洛马公司智能卫星软件定义架构技术方案研究_许源.pdf
《洛马公司智能卫星软件定义架构技术方案研究_许源.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《洛马公司智能卫星软件定义架构技术方案研究_许源.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、技术探究军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products412023 年 3 月 总第 473 期洛马公司智能卫星软件定义架构技术方案研究摘 要在美国“弹性太空”战略引导下,采用“软件定义技术”的航天装备受到全球关注。本文在现有软件定义卫星的研究基础上,以专利文献披露的技术方案为切入点,针对洛克希德马丁公司(简称“洛马”)推出的智能卫星(SmartSat)软件定义架构以及其在构建小型中继卫星星座中的应用开展研究,分析了其系统架构设计、关键技术和应用方案等,旨在为中国航天领域了解和研究这一技术趋势提供参考。关键词智能卫星;软件定义架构;伪地球同步卫星;硬件软件解耦;
2、弹性太空北京航天长征科技信息研究所 北京航天长征科技信息研究所 许源许源 才华才华 李攀李攀 刘刘祎祎然然一、引言软件定义卫星的兴起以微纳卫星技术的发展为基础,是利用通用化和模块化设计思路设计提出的一种新型卫星1。曾有研究人员将软件定义卫星的研制与使用概括为“智能手机的软硬件研制模式,共享单车的应用方式”,并给出了解释性定义,即改变分系统实现通信、载荷等功能的传统模式,将应用任务与卫星硬件设计解耦,以计算为中心、以软件为手段,通过软件定义无线电、载荷、数据处理计算机、网络等,将各类敏感器和执行机构连接为一个整体,使得卫星功能软件化,从而实现卫星功能在轨重构,适应不断变化的应用需求2。美国、欧洲
3、、中国等国家和地区已经开始了相关研究,分别提出了不同的设计方案,开展了不同程度的工程化应用。目前,关于软件定义卫星的技术方案与应用前景偏向于商业应用,如改善无线网络欠发达地区以及解决无线网络无法覆盖地区的通信问题等,但对软件定义技术以及软件定义卫星的军事应用关注较少。本文将从跟踪分析美国洛马公司在软件定义卫星领域的专利技术方案出发,结合美国政府、智库公开的软件定义技术在太空和军事领域的应用计划,探讨软件定义卫星在军事领域的技术发展和应用前景。二、洛马公司智能卫星发展概述美国洛马公司在 2019 年推出了名为智能卫星的软件定义架构,将网络技术与航天技术有机结合,形成DOI:10.19385/ki
4、.1009-8119.2023.03.007技术探究军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products422023 年 3 月 总第 473 期新一代航天技术,支撑卫星在轨任务调整3。洛马公司开展该领域技术研究,一方面是紧跟美国国家战略需要,另一方面是洞察到了该领域的技术与市场动向。1.国家战略政策引导众所周知,美国当前的作战系统高度依赖太空通信,为了实现美国“绝对安全”的国家安全观念,其太空体系必须兼具致命性、威慑性和低成本的特点,因此,美国提出了“弹性太空”的太空战略发展要求。“弹性太空”这一名词首先出现在美国太空司令部于 2013年发布的弹性和分散太空体系白皮
5、书,随后经过美国国防部情报局等政府机关、美国外交政策研究所等智库的丰富,形成了至少包含 4 个方面内容的概念。一是实现分散式、扩散式、多样化的太空资产部署;二是建设随时分解、重组、重构、重建与自我修复的太空力量体系;三是承担全面感知威胁与快速溯源反击的作战任务;四是在高风险条件下持续支援其他域联合作战4。在上述战略实施层面,卫星领域已经明确的发展方向包括发展高机动卫星和软件定义卫星。这两方面技术在洛马公司近年卫星技术研发上均有体现。2.政府合同任务落地洛马公司于 2020 年获得美国太空发展局(SDA)名为“传输层 0 期”的通信星座合同,要求在两年内组建一个由 10 颗低轨中继卫星组成的网状
6、星座。该合同发射的卫星全部使用 SmartSat,通过应用程序快速动态调整星座卫星任务。该星座将与预警卫星连接,使高超声速武器跟踪、导弹防御系统和太空信息中继融为一体5。该技术不仅限于洛马公司新发射的卫星,该公司 5 年前交付的在轨卫星也能实现在轨任务调整。这意味着洛马公司可以整合此前发射的定制化卫星平台,实现一种全新的卫星平台型谱6。现有对洛马公司 SmartSat 的研究成果多集中在其功能、进度和应用效果,本文将从洛马公司专利技术作为切入点,重点挖掘和剖析其散落在软件定义卫星相关的专利技术方案,梳理并整合出洛马公司在“弹性太空”政策下的软件定义卫星整体架构和技术实现路径。三、系统架构设计S
7、martSat 最重要的目标之一是实现软件与硬件的解耦,用户可根据任务需要,上传和执行相应的应用程序。这种源于软件定义和互联网模式的设计思路在太空任务的实际应用上有待检验。该系统架构通过调整和调用卫星的硬件或软件实现定义卫星任务角色的功能。当具有此类通用设备的卫星被部署成星座,或被部署到已有星座中,可增强现有在轨卫星的软件和硬件功能。1.卫星系统架构设计洛马公司在名为“支持虚拟化的卫星平台”的专利中(申请号 US15297436)公开了该公司软件定义卫星的系统架构7。该系统架构最重要的作用是实现软件与硬件的解耦,具体的方法是通过分布式软件技术对使设备与功能实现分离,利用开放的编程接口远程维护和
8、升级软件功能,解决卫星设备更新和维护困难的问题。该专利公开的技术方案将系统架构分为虚拟执行层、交互层和控制层 3 层,如图 1 所示,其中,虚拟执行层利用分布式的软件技术实现网络功能的抽象,使网络不再局限于硬件架构,进而支撑多颗软件定义卫星根据业务需要高效编排、资源重构、快速灵活组网,执行定制化任务。图1 系统架构示意图技术探究军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products432023 年 3 月 总第 473 期2.轨道分层通信设计目前,SmartSat 的应用主要体现在星座任务上,以“传输层 0 期”的通信星座任务为例,作为中继卫星同时需要与地面和其他星座的
9、卫星进行信息交互。因此,洛马公司提出了基于软件定义卫星的分层网络通信技术方案8。轨道分层通信的技术方案设计上层轨道部署了一个星座,构成第一通信网络;在下层轨道部署了一个星座,构成第二通信网络,形成一个最简单的分层通信模式,如图 2 所示。在这个通信网络中,上层轨道和下层轨道的卫星之间可以通过识别、部署和分配,选择性地进行通信;与地面控制系统之间,可配置建立前向通信路径和反向通信路径的通信网络。关键技术质量评价技术角色定义技术调度表技术带宽优化技术资源调配与管理技术故障识别与跳转技术质量动态保障技术属性评分度量技术伪地球同步卫星技术角色识别与配置技术图2 轨道分层通信示意图图3 关键技术示意图该
10、方案实现了同一轨道卫星之间的通信链路、轨道层之间的通信链路,以及各轨道层与地面的通信链路。借助星座卫星之间、星座和星座卫星之间的角色分配,可以实现伪地球同步卫星的功能,解决地球同步卫星轨道紧张、通信延时和费用高昂等问题。轨道分层通信技术使软件定义卫星得以在实际执行任务中区别于传统卫星,使软件定义卫星在执行任务过程中,具备分散、重组、自我修复等“弹性”能力。四、关键技术方案支撑 SmartSat 软件定义架构功能实现以及保障“传输层 0 期”的通信星座任务的关键技术包括质量评价技术、角色定义技术、资源调配与管理技术等,如图 3 所示。1.质量评价技术为了识别出一个星座或多个星座中满足执行任务所需
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 马公 智能 卫星 软件 定义 架构 技术 方案 研究 许源
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。