在轨服务技术评说

何为在轨服务随着航天技术的飞速发展,卫星的结构、组成日趋复杂,其性能、技术水平也不断提高。在这种情况下,保证卫星在复杂的空间环境中更加持久、稳定的在轨运行,已成为目前航天领域亟待解决的重要问题。经过多年的探索逐步发现,使用在轨服务技术是提高卫星生存能力的一条行     

AOS标准在海洋动力环境探测卫星中的应用

以我国在轨成功运行的首发海洋动力环境探测卫星为例,描述了在我国遥感卫星中首次全面采用AOS(高级在轨系统)标准实现整星数据流统一动态管理的数据管理方案。该方案采用AOS标准的源包多路复用机制实现对卫星遥测数据的动态调度传输,提高了信道利用率;采用虚拟信道的动态调度机制在数传信道和激光通信信道实现将卫星的低速平台数据和高速有效载荷业务数据进行动态合路传输,从而实现整星信息的综合利用,增强了卫星自主管理能力。针对卫星在轨应用情况,对该方案的优点进行了总结。     

长期在轨卫星的天地一体化运行管理系统框架研究

随着我国在轨卫星数量、寿命、复杂性的持续增加，为提高卫星使用可靠性，降低运行管理成本，针对长期在轨服务卫星，开发天地一体化运行管理系统的需求越来越迫切。本文在分析国内外相关工作、研究方向和需求基础上，借鉴已在轨成功验证的“深空一号”（DS-1）自主系统结构，提出了我国现阶段可建立的三层次天地一体化运行管理系统框架，并说明了一体化系统的基本组成单元、功能界定以及在轨和地面系统的开发思路。     

一种在轨卫星星上事件状态展示的实现途径

传统的卫星监测显示系统主要以表格、曲线的方式对卫星下传的各类数据进行显示,即使有可视化显示软件,也主要偏重于飞行轨道和姿态运动的三维显示,很少能实时反映卫星星上部件的在轨运行状态。文章结合我国卫星监测技术与三维实时动态显示技术,设计了一种可用于显示卫星星上事件状态的可视化软件,通过对卫星设计阶段模型的导入,解析卫星结构,建立基于卫星重要设备或部件的可编辑的模型,以及与相关实时遥测参数的关联,实现卫星星上状态的可视化。     

低轨卫星月影事件预报优化

针对卫星月影问题,提出了一种低轨卫星优化的月影预报策略,可以有效提高目前低轨卫星在轨管理时对月影事件预报的效率.结合仿真对产生月影事件的太阳、地球、月球的三体关系进行了分析,首先给出了月影产生的解析分析方法,并通过对一个三维月影影响模型的分析,得到了月影影响区间的判定要素——月影临界角;然后进一步通过对月影临界角的分析,提出了基于太阳与白道面的位置关系和月影临界角对低轨卫星月影事件的优化预报方法;最后基于大量的随机低轨卫星场景对本方法的正确性进行了验证.研究结果表明,此方法能够较大地提高月影预报效率,可以将月影预报频率从每月1次降低到每年2次,从而简化了低轨卫星在轨运行管理的任务复杂度,为卫星的在轨可靠运行提供支持.     

在轨卫星异常报警和故障诊断方法研究

及时发现卫星出现的异常是卫星在轨管理的一项重要工作，它关系到卫星在轨使用寿命。能够及时发现并判断卫星异常的方法有很多，本文对这些方法进行了研究，并将其归纳为2类，一类是基于遥测参数超限报警方法，另一类是故障诊断方法。分别对这2类方法从功能、效果、软件实现的难度进行比较，结果表明，在不同的管理和实现难度要求下，这些方法完成卫星管理的效果不同。另外，本文还提出了一种遥测参数相对判断算法，简化了报警门限设置，能够及时发现卫星任何参数突跳，是一种有效的卫星异常报警方法。     

磁强计数据辨识卫星自旋状态

针对近地低轨三轴稳定卫星在轨管理后期,除磁强计外其他姿态敏感器都无效情况下的姿态异常问题,分析了三轴稳定卫星失去姿态基准后,星体自旋状态下三轴磁强计测量数据的特点,提出了使用磁强计测量数据的矢量信息,以找到能够获取卫星状态的方法,从而建立了磁强计测量矢量与卫星自旋轴的几何关系,给出了处于自旋状态下的卫星自旋轴确定方法。通过此种辨识方法,获得了某气象卫星姿态异常翻转状态下的自旋矢量方向和自旋角速度,从而证明了该辨识方法快速、有效,可以作为姿态异常卫星自旋状态的辨识手段,为恢复卫星姿态提供了重要信息,具有一定的工程应用价值。     

带有太阳电池阵的卫星电源系统在轨测试方法

根据带有太阳帆板的地球同步卫星在轨测试需求，分析了星上电源系统的组成及技术状态；并以光照区可调节母线为例。给出了卫星电源系统在轨测试方法及相应的计算公式；最后，通过工程验证了该方法的正确性。     

面向未来的微纳卫星测控管理

针对如何根据微纳卫星的技术状态与测控需求特点,以建立对多目标、多体制下卫星的测控管理模式的问题,从系统规划、设备研制、测控网建设等方面进行了有益的研究与分析。主要从卫星使用频率、占用轨道等空间资源的合理分配方面着手,提出了适宜微纳卫星应用与发展的频率和轨道选用建议。再根据微纳卫星的技术特点,提出了采用符合CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)规程的数据格式的建议。同时,针对在轨管理,还提出了利用国内外现有有效测控资源的联网合作与商业运作的管理方式。这些观点,有可能对我国微纳卫星进行高效、可靠的测控管理提供借鉴参考。     

激光微推进器用于微小卫星的姿轨控仿真

为研究激光微推进器用于微小卫星在轨空间飞行任务的可行性,利用已建立的激光推进微小卫星仿真平台,对微小卫星在轨姿态调整、轨道维持和轨道转移等飞行任务进行了仿真和分析。仿真结果表明,星载激光微推进器可满足在轨微小卫星的高控制精度姿态调整、近地观测轨道维持以及较长时间要求的轨道转移等空间任务对推进系统的要求。     

基于多Agent卫星遥测数据实时监测与诊断技术

为了提高根据遥测数据进行卫星故障诊断的速度与精度,提出了集成多信号模型诊断Agent、模糊诊断Agent以及专家系统诊断Agent等多Agent监测与诊断系统。多信号模型诊断Agent,采用模糊阈值进行监测,并引入可信度因子对Deb原实时诊断推理方法做了改进,解决了Deb方法可能因虚警而导致的诊断结果冲突的问题。模糊诊断Agent采用Mamdani算法,能给出部件故障的可能性。专家系统诊断Agent采用基于规则的产生式系统,同时采用加权不确定推理解决了规则的不确定性问题。研究了3种诊断Agent的协作方式,采用D-S证据理论对各Agent的诊断结果进行决策融合,给出故障元件的置信区间。通过某卫星仿真遥测数据验证,该集成诊断系统充分利用了各种诊断方法的优点,诊断精度高且速度快(一般诊断时间小于0.3秒,PIII800/256M计算机),适用于卫星地面站对卫星遥测数据进行自动实时在线监测与诊断推理。     

卫星故障诊断的最优奇偶向量法

 提供一种卫星故障诊断方法以提高 GPS导航的完整性。该方法利用最优奇偶向量来检测和诊断卫星故障以提高卫星故障诊断的准确性。仿真结果显示,在故障幅值较小的情况下最优奇偶向量方法相比广义似然比方法可以提高故障的正确检测率和正确诊断率。该方法还可以缩短检测斜坡型故障的时间,从而提高了系统的可靠性。     

状态诊断知识描述语言的设计与实现

卫星状态诊断知识描述语言(SSDKDL)是针对卫星状态诊断专家系统(SSDES)的要求而设计的一种专用语言,该语言主要用于卫星状态诊断原始知识的描述,它的设计与实现为卫星管理领域专家提供一个知识规则表述的语言基础。本文就该语言的设计原理及实现方法进行系统阐述。     

构建卫星状态诊断系统的一种实现方法

简要分析了卫星状态诊断专家系统在卫星管理工作中的必要性,说明了其应用范围和基本功能,着重介绍了该系统的设计与实现方法,说明了该系统在卫星管理过程中的应用情况。     

基于抽象的分层诊断技术应用研究

针对大型系统多故障诊断的复杂性,提出利用抽象技术进行结构优化,给出了分层诊断模型的离线构建方法.诊断推理时,为提高诊断效率采用由上至下的分层诊断策略,为克服一致性诊断解的不精确性引入定量知识,提出采用约束集判别系统部件的一致性.把此项诊断技术应用在某卫星热控系统,结果表明可以实现故障的实时诊断和精确定位.     

A Diagnostic Tree Approach for Fault Cause Identification in the Attitude Control Subsystem of Satellites

Space and Earth observation programs demand stringent guarantees ensuring smooth and reliable operations of space vehicles and satellites. Due to unforeseen circumstances and naturally occurring faults, it is desired that a fault-diagnosis system be capable of detecting, isolating, identifying, or classifying faults in the system. Unfortunately, none of the existing fault-diagnosis methodologies alone can meet all the requirements of an ideal fault- diagnosis system due to the variety of fault types, their severity, and handling mechanisms. However, it is possible to overcome these shortcomings through the integration of different existing fault-diagnosis methodologies. In this paper, a novel learning-based, diagnostic-tree approach is proposed which complements and strengthens existing efficient fault detection mechanisms with an additional ability to classify different types of faults to effectively determine potential fault causes in a subsystem of a satellite. This extra capability serves as a semiautomatic diagnostic decision support aid to expert human operators at ground stations and enables them to determine fault causes and to take quick and efficient recovery/reconfiguration actions. The developed diagnosis/analysis procedure exploits a qualitative technique denoted as diagnostic tree (DX-tree) analysis as a diagnostic tool for fault cause analysis in the attitude control subsystem (ACS) of a satellite. DX-trees constructed by our proposed machine-learning-based automatic tree synthesis algorithm are demonstrated to be able to determine both known and unforeseen combinations of events leading to different fault scenarios generated through synthetic attitude control subsystem data of a satellite. Though the immediate application of our proposed approach would be at ground stations, the proposed technique has potential for being integrated with causal model-based diagnosis and recovery techniques for future autonomous space vehicle missions.     

电机电流分析法在测控天线传动系统故障诊断中的应用

分析了天线传动系统影响电机电流特性的因素，提出了天线正常跟踪卫星以及电机启动、制动时的电流特性标准，利用电机电流分析法对测控天线传动系统的周期性故障、阻尼增大故障以及系统级故障进行定位判断。结果表明，电机电流分析法可以作为天线传动系统故障诊断的一种有效手段。     

Satellite fault diagnosis using a bank of interacting Kalman filters

The main objective of this work is development and testing of a detection, isolation, and diagnosis algorithm based on interacting multiple model (IMM) filters for both partial (soft) and total (hard) reaction wheels faults in a spacecraft. This is shown to be accomplished under a number of different faulty mode scenarios for these actuators associated with the attitude control system (ACS) of a satellite. Various operating and faulty conditions due to changes and anomalies in the temperature, the power supply line voltage, and the loss of effectiveness of the torque and the current are considered in each reaction wheel associated with the three axes of the satellite. Once a fault mode is detected and isolated the recovery procedure can subsequently be engaged by invoking appropriate switching control strategies for the ACS. The application of a bank of interacting multiple Kalman filters for detection and diagnosis of anticipated reaction wheel failures in the ACS is described and developed. Compared with other model-based fault detection, diagnosis and isolation(FDDI) strategies developed in the control systems literature, our FDDI strategy is shown, through extensive numerical simulations, to be more accurate and robust with potential for extension to a number of other application areas.     

航天器智能诊断系统开发研究

提出了基于故障树的故障报警方法和诊断方法,提出了面向故障树的报警知识和诊断知识表示方法及相应的报警和诊断推理策略,最后,在Windows环境下,用BorlandC++实现了一个原型系统,并通过对“实践-四号”卫星能源系统故障模拟实验台的诊断验证了系统的有效性。