基于双总线的FY-4卫星测控数管分系统及应用

介绍了风云四号(FY-4)卫星测控数管分系统特点及其应用。给出了测控数管分系统的组成和工作流程。采用CCSDS协议分包遥测,提出了虚拟信道遥测包调度策略、遥测包传输灵活配置策略、高精度高频可编程遥测,以及境外遥测全程采集4种分包遥测优化方法,实现了自主动态遥测采集和下传、在轨遥测异常排查、重点遥测波道高精度高频采样、卫星发射至定点过程的遥测盲区消除。分包遥控采用遥控数据优先级选择策略,保证了遥控与程控指令同时输出,实现了卫星发射至定点全过程的程控管理功能。设计了部件级和整星级故障管理策略,对部件级故障具备一定自主管理功能,其检测策略可对部件级故障进行诊断与切换重组,实现了对卫星重要故障状态的监视与应急处置。采用1553B+SpaceWire双总线结构,既满足了高低速数据使用需求,又提高了数据传输接口的通用性,同时对卫星重要参数有备份与恢复功能。FY-4A星表明:其测控数管分系统实现了预期的功能。     

一种高集成小卫星测控系统的综合设计

在传统小卫星测控系统的S频段应答机、中继测控单元、遥控单元及星务管理单元的设计基础上,对小卫星测控系统进行了综合设计。设计中采用低温共烧陶瓷(LTCC)、微组装工艺、键合技术、片上系统(SOC)微型芯片等新技术,将小卫星测控系统各功能单元融合在一台高集成、多功能的小型化测控产品中,实现星上资源的统一利用和测控任务的统一调度管理。与传统的小卫星测控系统相比,体积减小70%,质量减小80%,功耗降低35%,可满足小卫星体积小、质量小、功耗低的产品需求。文章提出的设计可为后续集成测控系统的设计提供参考。     

一种有效载荷地面测试系统星地时间的同步方法

针对有效载荷地面测试系统难以适应卫星有效载荷工作模式快速切换的问题,文章提出了一种有效载荷地面测试系统星地时间的同步方法。该方法利用测试局域网中卫星遥测帧广播的频率实现了星地时间的同步,根据遥控指令使地面测试系统准确切换状态以配合有效载荷的测试。星地时间的同步为地面测试系统的状态记录提供了时间标志,可作为有效载荷数据判读的输入条件。此方法易于实现,通用性强,可为有星地时间同步需求的地面测试系统提供设计参考。     

基于IRIG-B码的软件化测控系统时间同步方法研究

利用软件实现测控信号处理将成为未来测控系统的发展趋势。针对通用计算机处理时延的不确定性问题,根据软件化测控系统中数据块式的传输模式,提出基于B码的系统时间同步方法,能够为数据处理、存储及事后分析提供精确的时间定位。方法按照国际通用的B码格式,通过A/D端口将B码流与测控信号同时送入计算机,采用纯软件解调出8421码格式的天、时、分、秒信息,并利用采样率计数进行初始相位估计,可实现测控数据的精确校时,同时利用误差校正降低A/D采样时钟漂移对时间同步的影响。设计无需外部设备辅助,具有配置灵活和低损耗的特点。     

从卫星遥测到空间数据系统

在信息技术飞速发展的今天 ,遥测早已超出原有的范围 ,遥测作为一门独立学科的边界正在逐步淡化与模糊 ,实际上 ,卫星遥测、遥控、跟踪测轨早已和星地间的信息链路融合在一起了。我在 6 0年代从事探空火箭及卫星的测控工作 ,70年代从事微波统一测控和静止轨道自旋卫星的同步测控 ,深感卫星遥测已和其他信息传输系统结合 ,要硬性将其单独分割出来 ,将造成很大的损失和浪费。国外从 6 0年代测控射频综合到 80年代星上数据统一管理 ,到如今空间飞行器的测控 ,将按照国际空间数据系统咨询委员会 ( CCSDS)的意见纳入到空间数据系统 ,并发展了高…     

太阳同步轨道卫星中继测控天线覆盖特性优化研究

我国天链一号数据中继卫星系统的初步建成,大大提高了低轨用户卫星的测控效率,但用户卫星中继测控天线有限的波束角影响了其对数据中继卫星系统的覆盖率。为此,文章提出一种垂直于卫星轨道面方向的准半球状增益中继测控天线布局方式,适用于整星尺寸较大或使用晨昏轨道的太阳同步轨道(SSO)卫星。这种方式充分利用该方向对中继卫星的长时间可视弧段,能有效提高中继测控的覆盖率,对天链一号数据中继卫星系统的覆盖率在95%以上。同时,单个中继测控弧段的平均时长约为60min,弧段之间的平均等待时间约为20min。其覆盖特性的各项指标相比于常规的对天面中继测控天线具有明显的优势,能显著提高中继测控任务的实时性和灵活性。     

航天器在轨运行段遥控作业规范化设计与实现

针对当前航天器长期运行段遥控作业中人工干预环节较多、自动化智能化水平较低、流程标准化较低、要素不完整、事后工作不完整等问题,在分析形成遥控作业规范化需求的基础上,对遥控作业运行流程、功能模块、异常报警处置策略进行设计与规范。将遥控作业分为遥控上行前、中、后三个阶段,在现有基础上增加启动时机合法性自动检测、状态自动判别、时间条件自动驱动、注入结果自动评估、事后安全处置、自动退出、异常情况下循环报警推送处置策略等模块,完成遥控作业编写的规范性设计。最后,选取50颗在轨卫星对规范后的遥控作业进行验证,并与已有的作业进行了量化比对,结果显示,规范化遥控作业显著提升了上行工作的安全性、可靠性和运行效率,可提高航天器在轨稳定运行性。     

基于SCL的航天器遥控操作平台设计与实现

为了实现对航天器的透明控制，航天器控制中心开发设计了遥控操作平台。首先提出了遥控操作平台的硬件组成及运行环境；其次结合航天器测控任务的需求，进行了软件功能设计，将遥控操作平台分为四个层次、六大功能，并详细描述了其数据流图；最后明确了遥控操作平台的内部、外部接口以及安全性措施。该遥控操作平台已成功地完成了我国同步和近地卫星早期以及长期管理阶段的测控任务，极大地提高了我国航天器测控能力和测控网资源的运行效率。     

在轨跟踪与数据中继卫星测控关键技术(上)

根据卫星轨道根数，研究了跟踪与数据中继卫星（TDRS）对用户星的精确跟踪规律，并据此分析了TDRS对卫星平台姿态和天线运动范围的要求。介绍了TDRS测控中的关键技术，如螺旋扫描算法在TDRS搜索用户星时的应用、TDRS对近地卫星的覆盖率、TDRS跟踪多用户星的资源分配准则、星蚀和日凌计算，以及轨道位置保持控制策略等。相关控制策略的正确性已在我国地球同步轨道卫星的在轨测控应用中得到了证实，可用于未来TDRS的工程测控和业务应用。     

基于最小系统的小卫星在轨软件重构系统设计

提出一种基于星载终端处理设备最小系统的小卫星在轨软件重构系统设计方案。依据星上信息流实现现状,设计重构系统的系统框架,提出星载终端处理设备的最小系统组成、通用功能集和需要满足的整星安全性功能需求。系统中,应用软件程序数据按照注入帧格式通过遥控通道注入到星上,可缓存在星务存储器中再分发给终端目的设备,通过最小系统软件对应用程序进行引导和加载管理,整个过程均有差错控制设计以保证其可靠性和安全性。软件重构试验和容错试验表明,利用该系统可实现星载微计算机软件和FPGA配置数据的可靠上注、可靠存储和可靠加载。     

小卫星星载容错计算机控制系统软硬件设计

创新一号低轨存储转发通信小卫星是中国第一颗重量在100公斤以下的小卫星，介绍了其星载计算机系统的设计方案。由于卫星采用了计算机集中管理方式，为保证星载计算机的可靠性，设计中对硬件使用了双计算机热备份冗余设计，星载计算机的可靠性同时通过软件和硬件协同容错设计来实现。卫星的星务管理、遥测、遥控、姿态控制、电源管理、通信控制、轨道控制等都需要通过计算机软件完成，介绍了这些软件的主要功能和容错设计。创新一号星载计算机采用了多项新技术，并经过了一年多的飞行测试验证，达到了预定的运行目标，星载计算机圆满完成了各项设计功能，证明了卫星计算机系统的安全可靠。     

卫星遥测遥控数据库设计

卫星的测控系统正在利用计算机技术发展成一个开放的系统环境。在开放结构系统中,所有网络数据的建立、处理和显示均以数据库为基础。以国军标为依据,从国内各类卫星平台的测控系统实际出发,兼顾预研型号的发展方向,研究和分析了各种PCM遥测帧格式、遥测数据处理方法和遥控指令及遥控帧结构;利用数据库建模技术建立了一个通用的卫星遥测遥控数据库模型;提出了数据库的总体设计方案;结合国内外同类数据库的特点,设计并实现了符合我国卫星实际发展需要,既具有继承性,同时又有通用性和可靠性的通用卫星遥测遥控数据库。可满足对多颗星同时测控的需求,适用于不同的卫星平台;采用资源共享模式,提供灵活的接口;实现了遥测和遥控参数的综合管理。     

一种遥控数据注入通道误码率测试方法

叙述了在卫星总装测试现场和发射场技术阵地对返回式卫星遥控数据注入通道进行误码率测试的方法、硬件配置和软件概要。对通道的实地闭环测试,不但可以得到通道的实际误码量级,而且可以估算出该方案的反馈重传概率,还可进一步验证星上遥控接收机和数据注入系统的工作性能。     

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。     

融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统设计

随着北斗系统全面建成,北斗短报文在我国卫星测控领域的应用逐渐展开。为了充分利用北斗短报文双向通信功能、保密性好、全球覆盖等特性,参考国际空间数据系统咨询委员会（Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS）的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换（XTCE）标准,提出了融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统设计方法。首先,分析了CCSSDS XTCE和北斗短报文的应用现状;其次,考虑到北斗短报文的容量限制,设计优化了卫星遥测遥控数据传输格式和内容;再次,针对北斗短报文传输特性,探讨了加密通信方法;最后,为保证遥测遥控数据传输的正确性与可靠性,设计了数据连续识别和丢包补发方法。结果表明,融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统,可以为提高卫星的设计与科学使用提供参考。     

风云二号应答机简介

风云二号测控应答机是风云二号卫星定点前的唯一测控通道,卫星定点后是卫星工程测控的主要通道。在地面测控站的配合下,完成卫星的火箭飞行段轨道的测量及传送遥测信号;过渡轨道、准同步轨道、定点轨道段的跟踪测轨任务。 风云应答机按国际C统一测控体制工作。互为备份的两台应答机工作在不同的频点上。两台应答机由行波管放大器提供的下行发射功率为4W。定点前两台应答机同时工作,定点后其中一台工作,一台关机备份。两台应答机工作状态可通过地面指令切换。应答机主机工作原     

一种遥控数据注入通道误码率测试方法

叙述了在卫星总装测试现场和发射场技术地对返回式卫星遥控数据注入通道进行误码率测试的方法、硬件配置和软件概要。     

卫星故障诊断系统智能研制技术研究

为解决卫星故障诊断系统研制周期长、重复性工作量大的缺点,针对基于平行系统和数字卫星概念设计的卫星故障诊断系统,提出一种智能研制技术。建立包含参数、接口、原理模型、误差模型、故障模型和三维模型的数字部件库,利用数字装配技术实现对卫星的规范化描述,基于逻辑维分形结构将源代码书写规范分为确定性规则、有限规则和推理规则,采用机器学习的方法完成源代码书写规则的推理和实施,实现包括子系统部件、姿轨控软件、星务软件、耦合场计算、其他文件和地面测控系统等的数字卫星、遥测遥控系统与配套工具的源代码自动书写、编译及部署。针对多颗卫星进行故障诊断系统研制,系统运行结果表明了智能研制技术在提高系统研制效率方面的可行性和有效性。     

星地动态双向时间同步与测距算法

针对卫星运动对星地距离和钟差测量的不利影响,提出一种基于最小二乘拟合的星地动态双向时间同步与测距算法。在建立星地可视模型基础上,仿真了MEO运动卫星与地面时间同步站之间星地距离的变化规律,分析了卫星运动对星地双向时间同步与测距的主要不利影响。该算法首先利用星地双向时间同步数据分别生成星地距离和钟差拟合多项式,然后联合求解出运动卫星误差最小的星地距离与钟差。实验结果表明了该算法的合理性和科学性,在包含仿真误差的条件下,其时间同步精度优于3ns,测距精度优于3m。将其应用到各种空天应用系统的星地时间同步与测距中,可以消除卫星运动对双向时间同步与测距的不利影响,提高时间同步与测距精度。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定,并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段,以改进的Gauss-Newton算法为基础,设计了非线性迭代的微分轨道改进算法,有效抑制了算法截断误差.仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率,减少地面测控站压力,有效确定低轨卫星轨道,定轨位置误差小于20 m,速度误差小于0.01 m/s,能满足一般低轨卫星的定轨精度要求.