基于遥测遥控包应用标准的星载状态实时监测系统设计

为解决我国卫星星载健康状态监测中存在用户需求不统一、软件代码复用率低和监视规则修改不灵活等问题,文章研究了遥测遥控包应用标准(PUS)中相关的星载监视业务、事件报告业务和事件动作业务,分析了其间的关联关系,并基于PUS标准设计了一套在轨实时状态监测系统。该系统利用实时的遥测数据和星上状态监视规则完成卫星健康监测,具有较强的灵活性和通用性,并已在某原理样机中得到实现。此系统可为后续型号星载健康管理功能设计与实现提供参考。     

导航卫星在轨管理与服务系统

针对北斗卫星导航系统卫星数量多,连续、稳定运行要求高的特点,卫星系统建设了导航卫星在轨管理与服务系统,旨在加强在轨数据管理与分析,提升卫星系统服务能力,开展了故障诊断、故障及对策验证、健康评估与维护几方面工作,丰富了在轨卫星监测手段,加强了卫星系统与用户之间的沟通协调.该系统目前已应用实践,有效提升了卫星系统对用户的技术支持水平,可为探索大型星座系统的在轨管理与服务模式提供借鉴.     

高分三号卫星自主健康管理系统设计与实现

在分析遥感卫星自主健康管理需求和目标的基础上,对自主健康管理进行分级,提出高分三号(GF-3)卫星自主健康管理系统架构,设计可重配置的遥测在轨实时监测与量化管理系统,实现了标准化遥测监视表设计、可量化故障事件包设计、可量化统计事件包设计、故障和统计事件包自主生成条件、曲线比对功能等共性关键技术。GF-3卫星在轨运行结果表明:卫星能够在非地面干预的情况下自主对整星健康状态进行实时监测,并在故障发生时实施自主诊断、隔离和恢复,最大限度地保证卫星安全,有效提高卫星在轨自主运行的可靠性。     

基于在轨运行状态的卫星稳定性与可靠性研究

为解决卫星在轨运行故障率较高的问题,文章分析了卫星在轨运行的特点,定义了卫星在轨工作状态及其与系统稳定性变化的关系。研究表明:对在轨运行安全稳定状态进行控制,能使状态保持或向高级跃迁,可提升卫星稳态及可靠性。文章最后提出了提高卫星在轨运行稳定性与可靠性的在轨运行策略与技术方向。     

遥感卫星在轨故障统计与分析

对遥感卫星1988年—2014年的在轨故障数据进行分类研究发现:控制、载荷、测控和数传是遥感卫星在轨故障发生比例最高的4个分系统;故障主要发生于在轨第1年;环境、设计和器件类故障为主要的在轨故障类型;大多数故障可以通过在轨自主诊断、地面操作等方式及时予以解决, 对遥感卫星完成任务的固有能力影响较小;各分系统的在轨故障特点各不相同。文章最后针对故障原因, 提出了增加遥感卫星的地面试验与测试、加强抗辐射加固设计和开展基于在轨故障规律的分系统技术状态控制等对策, 以降低卫星的在轨故障率, 保证卫星在轨可靠、安全运行。     

高分多模卫星自主健康管理系统设计与验证

在分析现有遥感卫星自主健康管理系统不足的基础上,提出了高分多模卫星(GFDM-1)自主健康管理系统设计架构,给出了关键设计内容,提出了故障判决条件优化设计及操控接口与事件报告规范化的设计思路。卫星在轨运行结果表明:高分多模卫星能自主对整星健康状态进行实时监测;并在故障发生时,实施自主诊断、隔离和恢复,最大限度地保证卫星安全;能有效监测并报告,短期可自恢复异常;提高了卫星在轨自主运行的可靠性及地面运行管理的效率。     

高分七号卫星GPS接收系统多层级健壮设计方案与验证

高分七号卫星GPS接收系统作为整星高精度立体测绘目标实现的重要手段之一,具有为整星提供高精度时统、辅助有效载荷指标实现、协助高速数据传输天线准确指向及实现高精度事后精密定轨的功能。针对其稳定运行和持续服务的要求,基于故障预测与健康管理(PHM)技术,提出了GPS接收系统多层级健壮设计方案,从单机/分系统级、整星级和星地级为GPS接收系统在轨健壮运行提供支撑,通过层级内部形成独立PHM系统实现自主、直接的健壮运行管理,同时借助低层级向高层级的状态信息传递实现全面、及时的故障补充处置和故障隔离。高分七号卫星在轨运行结果表明:该多层级健壮设计降低了故障处置对接收系统功能实现的影响,保障了GPS接收系统在轨提供服务的连续性。     

卫星在轨故障定位的系统分析方法

近年发射的卫星数量与日俱增，在轨卫星故障案例也随之增多，造成许多重大损失。在此背景下，文章提出了一种卫星在轨故障定位的系统分析方法，给出了系统分析流程和方法，通过三系统关联故障分析、通路故障分析和总线故障分析将系统级故障逐步分解，转化为设备级故障，最终通过试验验证将故障定位，同时给出了计算机辅助分析方法。该方法系统性强，快速易用，定位准确，已经在多次卫星在轨重大故障定位中得到了应用，效果良好。     

卫星电源系统在轨故障分析及对策

卫星电源系统的在轨高可靠、安全运行已经成为当前卫星研制中关注的重点。文章针对国外卫星电源系统在轨故障案例进行收集和整理,并对故障机理及对策进行了总结,以有助于指导电源系统设计,提高我国卫星电源系统在轨运行的可靠性和安全性。     

面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系

针对我国在轨卫星数量迅猛增长、健康状态复杂各异、测控管理难度日趋增大的态势,提出了面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系。分析了北斗短报文的应用现状,构建了“用户→北斗卫星→在轨卫星”前反向数据流向。考虑到北斗短报文的容量限制,优化设计了测控数据传输格式和内容;针对北斗短报文单向传输特性,探讨了可靠通信技术;针对星座大规模安全传递分发数据需求,研究了通用掩码技术。以北斗三号系统为对象,仿真计算了在轨卫星前反向数据时间特性。结果表明:基于北斗短报文的在轨卫星健康监控技术,可以为提高在轨卫星科学使用和寿命的精细化管理提供参考。     

卫星姿轨控系统故障推演系统设计架构

研究了目前的卫星姿态轨道控制系统,针对其故障预测、诊断及对策提出了一套故障推演系统设计方案.该方案由故障动态注入系统、动态模拟系统、数据归档显示处理系统组成,完成了对在轨卫星的电性接口一致性仿真,通过计算仿真遥测数据与真实遥测数据的相关量获得异常指标,得出可能出现的故障模式;通过软故障、硬故障和真实部件故障注入方式复现...     

基于PXI总线的实时综合测试系统研究

为提高现有卫星测试系统的效率,对基于PXI总线的实时综合测试系统进行了研究。给出了测试系统的中央控制台、实时测试仿真单元和控制输出单元和辅助测试装置主要硬件构成,以及任务管理、实时测试仿真单元、控制输出单元和显示终端等软件组成。介绍了系统的工作原理,以及实时测控、多平台间实时数据共享交互等关键技术。结果表明,该系统从实时测试仿真单元信号采集至仿真运算结束的时间约1~10 ms。     

微小卫星星务计算机系统的容错控制策略研究

微小卫星系统是一个可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的星载计算机来控制。针对微小卫星重量、体积、功耗的限制,提出了一种微小卫星的星务计算机系统的可靠性设计方案,设计中采用双模冗余方案搭建系统的容错结构,并根据卫星的运行要求提出了适用于微小卫星的温备份方式容错控制策略,介绍了一些用于支持温备份方式容错控制策略的关键技术。通过分析在微小卫星设计中的适用情况,温备份策略从硬件开销和时间开销两个方面都有利于卫星的设计。在立体测绘微小卫星“试验卫星一号”的星务计算机系统中的应用表明,提出的可靠性设计方案能够提高小卫星的可靠性、安全性以及实时性。     

小卫星星务计算机的容错体系结构设计

介绍了一种小卫星的星务计算机系统硬件设计方案,并结合应用的要求给出了容错体系结构的设计方案,从冗余结构到容错管理模式,从故障检测和诊断到系统重构,多视角多层面地展现了小卫星容错体系的设计思路,最后还利用模型计算了系统的可靠度指标。     

卫星在轨故障地面诊断系统设计

为解决卫星在轨故障诊断问题,提出了一种故障地面诊断方法,并进行了诊断系统设计。在诊断方法中,建立了卫星各系统耦合的整星模拟器,利用卫星遥测与模拟器预测值形成残差,滤除遥测信息中已知的动态规律部分,缩小故障诊断阈值,提高故障检测的准确性,最后运用信号分析或机器学习的方法对残差实现诊断。诊断系统由遥测接口程序、整星模拟器、残差诊断程序、诊断调度程序、相关数据库和配套工具构成。从系统结构设计和算法的参数化设计两方面,分析了卫星故障地面诊断系统设计,并用建成的系统样机进行了验证。系统样机运行结果表明,这种方法和系统设计思路是可行、有效的。     

卫星动量轮闭环系统的UIO双观测器故障诊断

本文对于卫星动量轮闭环系统提出了一种基于UIO双观测器的故障诊断方法,该方法通过分析观测器残差向量的变化来分离执行机构、传感器及系统参数故障,并且可以通过隔离观测器反映出传感器的故障模式.文中首先对闭环系统故障诊断特点、UIO故障诊断方法及卫星动量轮闭环系统进行了简要介绍;接着分析了UIO双观测器法应用的条件;然后引入卫星动量轮闭环系统的模型;最后通过仿真实验证明利用本文中所提出的方法可以成功地诊断并分离出执行机构、传感器及系统参数的故障,并在传感器故障时可以确定出故障模式.     

基于迭代学习观测器的卫星姿态控制系统的鲁棒容错控制

针对卫星在轨运行时存在执行机构故障和空间干扰问题,提出了一种将迭代学习与未知输入观测器(IL-UIO)相结合的鲁棒容错控制方法.该方法在继承了未知输入观测器干扰解耦优点的同时,运用迭代学习技术,利用前一时刻姿态角速度偏差和IL-UIO输入来更新当前故障信息,实现了执行机构的在线故障重构.进一步基于Lyapunov方法从理论上证明了设计的IL-UIO鲁棒稳定性和姿态角速度偏差一致有界性.最后,建立卫星闭环姿态控制系统对方法进行验证,仿真结果验证了方法的有效性.     

基于RBF神经网络和M距离的卫星故障诊断

在常规基于解析冗余故障诊断技术的基础上,采用具有最佳模拟特性的RBF神经网络对系统进行建模,分析了M距离应用于卫星姿态控制系统故障检测与定位的可行性,应用基于M距离的方法设计故障检测观测器,通过对残差的评估实现故障诊断。仿真结果显示,该方法计算过程简单、实时性好。     

神经网络专家系统在电源系统诊断中的应用

为了解决卫星这类复杂系统采用单一的智能故障诊断技术的诊断局限性问题,提出一种基于模糊综合评判的神经网络和专家系统相结合的诊断方法。选用改进的BP神经网络,添加动量因子和可变学习速率,并通过计算十个相同结构神经网络输出的标准差获得诊断结果的可信度。采用基于可信度的专家系统不确定性推理,给出了可信度计算方法。采用代数积与代数和模糊算子对两种诊断方法的结果进行综合评判。成功地应用于某卫星电源系统的故障诊断中。结果表明诊断的可信度和诊断的正确率得到提高。     

卫星健康管理故障诊断算法的设计及其实现

自主健康管理系统对实现卫星安全性、可靠性和经济适用性具有重要意义,故障诊断算法是自主健康管理的核心技术之一。文章介绍了基于信号处理的故障诊断算法、基于解析模型的故障诊断算法和基于定性模型的故障诊断算法的国内外研究现状;提出了每种诊断算法的设计思想和实现途径;根据上述途径并结合卫星控制分系统的特点,得出了基于Unscen...