低轨遥感卫星组网关键技术研究
发布时间：2021-04-17 04:26
低轨遥感卫星在农业观测、城市管理、防灾减灾等领域发挥着巨大作用。近年来,伴随着网络技术以及星载处理器、星载路由器等卫星载荷的进步,搭建低轨遥感卫星网络受到各个国家和商业公司的高度关注。作为空间信息网络（Space Information Network,SIN）的基本组件,低轨遥感卫星网络通过遥感数据的在轨获取、处理与分发,提供网络化的遥感数据服务,拥有着巨大的商业前景以及极高的国家战略地位。然而,低轨遥感卫星网络的节点高动态、链路间歇性、终端与卫星切换频繁等特点使得卫星组网面临多种挑战。本文针对低轨遥感卫星组网的上述挑战,提出融合了动态路由、弹性传输、内置移动性以及主动安全的弹性增强的低轨遥感卫星网络架构,从路由、传输、移动性管理以及网络安全四个方面提出四项组网关键技术以应对组网过程中面临的多种挑战,通过关键技术的协同实现低轨遥感卫星网络的高效、弹性、可靠、安全传输。本文的主要研究内容包括:（1）弹性增强的低轨遥感卫星网络架构研究。将动态路由、弹性传输、内置移动性和主动安全等关键技术融合进低轨遥感卫星网络中,从路由、传输、移动性支持、安全等方面全方位地增强低轨遥感卫星网络的弹性,使得...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２０１８年卫星发射情况??
?第２章卫星网络组网技术基础???Ｔ?ｊ?／?Ｉ?ｔ〇近地点时刻??赤道面?《近地点角距??春分?＾ｉ?轨道倾角??ｘ?ｎ升＾赤经升乂点??７％／??１?／?ｙ／?ｅ轨道偏心率??图２．１卫星轨道参数示意图??象卫星等。用卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感。通常，遥感卫星可在轨道??上运行数年。遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域，当沿??地球同步轨道运行时，它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感，而低轨遥感??卫星需要间隔一定时间后才能对同一区域进行再次观测，这一时间被称为重访??时间。传统的遥感卫星的数据下行都需要由遥感卫星地面站接收，卫星获得的图??像数据通过无线电波高速传输技术传输到地面站，地面站发出遥控指令以控制??卫星运行和工作［６１］。??实现低轨遥感卫星网络的网络化服务需要搭载相应卫星载荷。其中，观测任??务依赖于遥感载荷，遥感载荷决定了遥感卫星的应用场景，同时遥感载荷也是遥??感卫星最主要的能耗来源。部分大型遥感卫星会搭载多个遥感载荷从而实现多??种观测用途，如“高分五号”卫星搭载了红外甚高光谱的分辨率探测器，高光谱??的相机，对温室气体的探测器，气溶胶偏振探测器以及针对污染气体探测的光谱??仪多个遥感载荷来实现卫星在气象环境检测、光谱成像等场景的多重应用［６２］。??星载处理器支撑遥感卫星的遥感数据的在轨处理。由于遥感卫星观测的原??始数据通常十分庞大，因此传统的数据下行只能利用数传技术进行星地传输。然??而随着星载处理器硬件技术的不断更新与发展，星载处理器的性能日益强大，越??来越多的高性能低功耗星载处理器已经面世［６３－６５］，遥感数据已经可以在星载??处
?第２章卫星网络组网技术基础???可编程货币?可编程金融?可编程社会???应用层???脚本代码?算法机制?智能合约???合约层???发行机制?分配机制?……??激励层??ＰｏＷ?ＰｏＳ?????共识层???Ｐ２Ｐ网络?传播机制?验证机制???网络层???数据区块?链式结构?时间戥??哈希函数?Ｍｅｒｋｌｅ树?非对称加密???数据层???图２．２区块涟系统分层结构??确定性以及抗碰撞的优点，表２．４详细说明了这些优点，ＳＨＡ２５６算法是本研究中??用于构造区块链所用的哈希算法。本研究采用双ＳＨＡ２５６哈希函数，即将任意长??度的原始数据经过两次ＳＨＡ２５６哈希运算后转换为长度为２５６位的二进制数字??来统一存储和识别，无论是区块的头部信息还是交易数据，都使用该算法计算相??关数据的哈希值，从而保证数据安全性与可靠性。??表２．４哈希函数的优点??单向性无法通过哈希值推出原始数据??随机性原始数据的微小差异会导致哈希值完全不同??确定性不同的哈希输出一定有不同的哈希输入??抗碰撞不同输入值产生相同哈希值的概率极低??图２．３展示了基本的区块结构，每一数据区块包含区块头与区块体两个部分，??区块头封装了父区块的哈希值、当前版本号、时间戳、Ｍｅｒｋｌｅ根等信息，区块体??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]支持多核处理器的星载分区操作系统设计[J]. 詹盼盼,齐征,张翠涛,何熊文,郭坚. 航天器工程. 2020(01)
[2]Ka频段低轨遥感卫星数传接收链路设计[J]. 杨建国,王芹英,王海波. 遥测遥控. 2019(06)
[3]基于低轨移动星座的高速星载路由器设计[J]. 吕原草,王凤春,徐楠,韩笑冬,冯彦君,邢川. 中国空间科学技术. 2019(06)
[4]2019年《卫星产业状况报告》发布[J]. 云成. 卫星应用. 2019(06)
[5]国内低轨遥感星座密集组网现状及发展态势[J]. 林仁红,高军,方超,张伟. 中国航天. 2019(05)
[6]基于FPGA的立方星可重构星载处理系统研究[J]. 李兴伟,白博,周军. 计算机测量与控制. 2018(08)
[7]天基资源信息服务体系构建[J]. 张满超,王犇. 指挥信息系统与技术. 2017(05)
[8]“高分五号”卫星光学遥感载荷的技术创新[J]. 范斌,陈旭,李碧岑,赵艳华. 红外与激光工程. 2017(01)
[9]卫星移动通信系统星间链路空间参数分析[J]. 李赞,张乃通. 通信学报. 2000(06)
硕士论文
[1]基于多核处理器的星载SAR快速成像研究[D]. 贾增增.北京理工大学 2016
[2]多用途ARM计算机的航天应用研究[D]. 高泽军.中国科学院国家空间科学中心 2016
本文编号：3142806
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?２０１８年卫星发射情况??
?第２章卫星网络组网技术基础???Ｔ?ｊ?／?Ｉ?ｔ〇近地点时刻??赤道面?《近地点角距??春分?＾ｉ?轨道倾角??ｘ?ｎ升＾赤经升乂点??７％／??１?／?ｙ／?ｅ轨道偏心率??图２．１卫星轨道参数示意图??象卫星等。用卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感。通常，遥感卫星可在轨道??上运行数年。遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域，当沿??地球同步轨道运行时，它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感，而低轨遥感??卫星需要间隔一定时间后才能对同一区域进行再次观测，这一时间被称为重访??时间。传统的遥感卫星的数据下行都需要由遥感卫星地面站接收，卫星获得的图??像数据通过无线电波高速传输技术传输到地面站，地面站发出遥控指令以控制??卫星运行和工作［６１］。??实现低轨遥感卫星网络的网络化服务需要搭载相应卫星载荷。其中，观测任??务依赖于遥感载荷，遥感载荷决定了遥感卫星的应用场景，同时遥感载荷也是遥??感卫星最主要的能耗来源。部分大型遥感卫星会搭载多个遥感载荷从而实现多??种观测用途，如“高分五号”卫星搭载了红外甚高光谱的分辨率探测器，高光谱??的相机，对温室气体的探测器，气溶胶偏振探测器以及针对污染气体探测的光谱??仪多个遥感载荷来实现卫星在气象环境检测、光谱成像等场景的多重应用［６２］。??星载处理器支撑遥感卫星的遥感数据的在轨处理。由于遥感卫星观测的原??始数据通常十分庞大，因此传统的数据下行只能利用数传技术进行星地传输。然??而随着星载处理器硬件技术的不断更新与发展，星载处理器的性能日益强大，越??来越多的高性能低功耗星载处理器已经面世［６３－６５］，遥感数据已经可以在星载??处
?第２章卫星网络组网技术基础???可编程货币?可编程金融?可编程社会???应用层???脚本代码?算法机制?智能合约???合约层???发行机制?分配机制?……??激励层??ＰｏＷ?ＰｏＳ?????共识层???Ｐ２Ｐ网络?传播机制?验证机制???网络层???数据区块?链式结构?时间戥??哈希函数?Ｍｅｒｋｌｅ树?非对称加密???数据层???图２．２区块涟系统分层结构??确定性以及抗碰撞的优点，表２．４详细说明了这些优点，ＳＨＡ２５６算法是本研究中??用于构造区块链所用的哈希算法。本研究采用双ＳＨＡ２５６哈希函数，即将任意长??度的原始数据经过两次ＳＨＡ２５６哈希运算后转换为长度为２５６位的二进制数字??来统一存储和识别，无论是区块的头部信息还是交易数据，都使用该算法计算相??关数据的哈希值，从而保证数据安全性与可靠性。??表２．４哈希函数的优点??单向性无法通过哈希值推出原始数据??随机性原始数据的微小差异会导致哈希值完全不同??确定性不同的哈希输出一定有不同的哈希输入??抗碰撞不同输入值产生相同哈希值的概率极低??图２．３展示了基本的区块结构，每一数据区块包含区块头与区块体两个部分，??区块头封装了父区块的哈希值、当前版本号、时间戳、Ｍｅｒｋｌｅ根等信息，区块体??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]支持多核处理器的星载分区操作系统设计[J]. 詹盼盼,齐征,张翠涛,何熊文,郭坚. 航天器工程. 2020(01)
[2]Ka频段低轨遥感卫星数传接收链路设计[J]. 杨建国,王芹英,王海波. 遥测遥控. 2019(06)
[3]基于低轨移动星座的高速星载路由器设计[J]. 吕原草,王凤春,徐楠,韩笑冬,冯彦君,邢川. 中国空间科学技术. 2019(06)
[4]2019年《卫星产业状况报告》发布[J]. 云成. 卫星应用. 2019(06)
[5]国内低轨遥感星座密集组网现状及发展态势[J]. 林仁红,高军,方超,张伟. 中国航天. 2019(05)
[6]基于FPGA的立方星可重构星载处理系统研究[J]. 李兴伟,白博,周军. 计算机测量与控制. 2018(08)
[7]天基资源信息服务体系构建[J]. 张满超,王犇. 指挥信息系统与技术. 2017(05)
[8]“高分五号”卫星光学遥感载荷的技术创新[J]. 范斌,陈旭,李碧岑,赵艳华. 红外与激光工程. 2017(01)
[9]卫星移动通信系统星间链路空间参数分析[J]. 李赞,张乃通. 通信学报. 2000(06)
硕士论文
[1]基于多核处理器的星载SAR快速成像研究[D]. 贾增增.北京理工大学 2016
[2]多用途ARM计算机的航天应用研究[D]. 高泽军.中国科学院国家空间科学中心 2016
本文编号：3142806
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