基于SysML的卫星通信系统设计与验证研究

doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021034

天地一体化信息网络 ›› 2021, Vol. 2 ›› Issue (3): 81-88.doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2021034

基于SysML的卫星通信系统设计与验证研究

廖灿¹^,², 赵天¹, 冯旭¹, 肖双爱¹

¹ 中国电子科技集团有限公司电子科学研究院，北京 100041
² 北京航空航天大学，北京 100191

修回日期:2021-08-10 出版日期:2021-09-20 发布日期:2021-09-01
作者简介:廖灿（1989-），男，博士，主要研究方向为复杂系统仿真、基于模型的系统工程
赵天（1993-），硕士，主要研究方向为系统仿真、网络仿真、人工智能
冯旭（1987-），男，博士，高级工程师，主要研究方向为天地一体化信息网络架构、天地融合协议体系、新型传输协议等
肖双爱（1987-），女，研究员，主要研究方向为电子信息系统总体设计、系统仿真、网络技术研究等
基金资助:
本研究获得第68批中国博士后科学基金资助(2020M680632)

Research on Satellite Communication System’s Design and Verifi cation Based on SysML

Can LIAO¹^,², Tian ZHAO¹, Xu FENG¹, Shuangai XIAO¹

¹ China Academy of Electronics and Information Technology, Beijing 100041, China
² Beihang University, Beijing 100191, China

Revised:2021-08-10 Online:2021-09-20 Published:2021-09-01
Supported by:
This research is supported by the China Postdoctoral Science Foundation(2020M680632)

摘要/Abstract

摘要：

卫星通信系统作为承载天地一体化信息网络的重要组成部分，正成为当前研究的热点。采用目前最常用的数字化设计语言SysML对卫星通信系统进行需求分析、功能分解、设计综合，并对设计方案进行初步验证，结果表明本文设计的卫星通信系统架构及业务流程具有一定的稳健性。通过将SysML应用于卫星通信系统的数字化设计，本研究可为卫星通信系统中关键技术的设计与验证提供支撑。

关键词: 卫星通信系统, 系统建模, 数字化设计, 设计与验证

Abstract:

As an important part of the space-integrated-ground information network, the satellite communication system has become a research hotspot.The system modeling language (SysML), which is the most popular digital design language, was adopted to analyzing requirements, decomposing functions and synthesizing designs of the satellite communication system.The verifi cation result indicated that the architecture and the service process of the satellite communication system designed in this paper is of robustness to some degree.By used SysML in the digital design of satellite communication system, this research supported the key technologies’ design and verifi cation in the satellite communication system.

Key words: satellite communication system, system modeling, digital design, design and verifi cation

中图分类号:

TP393

廖灿, 赵天, 冯旭, 肖双爱. 基于SysML的卫星通信系统设计与验证研究[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(3): 81-88.

Can LIAO, Tian ZHAO, Xu FENG, Shuangai XIAO. Research on Satellite Communication System’s Design and Verifi cation Based on SysML[J]. Space-Integrated-Ground Information Networks, 2021, 2(3): 81-88.

图/表 16

表1

表2

SysML建模功能"

图类型	功能说明
需求图	需求图以图形的方式描述了系统的需求，说明了需求之间的相互关系，如包含、继承和复制等。这些需求一般都是要求系统完成某一特定功能，并且具备完成这一功能的条件以及性能
模块定义图	模块定义图将结构元素及其之间的关系通过模块表示出来。模块定义图中包含的元素有模块、执行者、值类型、约束模块、流说明和接口，这些元素是系统中其他内容的基础。一个模块一般拥有组成部分属性、引用属性、值属性、约束属性和端口这5种结构特性。通过模块定义图可以表示系统层级关系树和分类树
内部模块图	内部模块图反映某个模块的内部结构、模块内部各个部分的属性以及各个内部模块之间的连接。内部模块图表达的是各个内部模块如何有效地组合才能实现一个有效的实例
用例图	用例图描述了执行者如何使用系统来实现某一目标。用例图中定义的执行者用例指代用户或其他的交互系统。用例通常被定义为由系统执行的一系列操作，并产生对于执行者有价值的观察结果
活动图	活动图主要展示的是基于输入输出和控制的活动，以及该活动如何将输入转换为输出。通过活动图的方式科学显示整个系统操作的完整流程
序列图	序列图是一种动态视图，用以展示系统各个元素之间的调用操作和信息的交互
状态机图	状态机图着重表示模块的状态以及由时间触发的状态之间的转换
参数图	参数图用于表示约束和系统属性之间的关系，这些约束一般是等式或不等式。参数图和内部模块图都能展示一个模块的内部结构，但是参数图着重于表现值和约束之间的关系
包图	包图用于表示各个模型元素之间的层级关系，通过包的方式管理各个模块，并通过其反映各个模块之间的关系，使得系统模型的管理更加清晰和方便

表2

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

表3

图8

图9

图10

图11

图12

图13

参考文献 12

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	星座卫星总数/颗	轨道面数量/个	每个轨道面上
Telesat	117	6	12	1 000 km（99.5°）
Telesat	117	5	9	1 248 km（37.4°）
OneWeb	720	40	18	1 200 km（87.9°）
		32	50	1 150 km（53°）
		32	50	1 110 km（53.8°）
SpaceX	4 425	8	50	1 130 km（74°）
		5	75	1 275 km（81°）
		6	75	1 325 km（70°）

参数	值
卫星数/颗	120
轨道数/个	12
每条轨道上卫星数/颗	10
轨道倾角	84°
轨道高度/km	1 025
轨道周期	约1.76 h

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Research on Satellite Communication System’s Design and Verifi cation Based on SysML

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