CCSDS XTCE研究综述

综述航天任务操作数据库的国际标准框架XTCE(基于XML的遥测遥控信息交换标准),主要对XTCE的产生背景、框架组织结构、典型应用模式等内容进行了描述。在重点介绍框架中遥测元数据描述语言及其应用实例的基础上,着重分析了国内外对XTCE的研究及应用现状,并进一步指出推广XTCE的深远意义。最后针对目前航天任务的特点,对XTCE的应用前景进行了展望。     

CCSDS XTCE在航天任务中的应用研究

主要研究探讨目前XTCE(基于XML的遥测遥控信息交换标准)在国内外的应用情况。首先介绍了XTCE标准的创建背景和基本概念;然后通过SCOS-2000(飞行器控制和操作系统2000)和JWST(詹姆斯-韦伯太空望远镜)2个应用实例说明了XTCE的应用场景和应用价值;最后针对我国测控数据的交换现状,具体分析了国内在进行测控数据交换时应该借鉴XTCE标准的原因,并就此提出使用XTCE的建议。     

基于PUS协议的通用遥控指令设计及其XTCE描述

为了解决现今各卫星型号中遥控指令形式多样、参数多变、指令设计繁琐的问题,提出了一种通用的卫星遥控指令设计方法。该方法参考PUS(Packet Utilization Standard,包应用标准)对遥控指令包格式进行通用化设计,并使用XTCE(XML Telemetric and Command Exchange,基于可扩展标记语言的遥测遥控数据交换)格式对遥控指令格式和内容进行描述,能够快速有效地进行遥控指令的设计和动态生成,在满足卫星遥控指令设计和应用需求的同时又具有较好的通用性和继承性。实践表明,基于PUS协议的通用遥控指令设计方法及其XTCE描述能够有效地降低地面应用和测试软件的复杂度,提高软件的通用性和可靠性,缩短研制周期,降低卫星研制成本。     

数据库技术在航天测控任务中的应用

本文论述了数据库技术用于航天测控任务的可行性与应用范围，并举例介绍了其实现过程。生成遥测、遥控处理初始化数据文件、生成定义遥测处理结果表的批命令文件和生成数据转入程序这三个例子，对遥测参数描述表进行了多用途利用，突破了一般数据库的查询统计操作，实现了对数据的深层利用。本文通过对遥控指令查询遥测相关参数变化的例子，说明了用关系数据库描述实体关系简单明了，体现了数据库技术的优越性。     

JPL实现标准化TT＆C客户支持的发展计划

JPL通信与任务操作管理局(TMOD)为各种深空任务的实施提供跟踪、遥测与指令遥控业务。这些业务系统正在被重新设计成TMOD深空任务系统(DSMS)中的端到端业务。DSMS TT＆C地面系统包括来自深空网(DSN)的数据业务单元和来自高级多任务操作系统(AMMOS)的任务业务单元。地面系统提供跟踪数据(至航天器的距离和载波多普勒测量值)、航天器遥测数据和上行指令业务。DSN通信系统     

飞行器地面遥控遥测模拟系统

介绍了某飞行器的新型一体化地面遥控遥测系统。该系统集成了测试与事后分析、实验报告生成功能,并使用关系数据库对实验数据进行了记录。     

无人驾驶直升机遥测遥控与电子系统设计

 介绍了某型无人驾驶直升机遥测遥控与电子系统设计研制,系统要求、总体结构与工作过程,系统设计中的技术问题与解决方案,该系统已经研制成功并得到应用。     

分包遥测、遥控与AOS设计思想初探

本文首先介绍分包遥测、遥控和AOS与OSIRM的关系，接着从服务对象，信息源特点，业务种类，数据结构，差错控制，物理层功能七个方面进行分析比较，以便从不同角度对CCSDS设计思想进行研究。     

自适应遥测信道速率的分包遥测调度方案

在卫星分包遥测静态分配适应单一遥测信道的方案基础上,提出了一种改进型动态自适应遥测信道速率的遥测分包方法,将包传输的控制参数由绝对参数优化为相对参数,从而满足不同信道速率、不同包源速率下的包传输适应性.该方法通过将遥测包周期计数与遥测包静态分配的传输周期的比值作为遥测包传输等待迫切比例系数,用相对的传输迫切比例系数值对全部遥测包进行排序,从大到小组入遥测信道下传.通过这种遥测包调度策略解决了遥测信道速率变换对包传输控制的影响.此外通过调节遥测包传输比例系数也能很好地解决遥测包数据率变化对信道传输的适应能力的影响,如数据率增加时整体降低包传输频率、数据率减少时整体加快包传输频率.     

基于FPGA的卫星遥测遥控通道设计与实现

为解决卫星电子系统小型化的问题,本研究介绍了一种应用于卫星遥测遥控通道的FPGA设计和实现.与传统设计采用LSI、MSI电路比较,新的设计借助FPGA的大容量、低功耗、高速度等特性,使用了多冗余、纠检错等方法,实现了适应性更强、可灵活配置的更健壮的遥测遥控子系统,并得到试验验证.说明通过电子集成技术应用,系统的性能大为提高,特别在体积、重量、功耗、可靠性、空间适应性等方面有显著的优势.研究表明了FPGA应用于星载计算机,具有现实意义.     

遥测接收站火焰衰减计算模型及应用

火焰衰减是运载火箭遥测系统设计及地面测站布站须重点考虑的问题.以火焰衰减对遥测地面站接收信号的影响为出发点,推导了火焰夹角与测站位置及火箭俯仰角之间的数学关系式,在此基础上依据已有的火焰夹角与火焰衰减关系模型,设计了理论弹道全程中地面测站火焰衰减量的计算程序.以某型遥测设备的接收信道链路为依据,在实际任务中对火焰衰减模型进行验证,结果证实模型具有一定的准确性,并在此基础上分析火焰衰减对遥测地面站某型变频器参数设置的影响,确定了实际任务中更加合理的变频器参数.     

STEREO Ground Segment, Science Operations, and Data Archive

Vitally important to the success of any mission is the ground support system used for commanding the spacecraft, receiving the telemetry, and processing the results. We describe the ground system used for the STEREO mission, consisting of the Mission Operations Center, the individual Payload Operations Centers for each instrument, and the STEREO Science Center, together with mission support from the Flight Dynamics Facility, Deep Space Mission System, and the Space Environment Center. The mission planning process is described, as is the data flow from spacecraft telemetry to processed science data to long-term archive. We describe the online resources that researchers will be able to use to access STEREO planning resources, science data, and analysis software. The STEREO Joint Observations Program system is described, with instructions on how observers can participate. Finally, we describe the near-real-time processing of the “space weather beacon” telemetry, which is a low telemetry rate quicklook product available close to 24 hours a day, with the intended use of space weather forecasting.     

基于自适应粒子群算法的航天测控系统任务可靠性分配

采用测控时序图描述任务时序逻辑关系,建立了各阶段的任务可靠性模型,讨论了可靠性分配时的约束条件和分配目标,从而构建了航天测控系统任务可靠性分配模型.在此基础上,设计了自适应粒子群算法,算法在迭代过程中通过惯性权重系数ω进行自适应调整,初始时能快速搜索全局解,后期能有效地搜索局部解.通过算例仿真,表明自适应粒子群算法在用于航天测控系统任务可靠性分配问题时具有分配结果优、收敛速度快等优点.      

基于OBDD的可修航天测控系统任务可靠性分析

基于顺序二元决策图(OBDD)理论,针对航天测控系统(TT&C系统)特点定义了新的OBDD数据结构,提出了一种考虑设备可修的TT&C系统任务可靠性分析方法.通过将各测控站的时间窗口划分为不同阶段,分析各阶段内设备逻辑关系并构建阶段OBDD模型,然后将所有阶段OBDD模型合并为最终的任务OBDD模型.采用连续时间Markov链(CTMC)分析可修设备的状态转移行为,基于新的OBDD数据结构给出了任务可靠性计算算法.与Markov方法和仿真方法的对比分析结果表明:所提出的方法能够精确计算设备可修的TT&C系统任务可靠性,设备数量多于30个时算法效率高于Markov方法.      

基于无线激光通信的转子参数遥测方法研究

为了满足航空发动机转子、直升机旋翼等旋转部件动态参数的高速实时采集需求,提出了一种基于无线激光通信的旋转部件非接触参数遥测方法,并给出了基于该方法的参数遥测系统总体方案.重点研究了光电数据传输通道中发射激光器的信号驱动、光电探测器的信号放大及串行/解串器等关键电路的设计方法.设计了理论最大传输速率达622 Mb/s的无线激光通信收发模块,并测试了收发模块的实际性能.最后,研制了参数遥测试验样机,该样机在旋转状态下的数据传输率达300 Mb/s,满足航空发动机转子的动态参数遥测要求.      

基于延迟发送的高速信号遥测采编技术

针对导弹与目标相遇时刻引信产生的高速信号的数据分析需求,提出了一种基于延迟发送的遥测采编技术。数据采集采用了缓存后延迟发送的方式,在所需信号的特征未满足发送要求前,对数据通道持续检测,并将采集到的数据缓存入RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)中,此时发送其余信号的遥测数据;当所需信号满足发送要求后,立即中断其余信号的发送,将RAM中存储的数据读出并发送:这样不仅降低了系统码速率,还可以避免高码速率实时发送带来的不利影响。数据编码采用了分层量化的方式,提高了数据分析时较为关注的小幅度信号的分辨率。该遥测采编技术方案具有缩短研制周期、节约研制成本、降低技术风险的优点,并在飞行试验中得到成功应用。     

一种非规则采样航空时序数据异常检测方法

航天器遥测数据的实时异常检测对于航天任务具有重要意义。以往方法大都考虑规则采样且缺失率较低的时序数据,然而航空时序数据具有维度大、噪声多、缺失率高、采样间隔不规则等特点,因此异常检测任务较为困难。针对非规则采样且具有缺失值的多维航空时序数据提出非规则采样多维时序数据异常检测（IMAD）算法。首先,采用带有可训练迟滞项的门控循环单元（GRU-D）对缺失值和非规则采样的时序数据进行建模;然后,采用变分自编码器建立随机性模型,学习正常时序数据的分布,从而对噪声数据具有鲁棒性;最后,利用基于极值理论的自适应阈值确定法确定合适阈值进行异常检测。结果显示,在两个真实航空时序数据集上,IMAD具有超出当前最新异常检测算法的性能;多个实验表明,IMAD在缺失率、参数以及数据集变化时,能够维持较好的异常检测效果,具有较强的鲁棒性。     

Spacecraft telemetry link performance in a transfer orbit

There are several critical periods early in the mission of a geo-stationary communication satellite. The first is the period from launch vehicle ignition until the upper stage final successful burn. The second is after the above span until the vehicle reaches its final altitude of a synchronous orbit. For a nominal low thrust apogee boost ascent subsystem during that later time, almost continuous telemetry is mandatory. This is especially true during the crucial periods of main engine burns and attitude correction phases. Maintaining a strong telemetry link throughout this phase requires an adequate RF signal link from the spacecraft to a ground station in the telemetry RF channel. An analysis of this link performance during each orbit until final position has two major aspects. One, the location of the spacecraft in relation to the ground tracking station at each moment in the mission is a matter of geometry and Keplerian physics. The other is the RF signal and its supporting subsystems, both on the ground and aboard the vehicle. The fundamental theoretical considerations or both the orbit parameters and radio link components are examined and then the individual parameter sensitivities are analyzed. Next, a nominal cast for a generic mission is studied. This survey considers the telemetry performance during each major stage of the flight from the launch through the transfer orbit to the postinjection period to the final orbit. Then abnormal situations due to both orbit and RF faults are examined. Finally, some design and operation concepts which may lessen the impact of the previous anomalies, are presented     

基于RBFNN自适应混合学习算法的航天测控系统任务可靠性分配

为解决执行航天测控任务的各设备存在复杂的时空关联、可视与信息关联等动态约束关系,使得航天测控系统任务可靠性分配建模和分析极其困难,同时模型求解效率低的问题,提出了自适应混合学习算法的径向基神经网络建模方法.算法通过训练样本相关性矩阵的主成分分析确定网络隐含层初始节点数;在此基础上,利用梯度信息衰减因子改进了迭代过程中网络参数的梯度信息计算方式,避免了学习过程早熟的不足,且加快了迭代收敛速度.最后,通过采集航天测控系统输入-输出数据,将自适应混合学习算法应用于参数训练,并给出了具体实现步骤.通过算例仿真,表明算法在解决航天测控系统任务可靠性分配问题时具有较高泛化能力和分配结果稳定等优点.      

Slowly varying bias of magnetometer based on orbit geometry

A new method is proposed to correct the induced magnetic disturbance using a set of measured magnetic field data from the three-axis-magnetometer on orbit. The magnetic field correction is based on the orbit geometry and its algorithm excludes the geomagnetic field model. The considered satellite is supposed to operate in the Earth-point mode and the Sun-point mode in accordance with the mission requirements. Particularly, the magnetic field correction is performed via static estimation based on an average method and dynamic estimation with an estimation law. Besides, the usefulness of the proposed method is investigated throughout both the simulation and the real telemetry data of KOMPSAT-1.