中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型及算法研究

中继卫星多址链路调度问题是中继卫星系统应用中必须解决的重要问题，其重要特点在于，中继卫星与用户航天器之间并非时时可见，因此通信任务存在可见时间窗口约束。只有在可见时间窗口内，通信任务才可能执行并完成。在进行合理假设的基础上，采用人工智能中的约束规划技术，建立中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型，并提出了基于时间窗口期望值的多步迭代算法。应用结果表明，中继卫星多址链路调度模型的建立与求解是合理的。     

中继测控链路动态分析与计算方法研究

中继测控链路计算是进行中继测控链路性能分析的重要手段。就任意可视弧段而言,中继终端和中继卫星之间的相对位置都是不断变化的,这就引起部分链路参数随着时间和位置动态变化。文章提出了一种中继链路动态分析与计算的方法,建立了中继链路动态通信方程,最后以中继终端和天链一号01星某仿真可视弧段为例,进行了中继链路的动态分析与计算。结果表明,文章的链路计算与分析方法实际可行,对于中继终端实际工程应用和在轨试验具有参考价值。     

低轨航天器中继测控终端固定宽波束天线覆盖研究

数据中继卫星运行在地球静止轨道,可作为低轨航天器在地面站视距外测控通信的数据中继接力。针对中继小型测控终端的需求,文章设计了两种不同的固定安装的宽波束中继终端天线,一种为简单锥形波束,另一种为赋形的复杂环锥形波束。结合低轨航天器不同倾角的轨道特性和终端天线不同的方向图类型,应用STK卫星仿真软件进行了不同组合的链路仿真分析,给出了不同轨道倾角的航天器与中继卫星长时间建立链路的最优天线方向图及其设计特性。链路仿真的参数包括总的建立链路时间、建立链路的次数及建立链路的区域等,仿真结果对于低轨中继终端的应用具有重要的指导意义。     

天地测控资源一体化调度模型

测控资源的天地一体化调度是一个具有多时间窗口、长时间窗口等复杂约束的优化问 题。借鉴低轨卫星测控调度任务需求描述方式,在对中高轨卫星的轨道测量和轨道保持等需 求进行分析的基础上,给出了适于调度算法设计的高中低轨任务需求规范化描述;针对天基 和地基测控资源的测控特点,以卫星任务需求加权满足率最大为目标,建立了天地资源的一 体化调度模型;并设计了基于遗传算法的调度策略。仿真表明,所建模型和算法是可行的。
     

基于多阶段决策的侦察卫星任务规划研究

为解决侦察卫星任务规划中合理分配任务和避免信息传输冲突的问题,建立了基于多阶段决策的侦察卫星任务规划模型,包括任务分配模型和传输调度模型,并根据运筹学的基本原理,给出了求解模型的基本方法,从求解结果来看,该模型具有一定的理论与应用价值。     

多用户多任务的中继卫星捕获跟踪技术研究

针对中继卫星用户数量及跟踪任务不断增多,跟踪模式复杂,任务响应速度要求快的特点,文章给出了对单个用户星捕获跟踪的典型过程,进而提出多用户多任务捕获跟踪策略,其可根据用户星类型、用户星优先级、任务中继服务时刻、可服务时间窗口等条件,经过合理的任务规划,可以同时实现为多个用户服务、优化星地资源配置、简化操控技术。文中应用两副天线跟踪6个目标,验证了中继卫星完成多用户多任务捕获跟踪任务的可行性。     

嫦娥四号着陆器定向中继链路指向及盲捕策略

嫦娥四号任务中,着陆器通过定向中继链路,向"鹊桥"中继卫星发送数传数据。为了实现窄波束定向天线对中继卫星的实时指向控制,制定了嫦娥四号中继任务的定向中继链路指向控制策略。同时,针对由于窄波束天线指向误差、着陆器着陆姿态误差以及故障情况下无法获知自身位置、姿态等问题而导致的中继链路丢失问题,制定了中继链路盲捕策略。文章论述了策略制定的依据、分析过程及实现流程,对此策略在嫦娥四号在轨任务中的实际应用和验证进行了总结。     

一种卫星成像调度的约束修正方法

约束修正是卫星成像调度的重要组成部分,负责处理成像调度方案的约束满足与优化的问题.为得到优化可行的成像调度方案,针对一类带有卫星存储器和数据下传等约束的卫星成像调度问题,提出一种新的约束修正方法.首先构建时间序有向图模型,将约束修正问题归结为点带约束成本的路径搜索问题,针对该模型提出一种基于标记更新的约束修正算法.通过针对实际问题的实验分析,表明该方法能够在规定的时间内求得问题的最优解,有效的解决了卫星成像调度的约束满足与优化问题.     

改进差分进化算法求解多成像卫星调度问题

针对多成像卫星联合调度规划建模难度大和求解复杂度高等问题,通过分析成像卫星的成像过程和工作原理,将成像卫星调度过程分为调度预处理、任务规划和调度优化3个阶段。在调度规划过程中,建立了多星联合调度约束满足最优化模型,采用启发式算法思想,定义了个体适应度评估函数,设计了任务冲突消解方法,提出了一种改进的差分进化算法。在此基础上,采用一些确定性规则对调度规划方案可行解进行了评估和二次优化。结果表明:提出的成像卫星调度问题求解方法能够有效地分配卫星资源,生成优化的调度方案。设计结果也能够为卫星系统最优化设计和效能评估提供必要的决策支持。     

卫星动平台下动态门控调度的设计与实现

当运动节点构成的大规模动态平台执行分布式协作任务时,如何保证关键数据通信的实时性和确定性,这是一项新的挑战。文章以时间敏感网络（time sensitive networking,TSN）技术为背景,结合卫星构成的分布式动态通信平台上的链路特性,基于TSN中的门控调度技术,提出了一种适用于卫星链路场景下的动态调度算法。通过改进TAS（time aware shaper）调度算法,减少卫星动平台因通信距离动态变化以及空间摄动等因素造成的传输时延,从而增加动平台上卫星通信系统的确定性。同时根据动态卫星链路周期性运动特征,提出周期性门控调度机制,保证所有周期内相同时间点的门控调度一致。最后通过现场可编程门阵列（FPGA）设计的验证测试结果表明,提出的TAS改进方案可以适用于卫星网络的确定性调度,充分发挥时间敏感网络的优势。     

利用TDRSS自主导航定位的方法研究

文章在分析TDRSS传统的跟踪测轨方法的基础上，提出了一种利用TDRSS单向多普勒信息实现用户航天器自主导航定位的新方案。介绍了该方法的实现原理，给出了具体的导航定位算法，同时对该方法的性能也进行了详细的分析。     

关于开发适合我国国情的TDRSS的设想

简介国际“跟踪与数据中继卫星系统”（ＴＤＲＳＳ）的概况，强调中国的特殊性，提出尽快建立军民两用、综合应用、中等性能的ＴＤＲＳＳ，以尽早获得最基本的近全球的跟踪、通信与自主导航的能力，从而填补天基支撑的空白。主张综合功能一步到位，超过日本；性能上接近日本，逐步提高。在技术思路上，建议采用ＰＣＭ－ＯＱＰＳＫ 及ＰＣＭ－ＣＤＭＡ－ＢＰＳＫ数据传输体制；星本体测控与用户的跟踪导航统一采用单通道单脉冲测角、伪码测距的单站定轨体制，并利用星本体测控数据提高用户的跟踪导航精度；主张在ＴＤＲＳＳ的设计中全面贯彻ＣＣＳＤＳ协议标准，尽早参与区域以至全球的高速信息网。最后，对下世纪初实现具有中国特色的ＴＤＲＳＳ的技术关键与可能性，提出了看法。指出，中国的ＴＤＲＳＳ将超越航天测控网的范畴，而成为全球战略技术信息的天基传递网，并终将成为全球高速信息网的重要组成部分     

无人机TDRSS／SINS组合导航定位技术研究

文章利用TDRSS的单向多普勒自主定轨功能,从理论上推导了非轨道远距离无人机通过接收有TDRS的多普勒信息组成的观测方程,再加上自身的捷联式惯导系统（SINS）得到无人机的状态方程,利用Kalman滤波进行组合导航定位的定位方法,并对其精度进行了简略分析。     

用户星对中继卫星的跟踪规律研究

根据中继卫星系统中用户星跟踪中继卫星的要求，定义了用户星天线坐标系，推导出了用户星天线对中继卫星的跟踪规律。通过该跟踪规律可以推出用户星天线跟踪中继卫星的跟踪角度、角速度和角加速度。同时，在给定系统一定初始条件的情况下，利用该跟踪规律分别推出了用户星最大跟踪角度和角速度与用户星轨道高度和用户星轨道倾角之间的关系。最后利用STK(Satellite Tool Kit)对该跟踪规律进行了间接验证。     

SQPSK调制体制在跟踪与数据中继卫星中的应用

跟踪与数据中继卫星中调制体制的选择是近年来数传领域研究的方向之一。文中分析了SQPSK调制体制基本原理和性能特点,在此基础上进一步分析其在卫星高速数传通信领域的主要优点,并介绍SQPSK调制体制在卫星高速数传领域中的实际工程应用。     

Tracking and data relay satellite system: NASA's new spacecraft data acquisition system

The growth in NASA's ground network complexity and cost triggered a search for an alternative. Through a lease service contract, Western Union will provide to NASA 10 years of space communications services with a Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS). A constellation of four operating satellites in geostationary orbit and a single ground terminal will provide complete tracking, telemetry and command service for all of NASA's Earth orbital satellites below an altitude of 12,000 km. The system is shared: two satellites will be dedicated to NASA service; a third will provide backup as a shared spare; the fourth satellite will be dedicated to Western Union's Advanced Westar commercial service. Western Union will operate the ground terminal and provide operational satellite control. NASA's Network Control Center will provide the focal point for scheduling user services and controlling the interface between TDRSS and the rest of the NASA communications network, project control centers and data processing facilities. TDRSS single access user spacecraft data systems should be designed for efficient time shared data relay support. Reimbursement policy and rate structure for non-NASA users are currently being developed.     

基于联合定轨策略的星间相对测量自主定轨亏秩问题的改进

发展基于天基测控网的卫星测控定轨技术是克服传统地面测控方式缺陷的有效手段,而仅仅利用天基星间测量信息进行自主定轨易产生亏秩现象.为消除亏秩问题进一步提高定轨精度,本文以位置速度矢量作为轨道改进状态向量,对基于星间相对测量自主定轨亏秩问题的本质进行了再探讨,针对星间相对测量的三个应用领域中继卫星系统、编队卫星星座、双星定位系统提出了基于联合定轨策略的天地基测量信息融合的改进措施.以双星定位系统为例提出了数值融合联合定轨算法,并进行了联合定轨仿真实验.仿真计算结果表明,基于数值融合算法的联合定轨策略能够大大改善法方程系数矩阵的性态,两天观测数据下用户星定轨精度可以达到11.26米.     

跟踪与数据中继卫星控制系统技术

综述了跟踪与数据中继卫星的控制系统技术。文章介绍了美国第一代中继卫星TDRS-A～G、美国第二代中继卫星TDRS-H～J、欧洲试验中继卫星ARTEMIS、日本的试验卫星ETS-VI、试验中继卫星COMETS以及实用中继卫星DRTS等卫星的特点及关键控制技术,同时描述了部分中继卫星的控制方法,对我国中继卫星控制系统方案的确定具有一定的借鉴意义。     

充液挠性多体航天器的变结构控制

本文首先给出了充液中心刚体上铰接有多个挠性附件的开链多体系统的简化动力学方程，并以跟踪与数据中继卫星为例，用变结构控制方法设计了系统的控制器。控制任务是驱动单址天线使之精确地跟踪期望的运动规律，同时保持星体稳定，并且有效地抑制弹性附件的振动。数值算例证明了所设计控制规律的有效性。     

用户星天线指向控制设计初探

在数据中继卫星系统中，为保证用户星和中继星间的通信，用户星天线要精确指向中继星。由于天线指向系统和姿态控制系统间存在动态耦合，天线桅杆又有拉伸和扭转变形，所以仅靠卫星的姿态控制不能达到要求的指向精度，必须采用独立的指向控制系统。本文针对这一情况，首先分析了用户星天线指向跟踪信号，并设计单轴天线控制器。仿真结果表明，用典型跟踪信号作为输入，可得到满意的跟踪精度。