基于邻近空间链路协议的半物理仿真系统设计与软件实现

发布时间：2020-05-27 12:10

【摘要】：近年来,深空探测任务数据量大幅增加。为了适应大数据量的通信要求,通常采用着陆器-轨道器-地球这样的通信方案。对于着陆器、探测器和在轨卫星之间的短距离、信号强度中等的链路通信,CCSDS提出了邻近空间链路协议。在一般通信系统的研究基础之上,结合邻近空间通信特点,本文对邻近空间链路协议进行了详细设计,并依此实现了一套基于回退N帧式自动请求重传算法的邻近空间链路半物理仿真系统。本文首先基于邻近空间链路协议的具体内容,提出了邻近空间链路协议详细设计方案。该方案包含两个邻近链路通信单元和一台星载控制器,协议物理层实现采用FPGA芯片实现,数据链路层采用C/C++软件语言描述,能启动通信会话、传输数据和重新配置通信双方收发机参数。接着对三类自动请求重传方案进行比较,并基于深空通信具体的通信要求和资源限制,设计并实现了一套基于回退N帧式自动请求重传算法的邻近空间链路半物理仿真系统。该系统遵循邻近空间链路协议详细设计方案,对传统回退N帧式自动请求算法进行了修正,并分析了在既定条件下滑动窗口大小的取值。然后,依据软件设计原则,在MFC和LabWindows/CVI平台上设计通信单元软件和控制单元软件,实现协议操作流程、状态显示和性能评估等功能。最后,本文对邻近空间链路协议半物理仿真系统进行软硬件协同仿真,搭建测试平台进行系统化测试。测试结果表明,处于低误码率的信道状态下,系统吞吐率高达95%,验证了邻近空间链路协议在工程实现上的可行性和正确性。
【图文】：

模块图,控制模式,模块,通信单元

彘PCI驱动程序·EXCEL接口·MATLAB接口·STK接口图 4.2 分层模块功能图4.3.2 Proximity-1 协议通信单元软件设计Proximity-1 协议通信单元主要模拟航天器收发模块，由于两个 Proximity-1 通信单元之间并不是主从架构（Master/SlaveArchitecture,M/S），，而是平等的关系，双方都可以作为发起方而启动通信进程或作为响应方接收应答请求。因此，两个 Proximity-1 通信单元共用同一套通信单元软件。根据本项目具体要求并结合 Proximity-1 协议标准，邻近空间链路系统通信单元性能要求如下：1）频率分配和转发比。频段范围为 390MHz~450MHz，其中前向链路频段范围为435MHz~450MHz；反向链路频段范围为 390MHz~405MHz。具体频率分配和转发比见表 2.1。2）调制方式。系统提供可选的三种调制方式：相位调制（PhaseModulation,PM）、二进制相移键控调制（Binary Phase Shift Keying, BPSK）和交相移键控（uadrature Phase Shift Keyin，QPSK）。对于相位调制方式，还提供可选的 BI-L、BI-M、BI-S、NRZ-L、NRZ-M 和 NRZ-S 共6 种码型，调制指数可调范围为 0~2.5 弧度

模块图,参数配置,模块

图 4.4 参数配置模块层级内容如图 4.5 所示。系协议工作方式统参数参数配置模块自动请求重传发射机参数数据源文件调制方式全双工半双工单工BPSKQPSKPM码型指数卷积滑动窗口大小数据速率1kbps2048kbps工作频道接收数据源1db0db
【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】：2018
【分类号】：TN927

【参考文献】