尹卿 于澎 白力舸 胡帆 方凱

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

衛(wèi)星星座由多顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星之間通過(guò)無(wú)線鏈路進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，從而形成星座通信網(wǎng)絡(luò)。由于衛(wèi)星之間的可見性受到地球遮擋或天線指向限制等因素影響，星座拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在時(shí)變需求；同時(shí)，由于通信體制影響，星座拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要進(jìn)行主動(dòng)快速變化。因此，時(shí)變拓?fù)湫亲男情g網(wǎng)絡(luò)性能是衛(wèi)星星座通信的基礎(chǔ)，能夠保障數(shù)據(jù)的可靠性和時(shí)效性。在實(shí)際工作過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可能會(huì)由于衛(wèi)星在軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)引入的頻率動(dòng)態(tài)效應(yīng)(定義為多普勒效應(yīng)與信號(hào)傳輸時(shí)延變化效果之和)導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。如何在時(shí)變拓?fù)淠M的基礎(chǔ)上考核頻率動(dòng)態(tài)效應(yīng)對(duì)星間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸性能的影響，是測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試主要集成于星間鏈路測(cè)試平臺(tái),用于對(duì)星間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層進(jìn)行功能驗(yàn)證。國(guó)外“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”(GNSS)星間鏈路測(cè)試平臺(tái)的研究項(xiàng)目比較多樣，側(cè)重點(diǎn)各有不同，主要分為星間鏈路射頻通道功能及性能驗(yàn)證和星間鏈路信號(hào)及算法性能驗(yàn)證兩大類。GNSS多星座模擬器(NAVYS)是由ESA支持研制的針對(duì)GNSS的星座模擬設(shè)備，將完整的配置端口提供給用戶，包含獨(dú)立的衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星時(shí)鐘、衛(wèi)星天線方向圖、功率參數(shù)、波形、偽隨機(jī)碼(PRN碼)、子載波模式和多徑傳輸方案等，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的星座及未來(lái)將會(huì)有的GNSS星座信號(hào)進(jìn)行全方位仿真模擬[1]。星間鏈路工程開發(fā)單元(ISL EDU)是由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)研制的星間鏈路信號(hào)性能測(cè)試平臺(tái)，側(cè)重于星間傳輸信號(hào)本身性能的測(cè)試，測(cè)試過(guò)程與衛(wèi)星收發(fā)信機(jī)本身硬件設(shè)備相對(duì)獨(dú)立，適用于星間鏈路信號(hào)體制驗(yàn)證過(guò)程及星間鏈路軟件測(cè)試過(guò)程[2]?！百だ浴毙l(wèi)星信號(hào)測(cè)試設(shè)備(GSVF)是由ESA支持研制的專用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)模擬測(cè)試平臺(tái)，可用于對(duì)計(jì)劃中的“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和信息結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行評(píng)估[3-6]。時(shí)變目標(biāo)系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)多針對(duì)相控陣體制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，側(cè)重于驗(yàn)證相控陣體制功能的正確性[7-10]。國(guó)內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)模擬平臺(tái)側(cè)重于其他衛(wèi)星導(dǎo)航電文對(duì)被測(cè)衛(wèi)星星歷等的影響，能夠?qū)⒈粶y(cè)衛(wèi)星的導(dǎo)航工作狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)性的測(cè)試[11]；衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真環(huán)境可對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，在網(wǎng)絡(luò)層模擬衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、衛(wèi)星軌道運(yùn)行帶來(lái)的動(dòng)態(tài)拓?fù)渥兓?，以及空間電磁信號(hào)傳輸導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)延、高誤碼率等空間環(huán)境特點(diǎn)，同時(shí)為網(wǎng)絡(luò)管理提供虛擬的被管對(duì)象，能夠支持面向應(yīng)用層的業(yè)務(wù)流傳輸，演示驗(yàn)證衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的管理體系結(jié)構(gòu)、概念、管理算法和管理協(xié)議[12]?，F(xiàn)有測(cè)試平臺(tái)在進(jìn)行星間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工作環(huán)境模擬時(shí)，并未將時(shí)變拓?fù)湫亲念l率動(dòng)態(tài)模型與星間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸性能的測(cè)試相結(jié)合，導(dǎo)致星間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)際運(yùn)行環(huán)境與真實(shí)的在軌狀態(tài)相比存在一定的偏差，使測(cè)試結(jié)果可靠性降低，因此需要對(duì)測(cè)試模擬環(huán)境進(jìn)行完善。

本文提出一種面向時(shí)變拓?fù)湫亲男情g網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)用時(shí)變拓?fù)鋭?dòng)態(tài)模型，針對(duì)時(shí)變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻率動(dòng)態(tài)工作條件進(jìn)行模擬，提高星間網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境模擬的真實(shí)性，暴露網(wǎng)絡(luò)可能存在的性能問題，以彌補(bǔ)現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)的不足。最后，應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試用例集運(yùn)行，完成時(shí)變拓?fù)漕l率動(dòng)態(tài)條件對(duì)星間網(wǎng)絡(luò)性能影響的實(shí)際驗(yàn)證。

1 星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

進(jìn)行時(shí)變拓?fù)湫亲情g網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試時(shí)，需要使星間網(wǎng)絡(luò)工作模擬環(huán)境與在軌工作環(huán)境盡可能保持一致，一致度越高，越能提前暴露星間網(wǎng)絡(luò)在軌工作的潛在問題。為了提高工作環(huán)境模擬的真實(shí)性，需要在模擬時(shí)增加信號(hào)頻率動(dòng)態(tài)模擬功能，而時(shí)變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求通信目標(biāo)快速切換，因此發(fā)送信模擬號(hào)的頻率動(dòng)態(tài)效應(yīng)也要在數(shù)個(gè)目標(biāo)之間快速切換，如何實(shí)現(xiàn)此功能是測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。本文針對(duì)時(shí)變拓?fù)湫亲l率動(dòng)態(tài)效應(yīng)模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用時(shí)變拓?fù)鋽?shù)據(jù)收發(fā)功能配合完成星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試。

測(cè)試系統(tǒng)需要具備的主要功能包括：①時(shí)變目標(biāo)數(shù)據(jù)模擬生成；②時(shí)變目標(biāo)數(shù)據(jù)接收判讀；③星間多普勒及傳輸時(shí)延模擬。其中，時(shí)變目標(biāo)數(shù)據(jù)的生成及接收判讀功能通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)；星間多普勒及傳輸時(shí)延模擬通過(guò)硬件頻率調(diào)節(jié)及時(shí)延調(diào)節(jié)模擬。圖1為星間網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)，星間多普勒及傳輸時(shí)延模擬模塊作為核心模擬單元嵌入其中，為驗(yàn)證其功能，需要與星間信息生成模塊、星間信息接收模塊等配合工作。管理控制模塊、測(cè)試評(píng)估模塊用于完成測(cè)試設(shè)備控制和測(cè)試數(shù)據(jù)管理功能，由可獨(dú)立運(yùn)行的具有用戶交互圖形界面的星間網(wǎng)絡(luò)測(cè)試軟件和自動(dòng)化執(zhí)行腳本提供。星間多普勒及傳輸時(shí)延模擬模塊、建鏈規(guī)劃表及路由表解析管理模塊，提供頻率動(dòng)態(tài)及時(shí)變拓?fù)涞哪M計(jì)算功能；星間信息生成模塊、星間信息接收模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模擬生成及接收判讀功能，由駐留運(yùn)行在星間鏈路終端模擬器硬件平臺(tái)上的星間網(wǎng)絡(luò)模擬軟件以軟件服務(wù)的形式提供。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)框圖Fig.1 Diagram of test system architecture

2 星間多普勒及傳輸時(shí)延模擬模塊

2.1 時(shí)變拓?fù)鋭?dòng)態(tài)模型

本文星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試系統(tǒng)適用的衛(wèi)星星座采用時(shí)分雙工(TDD)模式進(jìn)行星間通信。被測(cè)衛(wèi)星將通信時(shí)段劃分為一系列等長(zhǎng)時(shí)間段(即時(shí)隙)，每個(gè)通信時(shí)隙內(nèi)被測(cè)衛(wèi)星指向不同的目標(biāo)衛(wèi)星并與之建立星間鏈路(簡(jiǎn)稱建鏈)，星座時(shí)變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)依據(jù)建鏈規(guī)劃信息進(jìn)行快速更改，現(xiàn)有星座時(shí)變拓?fù)涓轮芷趦H為秒級(jí)，星座拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在實(shí)際工作中快速轉(zhuǎn)變。在測(cè)試被測(cè)衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)性能時(shí)，也需要按照模擬的建鏈目標(biāo)靈活產(chǎn)生可控的激勵(lì)信號(hào)，并根據(jù)時(shí)變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)處理并輸出的結(jié)果對(duì)被測(cè)衛(wèi)星進(jìn)行正確性檢查。圖2為衛(wèi)星時(shí)變拓?fù)湫盘?hào)示意。

圖2 衛(wèi)星時(shí)變拓?fù)湫盘?hào)示意Fig.2 Diagram of time-varying topology signal of navigation satellite

圖2中，S(t)為傳輸?shù)臅r(shí)域信號(hào)，Si為第i個(gè)傳輸時(shí)隙(i=0,1,2,…,N-1)，Ts為每個(gè)時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間，Ai(t)為第i個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸?shù)臅r(shí)域信號(hào)，時(shí)隙內(nèi)傳輸幀數(shù)為M，F(xiàn)j為第j幀傳輸信號(hào)(j=1,2,…,M)，TF為每幀的傳輸時(shí)間(TF=Ts/M)，每幀內(nèi)數(shù)據(jù)(單位：bit)為Y，單比特傳輸時(shí)間Tbit=TF/Y。

時(shí)變拓?fù)錀l件下傳輸?shù)男盘?hào)時(shí)域可表示為

[t-(i-1)Ts]∈[0,Ts)

(1)

第i個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸?shù)臅r(shí)域信號(hào)為

[t-(j-1)TF]∈[0,TF)

(2)

式中：Fi,j(t)為第i個(gè)時(shí)隙傳輸?shù)牡趈幀信號(hào)；Δti,j為第i個(gè)時(shí)隙傳輸?shù)趈幀信號(hào)引入的傳輸時(shí)延。

考慮將信號(hào)調(diào)制于頻率為f的載波信號(hào)進(jìn)行傳輸，靜態(tài)傳輸信號(hào)可表示為

SQ(t)sin(2πft+φ)

(3)

式中：SI(t)和SQ(t)分別為QPSK調(diào)制當(dāng)前幀內(nèi)傳輸?shù)腎路和Q路的信息序列；φ為載波信號(hào)初始相位。

衛(wèi)星在軌實(shí)際工作中存在高頻率動(dòng)態(tài)過(guò)程，多普勒效應(yīng)將使載波信號(hào)頻率f產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化Δf(t)，將式(3)進(jìn)行補(bǔ)充修正，可得

Fi,j(t)=SI(t)cos(2π(f+Δf(t))t+φ)+

SQ(t)sin(2π(f+Δf(t))t+φ)

(4)

使用復(fù)數(shù)表示，信號(hào)為

Sc(t)=(SI(t)+jSQ(t))e-j(ω1t+φ1)=

(5)

對(duì)I和Q兩路信號(hào)使用cos(ω2t+φ2)和sin(ω2t+φ2)進(jìn)行第2級(jí)正交調(diào)制，可得

Sout(t)=SI(t)cos ((ω2+ω1)t+(φ2+φ1))+

SQ(t)sin ((ω2+ω1)t+(φ2+φ1))

(6)

式中：ω2為第2級(jí)調(diào)制信號(hào)角頻率；φ2為第2級(jí)調(diào)制信號(hào)初始相位。

因此，對(duì)于調(diào)制信號(hào)S(t)的載波頻率(f+Δf(t))，可采用第1級(jí)調(diào)制多普勒模擬頻率(Δf(t)+fIF)，第2級(jí)上變頻頻率(f-fIF)方式進(jìn)行過(guò)程模擬，其中fIF為中頻調(diào)制頻率。

根據(jù)多普勒效應(yīng)公式可得

Δfd(t)=Δf(t)+fIF=

(7)

式中：Δfd(t)為第1級(jí)調(diào)制頻率；Vs(t)為目標(biāo)衛(wèi)星與被測(cè)衛(wèi)星之間徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；c為真空光速，若目標(biāo)衛(wèi)星接近被測(cè)衛(wèi)星，運(yùn)算符號(hào)取“-”，反之取“+”；fIF選取需要保證Δfd(t)>0。

衛(wèi)星在軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)在產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的同時(shí)，也伴隨著星間絕對(duì)距離的變化表現(xiàn)為星間信號(hào)傳輸時(shí)延的變化。

2.2 模塊設(shè)計(jì)

圖3 星間多普勒及傳輸時(shí)延模擬模塊框圖Fig.3 Diagram of simulation module of inter-satellite Doppler and transmission delay

對(duì)調(diào)制輸出的包含多普勒頻率變化信息的傳輸信號(hào)Fi，j(t)，按照每間隔T0插入特定時(shí)延進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)延模擬，時(shí)延值由對(duì)星間距離曲線SDopplor(t)進(jìn)行采樣(采樣結(jié)果表示為SDopplor(nT0))獲得。

星間多普勒及傳輸時(shí)延模擬模塊模擬系統(tǒng)的故障模式包括：系統(tǒng)時(shí)延導(dǎo)致的時(shí)隙間數(shù)據(jù)串?dāng)_，見式(8)；系統(tǒng)時(shí)延導(dǎo)致的時(shí)隙內(nèi)傳輸誤幀，見式(9)，其中，ε為系統(tǒng)編碼糾錯(cuò)能力能修正的最大誤碼數(shù)。故障模式示意如圖4所示。

(8)

(9)

圖4 故障模式示意Fig.4 Diagram of fault models

3 星間信息生成模塊及接收判讀模塊工作方式

星間信息生成模塊完成時(shí)變拓?fù)湫亲鶖?shù)據(jù)模擬生成功能。首先，查詢當(dāng)前時(shí)變拓?fù)湟?guī)劃信息，獲得衛(wèi)星在順序各時(shí)隙的建鏈目標(biāo)衛(wèi)星、通信速率等信息。同時(shí)，針對(duì)將要進(jìn)行的星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試項(xiàng)目調(diào)用測(cè)試用例庫(kù)，獲得預(yù)設(shè)測(cè)試用例中的待傳輸信息，包括信息計(jì)劃傳輸?shù)臅r(shí)隙號(hào)、發(fā)送的數(shù)據(jù)類型、發(fā)送信息的最終目標(biāo)衛(wèi)星號(hào)、發(fā)送信息次數(shù)及發(fā)送信息數(shù)據(jù)域的具體內(nèi)容。將時(shí)變拓?fù)湫畔⒑皖A(yù)設(shè)測(cè)試用例信息作為輸入，生成星間信息模擬產(chǎn)生規(guī)則，如圖5(a)所示。按照星間信息模擬產(chǎn)生規(guī)則，每個(gè)時(shí)隙準(zhǔn)備下一個(gè)時(shí)隙待發(fā)送星間信息，并在下一個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成信息的全部發(fā)送。發(fā)送結(jié)束后，繼續(xù)按照生成規(guī)則中的下一時(shí)隙信息準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，并重復(fù)發(fā)送步驟，直至生成規(guī)則中的全部時(shí)隙傳輸信息完成發(fā)送。

星間信息接收模塊完成時(shí)變拓?fù)湫亲鶖?shù)據(jù)放入、接收及正確性判讀。首先，查詢當(dāng)前時(shí)變拓?fù)湟?guī)劃信息和路由規(guī)劃信息，獲得衛(wèi)星在順序各時(shí)隙的建鏈目標(biāo)衛(wèi)星、通信速率等信息，結(jié)合預(yù)設(shè)的測(cè)試用例(與星間信息生成模塊調(diào)用用例相同)計(jì)算得出星間信息接收判讀規(guī)則，如圖5(b)所示。由星間信息接收模塊實(shí)時(shí)接收被測(cè)衛(wèi)星發(fā)送的星間信息。在一個(gè)時(shí)隙結(jié)束后，對(duì)結(jié)束時(shí)隙內(nèi)接收到的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，包括接收數(shù)據(jù)類型、接收數(shù)據(jù)次數(shù)、接收數(shù)據(jù)目標(biāo)衛(wèi)星號(hào)等，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)送到測(cè)試評(píng)估模塊。測(cè)試評(píng)估模塊接收星間信息接收模塊發(fā)送的分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并與星間信息接收判讀規(guī)則進(jìn)行比對(duì)，得出統(tǒng)計(jì)信息中與判讀規(guī)則不一致的部分并輸出。

時(shí)隙號(hào)數(shù)據(jù)類型源衛(wèi)星目標(biāo)衛(wèi)星發(fā)送次數(shù)0TypeASat1Sat2101TypeASat2Sat3202TypeBSat3Sat4303TypeBSat4Sat5404TypeCSat5Sat6505TypeCSat6Sat7106TypeDSat7Sat8207TypeDSat8Sat9308TypeESat9Sat10409TypeESat10Sat1150……………

(a)星間信息發(fā)送模塊模擬產(chǎn)生規(guī)則示例

(b)星間信息接收判讀規(guī)則示例

注：示例對(duì)應(yīng)測(cè)試用例為當(dāng)前時(shí)隙發(fā)送信息通過(guò)下一時(shí)隙由被測(cè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)出。

圖5 星間信息模擬產(chǎn)生規(guī)則示例和星間信息接收判讀規(guī)則示例

Fig.5 Rules of generation and estimation of inter-satellite information

4 測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用及功能驗(yàn)證

為了對(duì)測(cè)試系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試，設(shè)計(jì)一個(gè)典型的測(cè)試用例。測(cè)試系統(tǒng)模擬20個(gè)星座拓?fù)涔?jié)點(diǎn)(建鏈目標(biāo)循環(huán)周期N=20)，按照順序與被測(cè)衛(wèi)星建鏈模擬時(shí)變拓?fù)湟?guī)劃，每個(gè)時(shí)隙信息傳輸速率為50幀/時(shí)隙，在每個(gè)建鏈時(shí)隙中發(fā)送目標(biāo)為下一時(shí)隙建鏈目標(biāo)的星間信息，星間信息類型固定為TypeD，時(shí)隙內(nèi)發(fā)送次數(shù)固定為50幀/時(shí)隙，模擬過(guò)程循環(huán)執(zhí)行。

測(cè)試過(guò)程中設(shè)計(jì)故障模式如下。

(1)系統(tǒng)傳輸時(shí)延導(dǎo)致時(shí)隙間數(shù)據(jù)串?dāng)_。設(shè)置各時(shí)隙內(nèi)幀傳輸時(shí)延，使經(jīng)過(guò)被測(cè)衛(wèi)星處理后的傳輸時(shí)延滿足式(8)，根據(jù)被測(cè)衛(wèi)星路由規(guī)劃得出在時(shí)隙5(S5)應(yīng)該接收到的星間信息目標(biāo)地址為Sat5；時(shí)隙6(S6)應(yīng)該接收到的星間信息目標(biāo)地址為Sat6；此時(shí)，時(shí)隙4(S4)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)(按照用例應(yīng)由被測(cè)衛(wèi)星在S5中轉(zhuǎn)發(fā)回測(cè)試系統(tǒng))將由于傳輸時(shí)延而串?dāng)_至S5發(fā)出(按照用例會(huì)由被測(cè)衛(wèi)星在時(shí)隙6(S6)中轉(zhuǎn)發(fā)回測(cè)試系統(tǒng))，測(cè)試系統(tǒng)星間信息接收模塊將識(shí)別出S6接收目標(biāo)錯(cuò)誤，同時(shí)S5中將判讀出傳輸誤幀或丟幀。

(2)系統(tǒng)傳輸試驗(yàn)導(dǎo)致時(shí)隙內(nèi)傳輸誤幀。設(shè)置時(shí)隙12(S12)內(nèi)各幀傳輸時(shí)延，使經(jīng)過(guò)被測(cè)衛(wèi)星處理后的傳輸時(shí)延滿足式(9)；此時(shí)，S12中的部分?jǐn)?shù)據(jù)幀將無(wú)法完成解析識(shí)別，導(dǎo)致S12接收有效幀出現(xiàn)誤幀，繼而使時(shí)隙13(S13)中測(cè)試系統(tǒng)接收到的被測(cè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的有效幀數(shù)量減少。

在測(cè)試用例循環(huán)后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如圖6～9所示。根據(jù)顯示結(jié)果可知：此星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試系統(tǒng)能夠模擬時(shí)變拓?fù)湫亲l率動(dòng)態(tài)效果，并對(duì)測(cè)試結(jié)果按照信息類型和收發(fā)時(shí)隙進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，能夠按照測(cè)試判讀規(guī)則進(jìn)行星間信息接收正確性判讀。在預(yù)設(shè)的故障模式影響下，按照預(yù)期判讀出S5中系統(tǒng)傳輸時(shí)延導(dǎo)致時(shí)隙數(shù)據(jù)串?dāng)_，并判讀出S13的誤幀錯(cuò)誤和誤幀數(shù)量。由于系統(tǒng)模擬的頻率動(dòng)態(tài)過(guò)程參照在軌衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)過(guò)程，因此上述故障模式異常出現(xiàn)時(shí)刻與模擬的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)過(guò)程直接相關(guān)，并非每個(gè)循環(huán)周期均能出現(xiàn)，在極限動(dòng)態(tài)條件下異常問題更易暴露；另外，時(shí)隙數(shù)據(jù)串?dāng)_可能導(dǎo)致受擾時(shí)隙有效數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤，造成有效幀總數(shù)下降。試驗(yàn)結(jié)果證明：本文設(shè)計(jì)的星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試系統(tǒng)在模擬時(shí)變拓?fù)漕l率動(dòng)態(tài)條件下完成了對(duì)星間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工作中的故障模式測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與預(yù)期一致；也成功發(fā)現(xiàn)了在靜態(tài)條件下無(wú)法發(fā)現(xiàn)的被測(cè)衛(wèi)星星間網(wǎng)絡(luò)性能存在的小概率異常問題，彌補(bǔ)了現(xiàn)有測(cè)試平臺(tái)在星間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工作環(huán)境模擬時(shí)的不足。

注：部分目標(biāo)衛(wèi)星的頻率動(dòng)態(tài)曲線重合。圖6 目標(biāo)衛(wèi)星頻率動(dòng)態(tài)曲線Fig.6 Frequency dynamic curve of target satellites

圖7 時(shí)變目標(biāo)頻率動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果Fig.7 Frequency dynamic simulation results of time-varying targets

注：本次測(cè)試?yán)塾?jì)統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)等于19 080個(gè)時(shí)隙總時(shí)長(zhǎng)。圖8 測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)界面Fig.8 Statistical interface of test results

圖9 測(cè)試結(jié)果分析Fig.9 Test results analysis

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)時(shí)變拓?fù)湫亲情g通信網(wǎng)絡(luò)，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試系統(tǒng)，針對(duì)性地完善了頻率動(dòng)態(tài)模擬功能，并通過(guò)設(shè)計(jì)故障模式與衛(wèi)星協(xié)同完成了測(cè)試系統(tǒng)功能的可行性驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明：該測(cè)試系統(tǒng)能夠在模擬時(shí)變拓?fù)漕l率動(dòng)態(tài)條件下完成星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試，且可根據(jù)測(cè)試用例及時(shí)變拓?fù)鋵?duì)發(fā)送星間信息及接收判讀規(guī)則進(jìn)行動(dòng)態(tài)生成，具備發(fā)現(xiàn)在靜態(tài)條件下無(wú)法發(fā)現(xiàn)的星間網(wǎng)絡(luò)小概率異常問題，可廣泛應(yīng)用于各種測(cè)試場(chǎng)景，為星間網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試提供支持。