CN115086971A - 一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，涉及测控领域，通过测控节点动态部署，网络拓扑动态更新，空间基准动态维持，转发路径动态建立等方法，构建了一个动态的测控网络，相较现有固定测控网络，可以更好地适应多样的测控任务需求以及测控节点失效或毁坏等突发情况；特别地，当测控节点与测控中心存在有效连接时，本发明提出的组网架构可以实现测控用户的绝对定位和跟踪测轨；当测控节点失去与测控中心的连接时，本发明提出的组网架构仍然可以通过建立相对空间基准实现测控用户的相对定位。

Description

一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法

技术领域

本发明涉及测控领域，具体涉及一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法。

背景技术

我国现有测控网络由地面测控网和天基测控网组成；地面测控网通过地基测控站和海上测控船可以实现航天器及其它空天飞行器的视距测控；但是，地面测控网覆盖空域受地球曲率限制，作用范围有限，且地面部署受地形条件限制较大，使得网络部署存在代价高、周期长、灵活性差等问题；天基测控网通过部署在地球同步轨道的跟踪与数据中继卫星实现测控站上天，可以对高度在2000km以下的各类航天器及非航天器的完成全域覆盖，有效地弥补了地面测控网作用范围的不足；但是，由于卫星制造和发射成本高、周期长、轨位有限，因而网络部署代价高、周期长、灵活性差的问题依然存在；当发生地质灾害、空间辐射、人为破坏等突发情况时，地面测控站或中继卫星面临被摧毁、被干扰、几何精度因子(GDOP)指标降级等威胁，现有网络架构下测控系统很难在短时间内重新恢复测控服务，网络抗毁顽存能力严重不足。

同时，随着无人机、无人车、无人船等无人系统的大规模应用，测控网络应用场景从传统的空间域扩展到低空、海岛、丛林、山地、峡谷、高原、城市街道、建筑物内外、地下、水下等各类地域环境。为满足无人系统无处不在的测控需求，未来的无人系统测控网络将是一个由天、空、地、海等各类测控节点组成，具备声、光、电、磁等各类接入手段，按需动态组网的复杂网络。现有测控网络中测控节点与测控中心连接关系固定，组网架构固化，无法满足更广泛的无人系统对测控网络提出的灵活部署、动态组网需求。

因此，有必要提出一种新的组网测控架构，实现测控网络抗毁顽存能力与动态组网能力的提升。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有测控网络部署代价高、周期长、灵活性差，当面临地面测控站或中继卫星被毁或失效等应急突发情况时，很难在短时间内重新恢复测控服务，网络抗毁顽存能力严重不足、现有测控网络中测控节点与测控中心连接关系固定，组网架构固化，无法满足更广泛的无人系统对测控网络提出的灵活部署、动态组网需求的问题，提供了一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，通过测控节点动态部署，网络拓扑动态更新，空间基准动态维持，转发路径动态建立实现测控网络抗毁顽存能力和动态组网能力提升，解决了上述问题。

本发明的技术方案如下：

一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，包括：

步骤A：测控中心根据测控任务覆盖需求，按需进行各类测控节点动态部署；

步骤B：测控节点之间通过无线链路连接，测控用户通过物理手段接入测控节点；

步骤C：测控中心基于测控节点状态得到全网节点连接关系，综合考虑各因素后进行骨干节点选取，其余测控节点则为接入节点，得到由测控中心、骨干节点、接入节点和测控用户构成的网络拓扑；

步骤D：测控网络根据骨干节点空间位置、骨干节点对接入节点的测量数据建立空间基准，结合接入节点对测控用户的测量数据，实现对测控用户的跟踪测轨和定位；

步骤E：测控网络生成“骨干路由表”和“接入路由表”，完成转发路径配置，并根据“骨干路由表”和“接入路由表”进行测控数据转发；

步骤F：当测控节点发生变化时，测控中心将根据最新测控节点状态，重复步骤C～步骤E，动态更新网络拓扑，完成测控网络重建。

进一步地，所述各类测控节点，包括：空、天、地、海各类测控节点。

进一步地，所述物理手段包括：声、光、电、磁中的一种或多种。

进一步地，所述各因素包括：网络连通性、几何精度因子。

进一步地，所述测控中心基于测控节点状态得到全网节点连接关系，包括：

测控节点动态部署完成后通过广播消息进行自身状态上报，测控中心和测控节点均掌握全网测控节点状态信息；

所述测控节点状态信息包括测控节点与相邻节点的网络通联状态；

测控中心根据收集的测控节点状态信息得到全网节点连接关系。

进一步地，所述骨干节点选取，包括如下标准：

所有接入节点可以与至少一个骨干节点直接连接；

任意骨干节点之间可以直接连接或多跳连接；

至少有一个骨干节点与测控中心直接连接；

骨干节点构成的几何精度因子需满足任务定位需求。

进一步地，所述建立空间基准，包括：

当骨干节点可以与测控中心建立连接时，测控中心汇聚各个骨干节点对接入节点的测量数据，结合骨干节点空间位置信息进行接入节点绝对空间位置解算，形成测控网络绝对空间基准；

当骨干节点无法与测控中心建立连接时，骨干节点交换各自对接入节点的测量数据，进行接入节点相对空间位置解算，得到测控网络相对空间基准。

进一步地，所述“骨干路由表”的生成过程为：

测控中心根据骨干节点间拓扑连接关系，生成全部骨干节点到测控中心的“骨干路由表”；测控中心向全部骨干节点分发“骨干路由表”；

所述“接入路由表”的生成过程为：骨干节点根据相邻接入节点拓扑连接关系，生成任一相邻接入节点到骨干节点的“接入路由表”；骨干节点向所有相邻接入节点分发“接入路由表”。

进一步地，所述转发路径配置，包括：

测控中心根据“骨干路由表”进行骨干转发路径配置；

骨干节点根据“骨干路由表”和“接入路由表”分别进行骨干和接入转发路径配置；

接入节点根据“接入路由表”进行接入转发路径配置。

进一步地，所述测控数据转发，包括：

测控中心基于“骨干路由表”进行测控数据转发；

骨干节点基于“骨干路由表”和“接入路由表”进行测控数据转发；

接入节点基于“接入路由表”进行测控数据转发。

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

1、一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，按需动态部署测控节点，相较现有地面测控网络和天基测控网络，具有网络部署灵活、不可预见性强等优点，当测控节点发生失效或毁坏等情况时，可以实现测控网络的快速恢复，减少测控失能时间。

2、一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，通过测控节点动态部署，网络拓扑动态更新，空间基准动态维持，转发路径动态建立等方法，构建了一个动态的测控网络，相较现有固定测控网络，可以更好地适应多样的测控任务需求以及测控节点失效或毁坏等突发情况；特别地，当测控节点与测控中心存在有效连接时，本发明提出的组网架构可以实现测控用户的绝对定位和跟踪测轨当测控节点失去与测控中心的连接时，本发明提出的组网架构仍然可以通过建立相对空间基准实现测控用户的相对定位。

3、一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，通过骨干路由和接入路由分级处理，能够更好地兼顾路由的稳定性和灵活性，可以动态适应测控节点失效或毁坏等网络变化，实现网络拓扑的快速重构。

附图说明

图1为实施例二中基于抗毁顽存的组网测控架构实现方法，针对于火箭弹的测控节点动态部署示意图；

图2为实施例二中生成的一种网络拓扑示例；

图3为实施例二中遥控数据转发过程；

图4为实施例二中遥测数据转发过程；

图5为现有固定组网测控架构。

具体实施方式

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

现有测控网络部署代价高、周期长、灵活性差，当面临地面测控站或中继卫星被毁或失效等应急突发情况时，很难在短时间内重新恢复测控服务，网络抗毁顽存能力严重不足、现有测控网络中测控节点与测控中心连接关系固定，组网架构固化，无法满足更广泛的无人系统对测控网络提出的灵活部署、动态组网需求。

本实施例针对于上述问题，提供了一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，通过测控节点动态部署，网络拓扑动态更新，空间基准动态维持，转发路径动态建立实现测控网络抗毁顽存能力和动态组网能力提升。

请参阅图1-5，一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，具体包括：

步骤A：测控中心根据测控任务覆盖需求，按需进行各类测控节点动态部署；优选地，所述各类测控节点，包括：空、天、地、海各类测控节点，即按需进行空、天、地、海各类测控节点动态部署；

步骤B：测控节点之间通过无线链路连接,测控用户通过物理手段接入测控节点；优选地，所述物理手段包括：声、光、电、磁中的一种或多种，即测控用户通过声、光、电、磁中的一种或多种物理手段接入测控节点；

步骤C：测控中心基于测控节点状态得到全网节点连接关系，综合考虑各因素后进行骨干节点选取，其余测控节点则为接入节点，得到由测控中心、骨干节点、接入节点和测控用户构成的网络拓扑；优选地，所述各因素包括：网络连通性、几何精度因子，即综合考虑网络连通性、几何精度因子(GDOP)等因素进行骨干节点选取；

步骤D：测控网络根据骨干节点空间位置、骨干节点对接入节点的测量数据建立空间基准，结合接入节点对测控用户的测量数据，实现对测控用户的跟踪测轨和定位；

步骤E：测控网络生成“骨干路由表”和“接入路由表”，完成转发路径配置，并根据“骨干路由表”和“接入路由表”进行测控数据转发；

步骤F：当测控节点发生变化时，测控中心将根据最新测控节点状态，重复步骤C～步骤E，动态更新网络拓扑，完成测控网络重建。

在本实施例中，具体的，给出全网节点连接关系的一种方法。

所述测控中心基于测控节点状态得到全网节点连接关系，包括：

测控节点动态部署完成后通过广播消息进行自身状态上报，测控中心和测控节点均掌握全网测控节点状态信息；

所述测控节点状态信息包括测控节点与相邻节点的网络通联状态；

测控中心根据收集的测控节点状态信息得到全网节点连接关系。

在本实施例中，具体的，给出骨干节点的一种选择标准。

所述骨干节点选取，包括如下标准：

所有接入节点可以与至少一个骨干节点直接连接；

任意骨干节点之间可以直接连接或多跳连接；

至少有一个骨干节点与测控中心直接连接；

骨干节点构成的几何精度因子(GDOP)需满足任务定位需求。

在本实施例中，具体的，建立空间基准的方法至少包括如下两种。

所述建立空间基准，包括：

当骨干节点可以与测控中心建立连接时，测控中心汇聚各个骨干节点对接入节点的测量数据，结合骨干节点空间位置信息进行接入节点绝对空间位置解算，形成测控网络绝对空间基准；

当骨干节点无法与测控中心建立连接时，骨干节点交换各自对接入节点的测量数据，进行接入节点相对空间位置解算，得到测控网络相对空间基准。

在本实施例中，具体的，骨干节点通过无线链路对接入节点进行测量，包括但不限于距离、速度和角度等测量参数。

在本实施例中，具体的，所述“骨干路由表”的生成过程为：

测控中心根据骨干节点间拓扑连接关系，生成全部骨干节点到测控中心的“骨干路由表”；测控中心向全部骨干节点分发“骨干路由表”；

所述“接入路由表”的生成过程为：骨干节点根据相邻接入节点拓扑连接关系，生成任一相邻接入节点到骨干节点的“接入路由表”；骨干节点向所有相邻接入节点分发“接入路由表”。

在本实施例中，具体的，所述转发路径配置，包括：

测控中心根据“骨干路由表”进行骨干转发路径配置；

骨干节点根据“骨干路由表”和“接入路由表”分别进行骨干和接入转发路径配置；

接入节点根据“接入路由表”进行接入转发路径配置。

在本实施例中，具体的，所述测控数据转发，包括：

测控中心基于“骨干路由表”进行测控数据转发；

骨干节点基于“骨干路由表”和“接入路由表”进行测控数据转发；

接入节点基于“接入路由表”进行测控数据转发。

本发明按需动态部署测控节点，相较现有地面测控网络和天基测控网络，具有网络部署灵活、不可预见性强等优点，当测控节点发生失效或毁坏等情况时，可以实现测控网络的快速恢复，减少测控失能时间。同时，通过测控节点动态部署，网络拓扑动态更新，空间基准动态维持，转发路径动态建立等方法，构建了一个动态的测控网络，相较现有固定测控网络，可以更好地适应多样的测控任务需求以及测控节点失效或毁坏等突发情况。特别地，当测控节点与测控中心存在有效连接时，本发明提出的组网架构可以实现测控用户的绝对定位和跟踪测轨。当测控节点失去与测控中心的连接时，本发明提出的组网架构仍然可以通过建立相对空间基准实现测控用户的相对定位。还可以通过骨干路由和接入路由分级处理，更好地兼顾路由的稳定性和灵活性，可以动态适应测控节点失效或毁坏等网络变化，实现网络拓扑的快速重构。

实施例二

实施例二基于实施例一提出的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，针对于火箭弹测控节点部署，作进一步说明，请参阅图1-4。

在步骤A中，临空测控节点、低空测控节点、水面测控节点都搭载在火箭弹载荷中，在火箭弹飞行过程中，根据预先设置的部署位置，释放相应的测控节点，实现动态部署，按需覆盖。

在步骤B中，测控节点之间通过无线链路连接，测控用户通过物理手段接入测控节点；

在步骤C中，测控节点动态部署完成后通过广播消息进行自身状态上报，测控中心和测控节点均掌握全网测控节点状态信息；测控节点状态信息包括测控节点与相邻节点的网络通联状态；测控中心根据收集的测控节点状态信息得到全网节点连接关系。

其中，选取骨干节点的标准如下：

1、所有接入节点可以与至少一个骨干节点直接连接；

2、任意骨干节点之间可以通过单跳或多跳链路实现连接；

3、至少有一个骨干节点与测控中心直接连接；

4、骨干节点构成的几何精度因子(GDOP)需满足定位应用需求。

由步骤C形成的一种网络拓扑示例如图2所示，骨干节点B1、B2、B3、B4之间通过单跳或多跳链路实现连接；测控中心A与骨干节点B1、B4连接；接入节点C1、C2、C3与骨干节点B2连接；接入节点C4与骨干节点B3、B4连接；测控用户D1与接入节点C6连接；测控用户D2、D3与接入节点C5连接；测控用户D4与接入节点C4连接；测控用户D5、D6、D7、D8与接入节点C3连接。

在步骤D中，测控网络根据骨干节点空间位置、骨干节点对接入节点的测量数据建立空间基准，结合接入节点对测控用户的测量数据，实现对测控用户的跟踪测轨和定位。

其中，建立空间基准，包括：

当骨干节点可以与测控中心建立连接时，测控中心汇聚各个骨干节点对接入节点的测量数据，结合骨干节点空间位置信息进行接入节点绝对空间位置解算，形成测控网络绝对空间基准；

当骨干节点无法与测控中心建立连接时，骨干节点交换各自对接入节点的测量数据，进行接入节点相对空间位置解算，得到测控网络相对空间基准。

骨干节点通过无线链路对接入节点进行测量，包括但不限于距离、速度和角度等测量参数。

在步骤E中，测控网络生成“骨干路由表”和“接入路由表”，完成转发路径配置，并根据“骨干路由表”和“接入路由表”进行测控数据转发。

其中，所述“骨干路由表”的生成过程为：

测控中心根据骨干节点间拓扑连接关系，生成全部骨干节点到测控中心的“骨干路由表”；测控中心向全部骨干节点分发“骨干路由表”；

其中，所述“接入路由表”的生成过程为：骨干节点根据相邻接入节点拓扑连接关系，生成任一相邻接入节点到骨干节点的“接入路由表”；骨干节点向所有相邻接入节点分发“接入路由表”。

其中，所述转发路径配置，包括：

测控中心根据“骨干路由表”进行骨干转发路径配置；

骨干节点根据“骨干路由表”和“接入路由表”分别进行骨干和接入转发路径配置；

接入节点根据“接入路由表”进行接入转发路径配置。

其中，所述测控数据转发，包括：

测控中心基于“骨干路由表”进行测控数据转发；

骨干节点基于“骨干路由表”和“接入路由表”进行测控数据转发；

接入节点基于“接入路由表”进行测控数据转发。

具体的，测控数据转发过程包括遥控数据转发和遥测数据转发。

如图3所示，遥控数据转发过程为：

1、测控中心生成遥控数据，根据“骨干路由表”将遥控数据转发到第1跳骨干节点；

2、第1跳骨干节点根据“骨干路由表”将遥控数据转发到最后1跳骨干节点；

3、最后1跳骨干节点根据“接入路由表”将遥控数据转发到接入节点；

4、接入节点将遥控数据转发至测控用户；

如图4所示，遥测数据转发过程为：

1、测控用户生成遥测数据，发送到接入节点；

2、接入节点根据“接入路由表”将遥测数据转发到第1跳骨干节点；

3、第1跳骨干节点根据“骨干路由表”将遥测数据转发到最后1跳骨干节点；

4、最后1跳骨干节点将遥测数据转发到测控中心。

在步骤F中，当测控节点发生变化时，测控中心将根据最新测控节点状态，重复步骤C～步骤E，动态更新网络拓扑，完成测控网络重建。

其中，测控节点发生变化的原因包括但不限于：

1、测控节点被摧毁或损坏，无法工作，导致出现覆盖盲区或者影响系统几何精度因子(GDOP)指标；

2、测控节点受到强烈电磁干扰，收发信号质量降低，测量精度或传输性能等指标无法满足应用需求。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，包括：

步骤A：测控中心根据测控任务覆盖需求，按需进行各类测控节点动态部署；

步骤B：测控节点之间通过无线链路连接，测控用户接入测控节点；

步骤C：测控中心基于测控节点状态得到全网节点连接关系，综合考虑各因素后进行骨干节点选取，其余测控节点则为接入节点，得到由测控中心、骨干节点、接入节点和测控用户构成的网络拓扑；

步骤D：测控网络根据骨干节点空间位置、骨干节点对接入节点的测量数据建立空间基准，结合接入节点对测控用户的测量数据，实现对测控用户的跟踪测轨和定位；

步骤E：测控网络生成“骨干路由表”和“接入路由表”，完成转发路径配置，并根据“骨干路由表”和“接入路由表”进行测控数据转发；

步骤F：当测控节点发生变化时，测控中心将根据最新测控节点状态，重复步骤C～步骤E，动态更新网络拓扑，完成测控网络重建。

2.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述各类测控节点，包括：空、天、地、海各类测控节点。

3.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述测控用户接入测控节点的手段包括：声、光、电、磁中的一种或多种物理手段。

4.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述各因素包括：网络连通性、几何精度因子。

5.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述测控中心基于测控节点状态得到全网节点连接关系，包括：

测控节点动态部署完成后通过广播消息进行自身状态上报，测控中心和测控节点均掌握全网测控节点状态信息；

所述测控节点状态信息包括测控节点与相邻节点的网络通联状态；

测控中心根据收集的测控节点状态信息得到全网节点连接关系。

6.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述骨干节点选取，包括如下标准：

所有接入节点可以与至少一个骨干节点直接连接；

任意骨干节点之间可以直接连接或多跳连接；

至少有一个骨干节点与测控中心直接连接；

骨干节点构成的几何精度因子需满足任务定位需求。

7.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述建立空间基准，包括：

当骨干节点可以与测控中心建立连接时，测控中心汇聚各个骨干节点对接入节点的测量数据，结合骨干节点空间位置信息进行接入节点绝对空间位置解算，形成测控网络绝对空间基准；

当骨干节点无法与测控中心建立连接时，骨干节点交换各自对接入节点的测量数据，进行接入节点相对空间位置解算，得到测控网络相对空间基准。

8.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述“骨干路由表”的生成过程为：

测控中心根据骨干节点间拓扑连接关系，生成全部骨干节点到测控中心的“骨干路由表”；测控中心向全部骨干节点分发“骨干路由表”；

所述“接入路由表”的生成过程为：骨干节点根据相邻接入节点拓扑连接关系，生成任一相邻接入节点到骨干节点的“接入路由表”；骨干节点向所有相邻接入节点分发“接入路由表”。

9.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述转发路径配置，包括：

测控中心根据“骨干路由表”进行骨干转发路径配置；

骨干节点根据“骨干路由表”和“接入路由表”分别进行骨干和接入转发路径配置；

接入节点根据“接入路由表”进行接入转发路径配置。

10.根据权利要求1所述的一种抗毁顽存的组网测控架构实现方法，其特征在于，所述测控数据转发，包括：

测控中心基于“骨干路由表”进行测控数据转发；

骨干节点基于“骨干路由表”和“接入路由表”进行测控数据转发；

接入节点基于“接入路由表”进行测控数据转发。

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