中国海洋一号卫星电源系统设计与在轨性能评估

中国海洋一号卫星电源系统设计指标、地面测试数据与在轨遥测参数三者一致。数据分析表明,电源系统设计合理、正确,各项技术指标先进,满足卫星平台及有效载荷的功耗需求以及对电能品质的要求。     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

小卫星高分辨率成像系统

对小卫星对地观测高分辨率成像系统进行了综述。介绍了国内外有极高分辨率（0．5～1．0m）、高分辨率（1．8～2．5m）和中高分辨率（4-10m）小卫星光学成像系统的性能,并与合成孔径雷达（SAR）成像系统进行了比较。给出了小卫星光学成像系统、SAR高分辨率成像系统和卫星平台的关键技术。讨论了未来小卫星及其高分辨率成像系统技术的发展趋势。     

基于小卫星平台的超光谱成像ORASIS探讨

文章对国内外星载超光谱成像系统的应用状况进行了归纳．重点对其应用特点和关键技术进行了总结。在此基础上阐述了基于小卫星平台的超光谱成像系统的技术优势，探讨了利用小卫星姿轨机动灵活和可组成分离异构星座的特点，来实现星载超光谱系统对地实时成像以及解决海量数据处理和传输等关键问题的可行性。并着重对研制适应小卫星平台的集约型超过...     

卫星光通信中耦合运动对光信号跟踪影响分析

光通信终端与卫星平台的耦合运动是影响卫星光通信系统光信号跟踪性能的重要因素。以铱星系统星间链路为例,建立了卫星光通信终端与卫星平台相互耦合运动的数学模型,并进行了数值仿真。理论分析及仿真结果表明:卫星光通信终端与卫星平台相互耦合运动使系统粗跟踪误差增大,方位轴、俯仰轴最大误差分别为94μrad和98μrad,超过精瞄系统补偿范围。为确保星间激光链路通信性能,提出了光束粗跟踪控制补偿算法,并进行了相应的仿真实验,仿真结果表明:补偿后的控制算法将方位轴、俯仰轴最大跟踪误差降低为37μrad和41μrad,符合精瞄系统补偿要求,保证了系统跟踪性能。该结果对今后小卫星星座激光组网具有一定的指导意义。     

全电推进GEO卫星平台发展研究

介绍了国外电推进系统在地球静止轨道(GEO)卫星上的应用阶段,以及包括波音卫星系统-702SP(BSS-702SP)在内的主要全电推进卫星平台;总结了全电推进卫星平台在商业市场竞争、平台技术创新、中型通信卫星市场需求方面的发展动因;提炼了全电推进卫星平台涉及的大推力、高比冲、双模式电推进系统,以及全轨道、小推力、自主变轨和位置保持等关键技术;提出了我国全电推进卫星平台开发的目标及发展途径。     

激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究

在众多空间碎片移除技术中，天基激光烧蚀驱动是一种高效的、有广阔应用前景的移除技术，特别是针对移除海量的、尺寸在1~10 cm的危险碎片而言，更是具有独特优势。然而，这一技术对高能激光器单脉冲能量、光束质量、发射镜口径等要求很高，目前的硬件水平还达不到实用指标要求，制约了其天基应用。为了克服这些硬件技术障碍，本文另辟蹊径，利用小卫星概念，提出了由不同轨道高度小卫星平台组成小卫星星座，通过在每个小卫星平台上的激光驱动接力来逐步降低碎片轨道高度，最终达到移除空间碎片的小卫星接力移除星座的构想。基于现有的激光器性能参数，根据激光烧蚀驱动碎片动力学模型计算了单个卫星平台的移除能力，结果显示，10 J单脉冲能量激光器和0.5 m直径发射镜，能够对20 km范围内、尺寸小于10 cm碎片进行有效驱动。进而，针对空间碎片密集度高而应用最广的800 km轨道高度区域，设计了由分布在不同轨道高度的30颗小卫星组成接力驱动移除星座系统方案，通过仿真模拟计算验证了星座系统的移除碎片的可行性。该研究利用目前热门的小卫星星座，降低了天基激光移除空间碎片技术对硬件的性能要求，为该技术的应用提供了新的思路和途径，所提出的小卫星接力驱动星座系统方案也有工程参考价值。     

卫星在轨微振动隔离系统动力学分析

针对采用主动隔振系统时,有效载荷和卫星平台因质量接近而产生的运动耦合问题,文章使用牛顿-欧拉(Newton-Euler)方法对设计的Stewart隔振系统进行动力学建模,给出了有效载荷和卫星平台质量接近时运动耦合模型,以及卫星平台质量无穷大时的运动无耦合模型下的系统动力学方程,对比分析了两种模型下系统动力学响应。结果表明:Stewart隔振系统在两种模型下系统动力学特性差异较大,有效载荷和卫星平台质量接近时,运动耦合模型的有效载荷角振动响应峰值大、平动响应峰值小、系统模态频率较高。因此,有效载荷和卫星平台质量接近时应采用运动耦合模型进行动力学建模。研究结果可为卫星有效载荷微振动隔离提供理论参考。     

中国海洋一号卫星在轨管理及问题分析

对中国海洋一号卫星一年来的测控管理进行了总结,初步分析了中国海洋一号卫星在轨管理期间的轨道姿态、电源温控、星上时钟以及载荷使用情况,研究了相关参数的变化规律,并就红外状态变化对姿态精度的影响以及姿态翻转对轨道的影响进行了分析,找出了卫星单、双红外地球敏感器工作条件下姿态精度的差别,提出了进一步改进卫星姿控方式的建议。为提高地面测控管理的效率,减轻地面卫星管理人员的工作压力,对小卫星平台提出了卫星自主故障定位等建议。     

洛马公司完成地球眼-2卫星平台的通电测试

据美国太空参考网站2012年5月2日消息，地球眼-2（GeoEye-2）近日成功完成卫星平台的通电测试，它是洛马公司与地球眼公司研制的下一代新商业地球成像卫星。该测试验证了初步的电力集成，检验了卫星的界面，并为集成硬件和软件试验铺平了道路。研制人员已在卫星结构上成功安置了电源子系统部件、安全带、跟踪、遥测和控制硬件，以支持按时定期检查集成设计。     

卫星电源系统优化设计

对卫星电源系统进行总体优化设计是提高其可靠性和性能,减轻重量的一条重要途径。以太阳同步轨道卫星为背景,研究了太阳电池阵/蓄电池组联合电源系统的优化设计。包括以下内容:(1)轨道光照条件的计算方法;(2)研究了固定展开式、一个自由度对日定向式和两个自由度对日定向式等构型的太阳阵的最佳应用范围,建立了太阳阵的直流分析模型;(3)建立了蓄电池组的容量设计方法和直流分析模型,对蓄电池组的组成和充电方式,能量多圈平衡等问题进行了优化分析;(4)以太阳阵的输出功率为目标,对峰值功率跟踪(PPT)和直接能量传输(DET)两种太阳阵功率调节方式的应用范围进行了分析和比较。以电源系统的重量功率比最小为目标函数,对四种典型DET方式的电源系统配置方案进行了优化比较;(5)建立了以母线为核心的电源系统的交流小信号模型,导出母线阻抗,稳定性,瞬态响应和纹波的分析方法,对母线性能进行了优化设计;(6)对SEDSAT-1小卫星电源系统进行了仿真实验,部分验证了上述研究结果。本文的研究可用于电源系统总体设计的方案比较和方案优选过程。它将有助于定量地比较和优选电源系统设计方案,并实现降低重量功率比和提高性能的目的。     

倾斜轨道卫星能量平衡优化分析方法

倾斜轨道卫星的光照条件和外热流变化规律复杂,使得卫星负载功率和输入功率处于复杂动态变化之中,这给卫星能量平衡准确分析带来很大的困难。文章提出一种基于卫星能量动态关联模型的能量平衡优化分析方法,通过合理选择电源工作模式和准确定位卫星最恶劣能量平衡情况,实现电源系统合理配置,优化能量平衡分析流程。以某倾斜轨道卫星的能量平衡优化分析实践为例,应用该方法建立的能源动态关联模型,可以准确确定太阳电池阵输出能力和储能设备容量,减小电源系统质量和尺寸,由此表明该分析合理、可行。     

时差定位型卫星铷钟的双钟热备份设计

针对传统星载铷钟备份设计中对铷钟状态判断不准确和主备切换时输出信号不稳定的不足,在分析时差测算铷钟指标原理和频率信号切换方法的基础上,提出了一种适用于时差定位型卫星铷钟的双钟热备份设计,通过GPS时差测算铷钟频率性能指标,以及无扰切换设计实现频率信号的稳定输出。地面试验表明,铷钟的准确度和稳定度指标测算误差小于5%,频率输出信号在切换时连续稳定,无突波干扰。研究结果可以为后续定位型卫星和导航卫星的高精度时频系统设计提供参考。     

MOMENTUM法设计微波功率放大器

文章在对Momentum方法进行研究的基础上,利用ADS软件进行2-tone负载牵引法得到了晶体管输入和输出阻抗。在晶体管稳定性分析的条件下,运用共轭匹配法设计匹配网络,并将匹配网络转化为Momentum元件再用于电路设计中,大大提高了设计的准确性。成功设计出了LDMOS微波功率放大器。对比采用Momentum元件和理想原理图设计两种情况下功率放大器的小信号S参数和大信号下的输出结果,证明了设计过程的准确性。     

扩频测控模拟器高稳零值技术研究

为适应对星载扩频应答机和测控地面站零值稳定性指标的评测需求,对扩频测控模拟器的零值稳定技术进行研究,提出了一种在扩频测控模拟器中通过宽带自闭环校准通道进行零值实时校正的方法。发射通道信号输出功率可数控调节,接收通道通过数字AGC适应接收功率的变化范围,满足不同输出功率下的零值校正。发射功率调节模块和校准通道的零值延时事先标定存储,并通过恒温确保事先标定零值的稳定性。实测结果验证了方法的有效性,实现了小于0.1m的零值稳定性,已成功应用于某航天工程。     

卫星星座地面供配电测试系统研制

卫星地面供配电测试系统是卫星综合测试系统中的重要分系统之一。文章介绍了一套自行开发研制的卫星星座模式下的地面供配电测试系统,该系统主要由地面电源、PLC通用供配电测试设备、工业控制计算机、卫星等效器、DC/DC主备份切换测试设备等构成;其中通用供配电测试设备采用了组态技术,基于PROFIBUS、PLC、STEP 7和WinCC等进行开发,实现了实时显示、控制输出、报警记录、数据归档、冗余备份等功能,可靠性和可扩展性程度高,为设备的模块化、通用化和系列化提供了一个有效的途径,满足了卫星星座综合测试的需要。     

磁悬浮姿控/储能飞轮能量转换控制系统设计与实验研究

针对磁悬浮姿控/储能飞轮(ACESFW)的能量释放问题,采用直流降压斩波原理,设计了一种能量转换控制器,提出对降压斩波器输出进行软件功率因数校正的转换控制方法,将高速ACESFW存储的动能,转变为稳定直流电能输出。仿真和地面试验结果表明,所设计的能量转换器转换效率高,电压输出稳定,高频纹波小,可以满足星上设备的供电要求。     

基于DBF的波束功率控制及优化设计技术

低轨卫星系统近年来得到了广泛的关注和发展,卫星的轨道高度低,具有传输延时短、路径损耗小的特点,可以为小型化用户终端提供服务,但也存在单星覆盖区内路径差异大、卫星业务分配不均和工作动态范围大的问题。针对这些问题提出了一种适用于低轨卫星的波束优化设计方法,采用地球匹配波束设计,来实现更好的链路质量和覆盖效率。在下行波束设计中,通过唯相位加权优化设计方法,在满足波束增益要求及波束间C/I的基础上,实现了单波束功率由0%~100%的调整能力。针对低轨卫星移动通信业务随时间变化,导致发射组件输出功率长时间工作于回退状态的特点,提出了一种通过卫星业务处理器实现业务量变化与功放的最佳效率供电电压匹配调整的星上自适应功放功率随动技术,使得功放平均效率有效提高,减少了天线的平均功耗和热耗。     

The GANDER constellation for maritime dissaster mitigation

The development of sea state monitoring from polar-orbiting satellites has recently moved away from the concept of single, multi-sensor platform such as ERS-2, Topex/Poseidon or ENVISAT towards the design of a system that would allow frequent updates from a constellation of small satellites equipped with special-purpose radar altimeters. This new system, called GANDER for Global Altimeter Network Designed to Evaluate Risk, has attracted significant support from a number of important customer segments including the military.

This paper details the design of an altimeter for a Surrey small satellite, and illustrates the major system trade-offs that need to be made. Critical to the viability of the mission will be the development of a radar altimeter capable of operating successfully on a small satellite bus, within a limited volume and power budget. The mission design presents a number of key technological challenges, in order to permit a physically small antenna to be employed, and to minimise the pulse power. This can be achieved by advanced techniques, such as the delay Doppler altimeter concept, which emphasises the needs for high-speed on-board signal processing, phase linearity and pulse-to-pulse phase coherency.

The system design for the GANDER constellation is also described, illustrating how it not only offers a means for maritime disaster mitigation, but also can reduce shipping cost and time.     

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.