基于动态库的星载软件可重构设计与实现

针对卫星在轨运行、长期处于无人值守状态,主要依靠星载软件的安全性和可靠性来保证整星任务的稳定工作。复杂多变的空间环境可能会引起星载器件的异常变化,从而导致星载软件异常,甚至发生软件"衰老"。本文在分析现有可重构方案基础上,提出了一种利用动态库的静态链接方式实现在轨可重构的方案,针对存在软件缺陷,或者需要功能升级和拓展的模块,利用遥控上注手段,采用MD5算法对数据文件完整性校验通过后,写入文件系统,并对原动态库文件作备份处理,以便版本回退。以具体实例对本文所述方案的可行性和有效性进行验证,结果表明:在嵌入式操作系统架构下,利用本方案实现星载软件可重构,能够有效提升星载软件在轨实施可重构的可靠性和安全性,进一步为星载软件的扩展和灵活应用提供支撑。     

基于反熔丝型FPGA的有效载荷可重构技术

针对在轨卫星功能维护、扩展和更新的需求，设计一种星载FPGA可重构方法。通过硬件三模冗余、软件三模比对，提高星载信号处理FPGA配置的可靠性；通过地面向卫星配置FPGA发送擦除、写、读指令，实现星载配置数据存储FLASH芯片的擦除、写、读操作，从而实现星载信号处理FPGA的重构，进而可以实现有效载荷功能的在轨更新或升级，减少硬件重复开发，降低成本。     

基于1553B总线的星载嵌入式软件在轨升级方法

针对星载嵌入式软件在轨升级难的问题,提出了基于1553B总线的星载嵌入式软件在轨(线)升级方法.通过1553B总线接收升级程序、固化程序和升级程序分区独立存储、启动程序和应用程序互相配合的方式,实现软件升级、部分传输异常时补丁升级及升级异常情况下的版本回退.在某星载固态存储设备上对方法进行了试验验证,结果表明,方法可对...     

一种双通道星载AIS接收机研究

针对地面AIS设备覆盖范围有限，无法满足远洋航运船舶对AIS技术的迫切需求，提出了一种可搭载于低轨卫星的双通道星载AIS接收机，首先，针对低轨卫星的工作平台，分析了星载AIS接收机的链路、灵敏度指标和多普勒频移，得到了在低轨卫星平台上对AIS接收机的增益指标要求和面对的难题，由此开展了星载AIS接收机的方案设计，对其组成架构、硬件平台和解调算法进行了介绍，提出了一种双通道AIS接收机，可同时解调四个频道，硬件平台采用了可重构的思路，对AIS信号的解调算法进行了简单阐述。对工程实现产品进行了地面灵敏度指标测试，并搭载卫星在轨接收数据。结果表明双通道同时覆盖四频道的设计，增加了AIS信号的接收数据量，并且可重构的软硬件平台和先进的解调算法，降低了硬件开销，提高了可靠性，为星载AIS技术发展提供了参考。     

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。     

低轨卫星可重构通信系统设计

提出一种适合于在轨重构的低轨卫星通信系统软、硬件架构方案,从工程实施角 度探讨包括天线、RF前端和基带处理单元在内的可重构硬件平台、可重构策略与软件控制流 的可行性,分析了可重构卫星通信系统实现的关键技术。利用软件无线电技术,分析了基带 和射频前端分离,可裁减、复用式平台实现的基本路径,以及基带、射频天线单元重构的实 现方法。通过各常规通信模式射频前端和数字部分的灵活组合,同时支持多频点、多模式的 通信制式,达到节省硬件成本和提高系统灵活性的目的。最后研制了一个可重构卫星通信地 面测试原理样机,模拟了卫星有效载荷和地面通信站在IS-95体制下两种CDMA加密码字间的 动态重构,有效验证了本文提出的可重构策略的正确性与合理性。
     

星载GNSS接收机抗单粒子及干扰方法

针对星载GNSS接收机易受单粒子影响和地面干扰的问题，研究星载GNSS接收机抗单粒子及干扰方法。根据星载GNSS接收机在轨测试数据，分析星载GNSS接收机异常原因、机理，提出星载GNSS抗单粒子及地面干扰方法，可规避或检测GNSS异常并自动处置恢复。该方法已应用于某型号星载GNSS接收机，经过分析，结果表明：该方法可有效保障GNSS接收机正常工作，不影响卫星载荷任务，取得了良好的使用效果。     

一种SRAM-FPGA在轨重构的工程实现方案

针对航天器电子系统在实际工程中要解决的星载资源受限、长寿命、高可靠等特殊问题,文章提出了一种基于静态随机存取存储器型现场可编程门阵列(SRAM-FPGA)在轨重构的方法及工程实施方案,对如何保证数据可靠传输与可靠存储等关键问题进行了讨论,并且给出了在某卫星工程中的具体设计方案和在轨验证情况。结果表明,采取的重构设计圆满完成了目标FPGA的功能升级以及在轨实时刷新,工作稳定正常,可以为其他航天器电子系统设计提供参考。     

星载综合孔径微波辐射计冗余空间定标方法研究

星载综合孔径微波辐射计系统为了实现更好的辐射测量性能,在地面对通道间剩余相位通过相位定标实验进行测量,其结果用于亮温重构时对通道间剩余相位进行补偿。冗余空间定标方法基于自身阵列冗余基线信息,该方法无需额外资源支持即可对星载综合孔径微波辐射计系统定标,可作为一种在轨的验证方案对系统综合孔径微波辐射计系统通道间剩余相位进行评估。系统性的介绍了基于星载综合孔径微波辐射计系统观测到的场景,冗余空间定标方法以及对平坦场景提出利用模拟的平坦目标响应相位修正的方法,可在点源场景、平坦场景下利用冗余空间定标方法求解通道间剩余相位,并结合仿真验证该方法的可行性。     

面向任务约束的航天器姿控系统在轨重构算法

针对任务约束下的航天器姿态控制系统(ACS)在轨重构问题,提出了一种基于自适应动态规划(ADP)的在轨重构算法。首先,综合考虑航天器在轨任务约束条件设计效用函数和性能指标函数,获得离散Hamilton-Jacobian-Bellman(HJB)方程形式的最优重构策略。其次,采用执行依赖启发式动态规划(ADHDP)方法近似求解HJB方程,避免了直接求解HJB方程的"维数灾难"问题。通过简化设计ADHDP执行网络,提高了迭代训练速度;同时在训练中引入ε-greedy因子,避免了训练算法过早陷入局部最优解。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

Attitude control schemes for the first recovery mission of India

This paper describes the attitude control schemes for the various phases such as acquisition, on-orbit, orbit maneuver, de-boost maneuvers and coast phases of the India's first recovery mission Space Capsule Recovery Experiment-I (SRE-1). During the on-orbit phase, the SRE was configured to point the negative roll axis to Sun. The attitude referencing of SRE-1 was based on dry tuned gyros with updates from the attitude determined using on-board Sun sensors and magnetometer. For attitude acquisition, attitude maneuvers and for providing the velocity corrections for de-orbiting operations; a set of eight thrusters grouped in functionally redundant blocks were used. The control scheme with thrusters was based on proportional derivative controller with a modulator. In order to ensure micro-gravity environment during the on-orbit payload operations a linear quadratic regulator (LQR) based control scheme was designed to drive an orthogonal configuration of magnetic torquers which in turn produced three-axis control torque with the interaction of Earth's magnetic field. Proportional derivative control scheme with modulator was designed to track the steering commands during the velocity reduction as well as during the coasting phase of the de-orbiting operations. A novel thruster failure detection, isolation and reconfiguration scheme implemented on-board for the de-orbiting phase is also discussed in this paper.     

基于控制有效性因子的卫星姿态控制系统在轨重构容错控制

研究了在轨卫星姿态控制系统发生可修复性故障状况下的重构容错控制。首先在星敏感器对陀螺的标定模型中引入控制有效性因子，并利用二级卡尔曼滤波算法求解其值，以说明系统的控制有效程度。然后采用统计假设检验通过其幅值变化判断系统是否存在故障，当故障发生时，引入重构容错控制器对原控制器进行补偿控制。最后，建立卫星闭环姿态控制系统对算法进行了仿真验证，仿真结果表明该算法快速可靠，能够满足在轨卫星姿态控制系统故障状况下的性能要求。     

基于星上动态指令调度的卫星使用效能提升技术

针对传统任务管理模式采用静态约束指令序列导致卫星使用效能的不足,提出一种基于有向图模型的动态约束自适应任务管理方案。采用面向用户的星地任务控制接口,利用地面仿真和星上实时遥测获取任务运行过程的动态约束参数,星载计算机据此动态生成任务指令序列。针对某高性能光学卫星的仿真试验表明,与传统任务管理模式相比,卫星操作接口复杂度减少88.5%,任务注入效率提升699%,有效载荷数据传输效率提升10%,全球数据获取能力提升11%,对我国区域的实时数据获取能力提升100%。方案对遥感卫星在轨运行管理具有借鉴意义。     

基于MME/KF的电推进器推力在轨标定算法

为了确保小推力量级电推进器在轨工作的有效性,提出了一种基于MME/KF（Minimum Model Error/Kalman Filter）的电推进器推力在轨标定算法。该算法对推力标定过程为:首先使用飞轮产生一个已知的周期性力矩作用于卫星上,同时姿态控制器发送指令给电推进器来保持卫星的稳定;然后将陀螺仪数据代入MME算法中估计出卫星的角加速度,并利用KF算法实现电推进器在轨标定;最后进行数学仿真。结果表明该算法在常规推力下可以提高在轨标定精度,并且可以实现小推力条件下的在轨标定。     

星载软件在轨重配置中断处理机制研究

文章主要介绍星载处理器软件在轨重配置中断处理机制。首先说明软件在轨重配置功能的基本处理流程，接着重点分析了在轨重配置过程中两类中断处理机制，并给出了中断处理在轨重配置的实现方法。     

微小卫星三机异构一体化计算机设计

当前微小卫星的星载计算机与运载计算机多分别采用不同结构的计算机系统设计,导致资源浪费和运载计算机的可靠性较弱。文章提出了一种微小卫星一体化计算机的设计,即采用三机异构备份的设计方案。在发射运载阶段,以数字信号处理器（DSP）为核心的运载计算机作为主机,以高性能FPGA为核心的时变计算机作为备机;在在轨运行阶段,以ERC32处理器为核心的卫星平台计算机作为主机,时变计算机经重构后作为备机。此设计不仅提高了运载计算机的可靠性,而且对卫星平台电子系统在能源、热控、遥测遥控、有效载荷、姿态轨道控制等方面的综合管理能力也有全面提升,并且还具有灵活的扩展性和较强的适应性。     

航天器碰撞解体碎片分析软件SFA2.0及其应用

为了实现对航天器在轨解体事件及其碎片分布特性的快速分析,中国空气动力研究与发展中心(CARDC)开发了SFA(Spacecraft Fragmentation Analysis)软件。该软件主要基于CSBM航天器解体模型开发形成,同时集成了NASA的标准解体模型。SFA软件具有解体程度分析、解体碎片生成、碎片分布统计等功能,并可以实时显示计算结果、绘制统计曲线。文章着重介绍了SFA软件2.0版的功能模块、主要算法、界面及使用方法等,并针对Iridium 33-Cosmos 2251碰撞、Solwind P78航天器解体等在轨事件进行了分析。