学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

空间皮卫星编队组网拓扑及其节点相关技术研究

作　者: 徐海峰
导　师: 陈炳才
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 卫星组网编队 皮卫星硬件结构 分布式计算 动态可重构 JBits
分类号: TN927.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 48次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，是实现通信全球化和个人化的重要手段，由此，20世纪以来它的发展一直受到极大的关注。近年来微小卫星越来越受到人们的关注，对比于大卫星来说，其具有传播时延短、发射功率低等特点，多颗微小卫星编队组网逐渐成为人们在卫星通信系统中的热点研究对象。本文来源于国家自然科学基金项目“基于大规模编队飞行微小卫星群的空间传感器网络组网机理研究（NSFC：60902014）”，主要针对皮卫星硬件系统的改进进行了研究。首先，介绍了国内外LEO编队微小卫星星间通信系统的发展和研究现状，研究了卫星编队技术，设计了一个FLOWER圆形编队网络拓扑模型其带有中心节点和一个三角形网络拓扑模型，并且用STK软件对着两种星座进行了仿真，得到了星间链路最大和最小距离以及卫星对地面的覆盖特性等数据。其次，针对目前的皮卫星技术的发展，以及皮卫星空间飞行任务的需求，分析了基于FPGA的可重构硬件结构的基本技术，设计了一个皮卫星星上数据载荷部分的硬件电路。此部分系统包括数据存储系统、时钟单元、无线传输单元、数据处理传输所用的电源系统、视频采集系统等，同时其中给出了芯片选择的依据。然后，根据皮卫星编队组网工作原理，提出将分布式计算技术应用到空间皮卫星网络中，这样整个网络就可以协同工作实现一个大卫星的功能。以分布式图像压缩为例，设计了一种基于LBT变换的适用于传感器网络的分布式图像压缩算法，同时验证了分布式处理技术优于集中处理技术。最后，针对皮卫星这种微小卫星寿命短、完成任务即报废的缺点，提出将可重构计算技术应用到皮卫星的硬件系统中，给出了可重构技术的发展过程及其硬件基础。采用Bitstream技术基于Xilinx Virtex-Ⅱ Pro平台进行了动态可重构的仿真实验，试验中给出了采用JBits技术实现动态可重构的具体设计方法，最终验证了采用可重构技术可以很大程度的改善皮卫星硬件资源的重复利用，以及采用这种方法可以加快硬件的处理速度。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-15
  1.1 课题研究背景与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 国内外小卫星综述  12-13
    1.2.2 国内外微小卫星电子系统  13-14
  1.3 论文主要贡献  14
  1.4 论文结构安排  14-15
第2章 小卫星编队网络及其对皮卫星结构影响的研究  15-33
  2.1 低轨小卫星编队概述  15-18
    2.1.1 卫星编队网络设计原则  15-16
    2.1.2 卫星编队网络的设计过程  16
    2.1.3 星座设计的因素和影响  16
    2.1.4 低轨小卫星编队组网的优势  16-18
  2.2 FLOWER 星座设计原理  18-24
    2.2.1 星座坐标系介绍  18-20
    2.2.2 未知量的解决  20-24
  2.3 卫星轨道参数  24-25
  2.4 圆形编队轨道及三角形编队轨道参数设定  25-27
    2.4.1 圆形编队轨道参数设定  25-26
    2.4.2 三角形编队轨道参数设定  26-27
  2.5 圆形编队仿真及三角形编队仿真结果分析  27-32
    2.5.1 圆形编队仿真结果分析  27-28
    2.5.2 三角形编队仿真结果分析  28-30
    2.5.3 圆形编队网络对地面的覆盖分析  30-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章 皮卫星节点硬件系统总体设计  33-45
  3.1 单颗皮卫星传感器节点结构框架  33-34
  3.2 中央处理器功能及器件选择  34-39
    3.2.1 存储系统设计  35-37
    3.2.2 时钟单元  37-38
    3.2.3 无线传输单元  38-39
  3.3 电源系统  39-40
  3.4 视频采集单元  40-44
    3.4.1 TVP5150 视频解码芯片  40-41
    3.4.2 I2C 配置 TVP5150 芯片  41-42
    3.4.3 TVP5150 初始化  42-43
    3.4.4 TVP5150 与 FPGA 连接及视频信号采集过程  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 分布式计算技术在皮卫星网络中的应用  45-58
  4.1 概述  45-46
  4.2 双正交叠式变换(LBT)及其实现算法  46-49
    4.2.1 双正交叠式变换(LBT)  47-49
  4.3 一种新的基于 LBT 变换的图像分布式处理算法  49-57
    4.3.1 图像压缩中 LBT 变换的任务分解  49-50
    4.3.2 基于 LBT 变换的图像分布式算法  50-54
    4.3.3 算法性能仿真  54-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章 可重构技术在皮卫星节点上的设计及实现  58-78
  5.1 可重构技术的发展和研究现状  58-61
    5.1.1 可重构技术的提出  58
    5.1.2 可重构技术的特征  58-60
    5.1.3 可重构技术的分类  60-61
  5.2 可重构技术的硬件基础  61-65
    5.2.1 编程技术  61-63
    5.2.2 逻辑模块  63-64
    5.2.3 布线技术  64-65
  5.3 实验环境介绍  65-68
    5.3.1 Xilinx Virtex-Ⅱ Pro FPGA  65-67
    5.3.2 平台重要组件  67-68
  5.4 基于 Bitstream 技术实现皮卫星节点的动态可重构  68-71
    5.4.1 JBits 开发简介  68-69
    5.4.2 基于 JBits 动态可重构设计方法  69-71
  5.5 动态可重构系统的设计示例  71-77
    5.5.1 累加乘实验设计及验证  71-75
    5.5.2 三个通信模块的仿真及其重构验证  75-77
  5.6 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-84
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  84-85
致谢  85

相似论文

  1. 构建分布式系统的关键技术研究与实现,TP338.8
  2. 基于Linux平台的局域网云监控系统的分析与实现,TP311.52
  3. 基于P2P的语义Web服务查找与组合模型研究,TP393.09
  4. 可重构系统中的一种动态软硬件划分算法,TN791
  5. 用于图像边缘检测的可重构计算系统研究实现,TP391.41
  6. 动态可重构系统中通信机制的研究与实现,TN791
  7. MapReduce模型在Hadoop中的性能优化及改进,TP338.8
  8. 工业电炉运动仿真与数字化展示技术研究,TP391.9
  9. 基于FPGA的动态可重构系统实现密码算法的研究,TN791
  10. 基于局部可重构计算的在线硬件任务调度算法研究,TP316
  11. 基于判例构造的并行作业性能评测技术研究,TP338.6
  12. 局部动态可重构硬件框架和开发方法研究,TN791
  13. 基于FPGA的动态可重构系统分析,TN791
  14. Jackrabbit封装Hadoop的研究及在内容管理系统中的应用,TP315
  15. 基于FPGA动态重构的数字系统容错设计技术研究,TN791
  16. 基于.NET的学习与创新平台设计与实现,TP311.52
  17. 可重构系统平台及IP的设计与实现,TP303
  18. 基于CORBA的分布式代理模型研究,TP311.52
  19. 基于Mesh网络连通性问题求解的分布式计算平台的设计与实现,TP301
  20. 一个基于Web的分布式的共享数据库的工作流管理系统DFlow,TP315
  21. 面向机器人导航控制分布式计算的任务调度方法研究,TP242

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 卫星通信和宇宙通信 > 卫星通信
© 2012 www.xueweilunwen.com