近距空间链路通信协议及其软件实现

为实现航天器间的近距通信,CCSDS提出近距空间链路通信协议.分析近距空间链路通信协议的应用场景、协议结构、协议特点及其通信流程,研究协议仿真软件的实现方法,提出基于C/C++语言的软件实现方案,使用MFC平台实现人机交互界面.该仿真软件实现了对协议通信流程的完备仿真,提供各个通信参数配置接口,作为仿真平台为应用层协议...     

太空唱响东方红（下）——纪念我国东方红二号通信卫星发射成功30周年

创新开拓，实现我国通信卫星从国内到国际新跨越 东方红四号通信卫星平台的成功开发，其可靠性和性能不断提升，成为我国航天器进军国际市场的拳头产品，不仅满足了我国通信市场的需要，更是开启了国际商业通信卫星市场的大门，其灵活便捷的运作方式、优质的服务和优越的性能价格比，使其在国际上具有很强的竞争力。     

主从式编队航天器连通性保持与碰撞规避

针对主从式航天器编队过程中存在的通信距离约束、航天器之间的碰撞以及空间干扰等问题，提出一种基于非线性干扰观测器和人工势函数的分布性协同控制方法。当初始通信网络连通时，通过在分布式协同控制器中引入吸引势函数，保证整个编队过程中通信网络始终是连通的。针对主航天器速度仅有部分从航天器直接可知的情况，为每一个从航天器设计分布式的速度观测器估计主航天器的速度，从而实现航天器之间的速度协同。此外，通过在控制器中引入非线性干扰观测器对外界干扰进行观测，显著增强了航天器编队的精度。仿真结果表明，本文提出的分布式协同控制方法不但能够实现对主航天器的速度跟踪以及航天器之间的队形保持，而且能够在编队过程中实现通信网络的连通性保持和航天器之间的碰撞规避。     

一种航天器综合电子系统业务及协议体系架构设计

对航天器综合电子系统的通用功能需求进行分析,设计了基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)标准的综合电子系统业务及协议体系架构。体系架构包含应用层、应用支持层、传送层和亚网层,可通过各层的业务及协议组合实现系统功能。从标准业务及协议的选择过程、业务及协议体系架构设计、解决的关键技术问题等方面进行详细阐述。该体系架构可为航天器的智能化和网络化提供技术支撑,实现器载接口及协议的标准化,促进航天器设备和软件的通用化,并为航天器提供更为灵活、强大的功能。     

基于事件驱动的航天器姿态自适应跟踪控制

针对即插即用无线小卫星模块间通信资源约束以及航天器惯量信息难以精确获得下的姿态跟踪控制问题,提出了一种基于事件驱动的航天器姿态自适应跟踪算法。该算法在跟踪控制过程中,通过自适应控制律对转动惯量矩阵进行估计,同时引入事件驱动控制策略,只在驱动条件满足时对控制器进行更新,能有效改善模块间通信频率。然后根据Lyapunov方法证明了闭环控制系统的渐近有界稳定性,并证明了该事件驱动控制无Zeno行为。最后,数值仿真结果验证该控制算法的有效性。     

高速星间收发通信机OFDM调制解调研究

目前,国内外针对卫星组网的研究主要集中在卫星之间的星间链路研究方向。为实现卫星组网通信系统中大数据量的信息交互,首次提出了一种利用正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)技术的高速星间收发通信机的设计方案。相比传统单载波技术,OFDM技术凭借其较高的频谱利用率、良好的抗多径干扰能力以及能够灵活分配资源等特有的优势,可用于实现星间通信的高码速率传输。首先设计了星间收发通信机的总体架构,基于星间通信系统的特点以及16QAM调制解调方式的优点进行了相关的参数设计,然后根据设计参数,采用Verilog HDL硬件描述语言基于ISE开发平台和Modelsim软件完成了16QAM数字调制解调功能和时序的仿真,验证了设计的可行性。首次将OFDM技术应用到星间收发通信机,为其硬件实现奠定了基础,具有一定的参考价值。     

一种基于星内路由的航天器数管软件框架设计

传统航天器数管分系统开发时,往往需要深入分析各类传输协议细节,对协议数据的格式处理、数据转换等功能需要占用大量的开发时间。文章提出了一种基于星内路由的数管软件框架,其遥测链路协议(AOS Link)、遥控链路协议(TC Link)和星内总线链路协议(1553BLink)等链路层协议都由网络层路由接管,并以软件构件的形式存在。星载数管应用层程序在对数据进行收发时,仅仅调用网络层"发送"和"接收"接口即可,而后台路由程序将根据路由表选择链路层协议下一跳地址和对应的传输服务,实现地面、数管系统和其他分系统之间的数据流转。该框架将底层通信和应用层功能严格分离,大幅度简化了应用层软件设计。     

基于遗传算法的再入航天器配重布局优化

提出了一种在遗传算法框架内实现再入航天器配重布局优化的方法,获得的配重分布,可以尽可能小的配重重量代价使再入航天器满足复杂的质量特性要求。该方法将再入航天器可安装配重的区域离散为大量小面积配重区,使每个配重区对应固定质量的配重块,从而对配重布局设计变量进行离散编码,在此基础上建立起再入航天器配重布局优化问题的数学模型,并采用遗传算法求解该优化问题。对某再入航天器示例进行仿真验证,得到优化配重布局方案,以小的配重用量同时满足了质心位置、惯性矩和惯性积的复杂质量特性约束,配重布局显示出复杂空间分布的特点。文章的结果可为各类航天器的配重布局优化提供借鉴。     

基于LabVIEW的航天器磁试验测控系统设计及应用

针对现有航天器磁试验测控手段自动化程度低、操作复杂的问题,基于LabVIEW软件以及磁试验流程和现有设备,研制了新的磁试验测控系统,并进行了测控系统的软件设计。该系统实现了对测控电源、磁强计探头的灵活自动配置和控制,对线圈磁场的一键式远程控制,磁场波动的实时监测,磁场数据的并行采集和处理。试验验证结果表明,该测控系统具有测量与控制精度高、运行稳定可靠、自动化程度高、操作简便等特点。     

一种针对分离模块航天器系统的分层优化方法

针对分离模块航天器系统优化中存在计算量大、算法复杂度高的问题,提出了一种基于分层的分离模块航天器系统优化方法。该方法将系统优化问题分解为三个层次进行,顶层规划模块数和轨道高度,中间层优化组件配置,底层优化运载发射方案。其中顶层嵌套调用中间层,中间层嵌套调用底层,底层直接计算求解最优运载发射方案,避免了直接基于分离模块航天器全寿命周期仿真来优化运载发射方案。应用该方法对虚拟对地遥感分离模块航天器进行优化,结果表明,优化过程简单,计算量小,算法复杂度低,优化效果显著。     

脉冲推力最优轨迹的Hamilton边值问题

针对大推力航天器的Hamilton边值问题(HBVP),提出一组基于变分法的通用方程,其中内点和其它端点(包括始、末端点)可以满足统一的方程形式,由此反映了更本质的边值条件解析结构。具体问题的最优性必要条件均可以从本文给出的通用方程中较方便地推出,避免了以往构造边值问题复杂繁琐的困难。仿真结果表明,本文方法可以保证有效、快速地获得大推力航天器的最优飞行路径。     

MSC.NASTRAN子结构法在航天器结构动力学分析中的应用

航天器结构系统日趋庞大和复杂,为实现对复杂系统的高效分析和计算,同时为解决不同研制单位之间的模型传递和交互中的技术保护问题,文章介绍了一种基于MSC.NASTRAN软件的子结构分析方法（MSC.NASTRAN超单元法）,可用于复杂航天器的系统级动力学分析,并给出航天器结构分析实例。实际应用表明,该方法能够有效屏蔽结构设计参数,显著提高复杂航天器系统分析效率。     

基于Windows消息机制的MSC.Patran集成方法研究

为了解决航天器虚拟振动试验过程中的数据管理问题,提出了一种基于Windows消息机制的MSC.Patran软件集成方法,并设计了总体集成框架,针对其中的关键技术,如集成环境初始化、窗口动态控制等内容进行了详细论述。应用该方法和框架研制航天器虚拟振动试验系统,验证了其可行性。结果表明,该集成方法能够有效解决Patran与数据管理系统的数据集成共享问题。     

利用并行八叉树划分技术开展复杂构型航天器放气污染分析研究

放气污染对航天器造成的有害影响需要定量评估。放气产物分子的输运过程可以采用Monte-Carlo方法模拟,并用射线表示放气分子输运轨迹。如此一来,即转换为射线追踪问题。由于航天器构型复杂,射线追踪的计算很耗时,所以有必要研究其加速算法。文章将复杂构型航天器表面用三角形非结构网格表示,利用八叉树划分技术开展分子运动轨迹与表面相交的加速模拟计算。同时,在基于共享内存多核计算平台,利用OpenMPAPI软件实现了计算的并行化。该方法在对空间站的实例计算中显著提高了运算速度,并对空间站的污染情况进行了初步评价分析。     

一种适用于通信信号筛选的新型可配置滤波器（英文）

为了满足通信信号筛选的需要,文章对FIR滤波器的实现方式进行了改进。根据通信信号在频域所处的频带范围,算法仅仅需要简单的数学运算,就可在线任意连续调整滤波器的通带范围,以满足信号筛选的需要。实验结果表明:该算法可以在频域快速、灵活的筛选信号,可应用于各种盲信号采集与处理的场合。     

基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件设计

为同时满足对于星务管理数据和高速载荷数据的传输要求,国内外的飞行器趋于使用1553B和SpaceWire组合网络来进行星上数据传输。复杂而灵活的数据传输要求使得卫星数据流设计中引入了大量标准协议,同时大大增加了星载数据管理软件的复杂度。对一种基于1553B和SpaceWire组合网络的星载数据管理软件的协议体系进行了介绍,通过对协议进行分析,改进了已有的软件框架,形成了一种基于标准协议的分层的软件架构,以空间包为单位实现星内数据交互,实现了软件应用层与数据链路协议的分离。软件实现结果表明,合理的协议分层和有效的接口封装提高了软件的可拓展性和可移植性,有利于软件产品化。     

变构型航天器参数化前处理方法

针对变构型航天器结构不固定的问题,基于VC 6.0软件对Trail及Session进程文件开发的方式,研究了利用Pro/E及Patran软件对航天器进行参数化建模及网格划分的具体操作方法,通过IGES中间文件的形式,将Pro/E及Patran相连接,利用VC开发工具建立了一套变构型航天器参数化前处理平台。采用两舱构型航天器对参数化前处理方法及平台进行了验证,结果表明:该参数化建模及网格划分方法切实可行,可为变构型航天器的静力学、动力学、热、结构等分析过程的前处理方法提供参考。     

星上控温策略的地面模拟与验证

为充分验证卫星在轨温度控制策略的适用性和效果,针对航天器在轨温度控制的特点及方式,提出一种在地面模拟星上控温策略的方法。该方法包含:设计开发一套适用于航天器真空热试验的星上控温模拟系统及基于比例开关控制算法的星上控温模拟软件;采用并行驱动技术实现单个控温时间片为1 s的时间控制精度,工况稳定后温度控制误差不超过±0.3℃。该方法已成功应用于某型号卫星真空热试验过程,系统配置灵活、操作简单、控温周期短、控温精度高,实现了星上控温策略的有效验证。     

星载局域网的千兆光以太网卡设计

星载局域网可以满足空间站等复杂航天器系统高速、海量传输数据的需要。采用光纤以太网作为星载局域网具有多方面的优势。为了以光信号在以太网上传输星载设备间的数据,航天器需要配置相应的光以太网卡。文章介绍了光以太网卡的硬件设计原理、器件选用、印制电路板设计及其测试方法。     

基于系统辨识方法的航天器热真空试验热传递模型

航天器及其部件的热真空试验是航天器研制过程保证其可靠性的重要环节。由于复杂的物理和边界条件,单纯从传热的角度得到的航天器传热模型与真实情况存在差别。基于传热理论的基本方法,文章提出结合系统辨识的方法得到航天器热真空试验传热数学模型。这种方法可以推广到相似的试验中去,将加快试验进程和节省大量的试验经费。