基于CCSDS Proximity-1的自动重传系统设计与实现

发布时间：2019-11-12 14:27

【摘要】：随着人类探索宇宙的脚步加快,许多国家在航天航空领域上的合作越来越多,为了满足各个国家不断增长的合作需求,由多个地区和国家倡导成立了国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS),该组织提出了一系列的空间通信标准以及各项推荐技术。在这之中,邻近空间链路协议(Proximity-1)适用于深空环境下近距离数据通信,目前该协议成功运用在火星探测中。随着我国近期月球探测、火星探测以及宇宙空间站等项目的陆续上马,针对邻近空间链路展开深入的研究显得尤为重要。本文首先阐述了邻近空间链路的概念和特点,并根据国内外对于深空探测以及邻近空间链路协议的研究和应用进行了综述,论证了邻近空间自动重传的ARQ系统研制的必要性。其后,根据Proximity-1的协议分层,设计了基于Proximity-1协议的自动重传通信系统,包括总体方案设计,功能设计,系统结构,ARQ方案以及软硬件设计。在总体方案中,基于系统的功能指标,对整个系统架构和系统平台进行了设计;在ARQ方案设计中,主要基于深空探测的复杂环境分析了ARQ的几种最为稳定的方案,并择优选择了回退N帧ARQ协议,结合其特点进行了ARQ时延分析,CRC性能分析和ARQ帧长分析;在系统软件设计中,主要结合系统架构,设计了上层数管模块、参数配置模块、性能分析模块以及协议仿真模块的设计。在Proximity-1协议中,数据的交互主要分为三种工作方式,包括全双工、半双工和单工,在该系统平台上,可以模拟不同的深空环境并根据具体的场景计算出误码率并给出重传的信息。在上述分析的基础上,使用Visual Studio和LabWindows/CVI上对整个系统进行搭建调试和测试。经过测试,本系统能够在三种工作方式下实现自动重传功能,且业务质量和性能评估均能达到功能指标的要求,本仿真验证系统可以为我国在未来的火星以及深空探测方面提供借鉴。
【图文】：

单元结构,子层

递上来的帧进行验证，判断其是否为可接收的 Version-3 传输帧，最后将其按类个子层。质访问控制子层：MAC 层负责每次会话的建立和终止。它也负责操作数据业务层配置发生的变化，其执行的某些操作需要收发双方的握手过程，握手操作是为和接收双方之间建立数据传输质量的一种手段。由于空间链路崩溃可能导致双方，，MAC 层的操作动作需要执行一个保持过程，确保在该控制步骤需要的结果得不启动其他控制步骤。该子层是软件中的中枢大脑，负责控制数据链路层和物理控制字，为整个系统提供完整的命令支持。介质访问子层同时负责与本地控制器制器的指令交互以及解释命令等功能。码与同步子层：该子层主要负责对帧子层传输过来的帧进行编码与同步。其根据ersion-3 传输帧进行组帧，为其附加 24 位的同步标志位（ASM）和 32 位的循环组成邻近空间传输单元（PTLU）。组成 PLTU 后，将其按照固定的规则生成比特信道编码，最后用一种稳定的速率将其传递到物理层。在收发双方，C&S 子层钟、品质服务指示器和每个传输构架进出方向值来支持 Proximity-1 的时间服务了编码与同步子层定义的 PLTU。

衰减器

前面章节中已经对协议收发单元的工作频段进行了具体的介绍，协议收发单元的中率为 60MHz，上行链路工作频率为 435MHz~450MHz；下行链路工作频率为z~405MHz，同时将上下行链路划分为 8 个频道。考虑到对信号处理板卡输出的镜量进行滤除，同时将信号放大发射，所以中频收发模块由功率放大器和滤波器组成系统中选择了 Mini-circuits 公司的 Mini-circuitsZHL-6A+ 型功率放大器 ircuitsBBP-60 型滤波器来实现。在这其中，Mini-circuitsZHL-6A+型功率放大器可以025MHz-500MHz 的输入信号，同时能够提供高达 25dB 的信号放大增益ircuitsBBP-60 型滤波器可以对 55-67MHz 的中频信号进行滤波。信道模拟单元设计复杂的深空通信中，信道的衰减常达到 200dB 以上，因此需要使用衰减器模拟深的路径衰减。本系统选择了安捷伦提供的 8494H 和 8496H 型衰减器。这两个衰减范围分别为 0~11dB 和 0~100dB，当使用两组该型衰减器时，能够模拟 200dB 以上减，衰减步径 1dB。使用安捷伦的 11713C 型衰减器控制器完成对衰减器的控制。制器如图 2.13（a）所示，衰减器如图 2.13（b）所示。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443.1;TP311.52

【参考文献】