata网络仿真平台搭建航天传感器采集网络进行验证。实验结果表明,该文所提出的有线无线融合流调度方案能为时敏业务提供稳定、有界的时延保障。

关键词：航天器有线无线融合时间敏感网络时隙分配

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一种星载计算机秒中断间隔可控的校时方法

中国空间科学技术 2020年第2期40卷 76-80页

作者：张翠涛汪路元郭坚何熊文北京空间飞行器总体设计部北京100094

传统的星载计算机时间维护主要由软件实现,为了避免校时过程中秒中断间隔过小或过大,软件需要通过复杂的逻辑和算法对外部计时器Intel 82C54芯片进行多次操作才能实现一次校时,较容易出错,且占用CPU机时较多。随着未来航天器智能处理的... 详细信息

传统的星载计算机时间维护主要由软件实现,为了避免校时过程中秒中断间隔过小或过大,软件需要通过复杂的逻辑和算法对外部计时器Intel 82C54芯片进行多次操作才能实现一次校时,较容易出错,且占用CPU机时较多。随着未来航天器智能处理的任务越来越多,CPU机时越来越紧张,为了将CPU从繁琐的校时操作中解放,提出了一种基于FPGA的秒中断间隔可控的校时方法。通过FPGA逻辑电路设计星时计时器,利用秒中断间隔约束条件设计校时触发条件,当满足校时触发条件时,FPGA逻辑电路自动实现校时操作,很好地解决了校时过程中秒中断间隔过大或过小的问题,节约了CPU机时。该校时方法已在多台星载计算机上应用,取得了较好的效果。

关键词：星载计算机秒中断校时 CPU FPGA

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大型航天器设备之间指令管理优化方法

航天器工程 2021年第4期30卷 85-90页

作者：陆岚孙勇何熊文余晟北京空间飞行器总体设计部北京100094

为提高大型航天器组合体设备之间指令传输实时性,对设备之间指令的协议和转发流程进行了研究,分析了转发流程每个环节相关的时间延迟,并针对不同环节提出了数据链路层和物理层优化方法:在数据链路层采用解析流程和总线消息反馈过程优化... 详细信息

为提高大型航天器组合体设备之间指令传输实时性,对设备之间指令的协议和转发流程进行了研究,分析了转发流程每个环节相关的时间延迟,并针对不同环节提出了数据链路层和物理层优化方法:在数据链路层采用解析流程和总线消息反馈过程优化;在物理层采用总线消息发送序列优化。该方法已应用于某大型航天器组合体,通过某舱段真实指令管理设备的时延测试,验证了对于提升指令转发实时性的实际效果。经过优化,指令一次转发的最大时延缩短了65%。文章的研究成果对于大型航天器指令管理设备软件设计具有一定的参考意义。

关键词：大型航天器指令管理设备优化实时性

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深空探测器自主健康管理需求及其软件架构

控制理论与应用 2019年第12期36卷 2065-2073页

作者：何熊文郭坚李玉庆詹盼盼顾明朱剑冰北京空间飞行器总体设计部北京100094 哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001

由于深空探测器距离远,要求具有很强的自主健康管理能力.目前大多数深空探测器自主健康管理功能为型号特定、缺乏统一的健康管理方法及软件架构,难以实现星载自主健康管理软件的通用化.针对此问题,本文对深空探测器自主健康管理需求进... 详细信息

由于深空探测器距离远,要求具有很强的自主健康管理能力.目前大多数深空探测器自主健康管理功能为型号特定、缺乏统一的健康管理方法及软件架构,难以实现星载自主健康管理软件的通用化.针对此问题,本文对深空探测器自主健康管理需求进行了分析,提出了一种基于包应用标准和航天器接口业务标准的自主健康管理方法,设计了分层的通用软件架构.本文对架构中与健康管理相关的在轨监视业务构件、事件报告业务构件、事件动作业务构件等3个核心构件进行了详细设计,并进一步说明了架构在原理样机中的应用验证情况.

关键词：深空探测器自主健康管理包应用标准航天器接口业务软件架构

基于IPv6和空间包协议的空间路由策略设计与分析

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航天器工程 2019年第3期28卷 14-19页

作者：齐征安秀枝何熊文詹盼盼北京空间飞行器总体设计部北京100094 中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100094

针对卫星星内和星间一体化组网问题,结合已有的智能化航天器综合电子系统协议体系架构,提出了基于IPv6和空间包协议的空间路由策略。该策略借鉴IPv4和IPv6的隧道机制,利用空间包局部信息与IPv6全局信息的映射完成协议封装。以星载路由... 详细信息

针对卫星星内和星间一体化组网问题,结合已有的智能化航天器综合电子系统协议体系架构,提出了基于IPv6和空间包协议的空间路由策略。该策略借鉴IPv4和IPv6的隧道机制,利用空间包局部信息与IPv6全局信息的映射完成协议封装。以星载路由器为核心搭建演示验证系统,通过典型实例验证该策略具有一体化组网的可行性。在分析策略存在的灵活性问题基础上,提出了定制空间包格式、修改协议信息表的优化措施。该策略的设计与其在星载路由器中的实现,可为我国天地一体化信息网络的构建提供参考。

关键词：空间路由 IPv6协议空间包协议星载路由器