一种集成化的卫星PCM测控与时间同步性能测试系统设计

卫星平台电子系统中遥控、遥测与时间同步性能的优劣关系到卫星安全与实用效能。针对以往平台电子系统对接采用单机自检设备,存在设备零乱、软件系统性较弱的缺点,设计开发了一套集成化的应用于卫星系统级测试的PCM测控与时间同步性能测试系统。系统具备适应不同PCM测控码率与格式要求的能力,可无缝集成功能丰富的综合测试软件,完成测控数据处理,并基于触发时间锁存原理,实现了高精度的卫星时间同步性能测试。     

在轨地球同步卫星自主工程测控研究

地球同步卫星在轨工程测控任务通常由地面测控系统完成. 随着技术水平的发展, 如果在轨地球同步卫星能够实现自主工程测控, 将大大减轻地面测控系统负担, 提高卫星独自生存能力, 降低系统运行成本, 并将成为卫星测控技术新的发展方向. 本文提出卫星自主在轨测控方案, 研究了当前地球同步卫星在轨工程测控的主要项目及实现算法. 对其进行的可行性分析表明, 尽管受到轨道测量能力的制约, 在轨地球同步卫星仍可实现完全或地面有限参与情况下的自主工程测控. 在此基础上, 设计了一种地球同步在轨卫星完全自主工程测控的原理方案, 通过分析其技术难点及存在的风险, 提出应对措施. 研究结果表明, 基于目前卫星制造水平和成熟的在轨测控技术, 实现在轨地球同步卫星自主工程测控技术可行, 其是解决卫星数量急剧增加与地面测控能力有限这一突出矛盾的有效途径.      

中继卫星支持海量航天器在轨测控技术

目前中低轨的卫星在轨测控主要基于地面测控设备,当管理的在轨卫星数量持续增加时,需要不断地建设新的测控站或增加测控设备,同时由于地球遮挡限制,一个地面测控站的测控范围只占一颗卫星运行弧段的很小部分,集中在国内建设的地面测控站无法解决轨道全弧段覆盖难题。地球静止中继卫星系统的高覆盖特性和多址服务能力为近地卫星在轨测控提供了空间和频域的多重复用能力,文章从中继链路性能、多目标服务项目、多目标服务能力、覆盖特性等方面进行了详细分析,结果表明在现有的管理模式下,3颗具有多址能力的中继卫星就能管理中国目前在轨的和今后一段时间发射的所有近地卫星,这将显著降低在轨卫星对地面测控设备的需求。同时,中继多址测控服务模式可以克服现有在轨卫星管理时间域集中和应急能力差的缺陷,为卫星用户提供更多的服务手段,满足不同在轨卫星管理和使用要求,大幅提升在轨卫星的安全性和使用效率。     

用于卫星入轨段测控的箭载天基测控中继系统

为满足卫星入轨段关键遥测参数下传和遥控指令上传的需求,设计了一种用于卫星入轨段测控的中继系统,方案主要基于火箭现成天基测控终端和卫星现成测控设备。介绍了中继系统的组成、工作原理和工作流程,研究了天基测控相控阵天线波束指向算法,设计了一种卫星遥测、遥控信号中继功能的地面测试系统。该箭载中继系统在快舟一号甲火箭上完成了两次飞行试验验证,两次飞行试验中继转发的卫星遥测数据完整,箭载卫星通信终端接收用户卫星遥测数据的载噪比大于20dB;地面测控中心接收天基遥测返向信号比特信噪比相对接收门限有3dB以上的余量。试验表明,该箭载天基测控中继系统通信链路余量充足,工作可靠,相比通过地面测控资源保障或卫星自身使用天基测控可节省一半以上成本。     

测控装备机内测试设备计量校准技术研究

研究测控装备机内测试设备计量校准方法，获取机内测试设备技术状态的准确信息，是确保测控装备量值准确可靠的基础。以系统理论为指导，研究测控装备机内测试设备的工作运行机理和计量校准方法，选取某型测控装备，分析其技术要求、确定校准点、校准接口和校准设备，明确计量校准项目和参数，对提出的测控装备机内测试设备计量校准方法进行实验验证，为今后开展机内测试设备计量校准提供了方法和依据。     

计算机辅助卫星飞行程序设计

在分析卫星飞行程序设计数据流程的基础上，建立了完整的数字仿真软件系统，主要内容包括卫星轨道计算，太阳位置计算，卫星测控弧段与地面站测控条件和星蚀区计算等。按照飞行程序的设计需要制订和优化了系统的数据输入输出界面。本文分析了飞行测控事件的描述法测，通过引入广义的设备概念和破坏概念，解决对飞行测控事件安排的选择和重复问题，实现了对被描述工程所有可能的工作进程的计算机自动安排。     

同步气象卫星系统

同步卫星用于气象观测具有特殊的功能,这种功能是使用极轨卫星和常规气象观测站无法达到的,尤其是在预报飓风一类的热带风暴方面最为显著。美国、日本和西欧各国对于发展同步轨道的气象卫星有极大的兴趣,至今已形成全球性同步气象卫星网,提供着大量宝贵的气象和军事情报。同步气象卫星系统是一个综合性和多功能的气象资料收集系统。它不仅通过卫星拍摄大气云图,而且转发和广播地面收集的气象资料。此外,系统本身还要完成卫星的定轨和测控工作。本文对同步气象卫星系统的设备组成及承担的任务作了说明。文章的最后一部分叙述了各种信号的传输途径、调制体制、基带形成及射频带宽等,且着重介绍了图象数据传输、同步和数据传输。     

造福百家的"中巴地球资源卫星"

□□2003年，中国将发射中巴地球资源卫星－2。它与中巴地球资源卫星－1基本相同，属于中巴第1代地球资源卫星。中巴第2代地球资源卫星—— 中巴地球资源卫星－３、４的方案论证也已经完成。 第1代“中巴地球资源卫星”公用平台能适应多用途太阳同步轨道卫星，具有较高自主能力和高精度的姿态控制系统以及适应变轨能力的轨道控制系统。其太阳电池阵能单翼也可双翼，以适应不同需求的能源。平台中心承力筒可以装配500～1 000kg的有效载荷，采用了S波段统一测控和超短波测控方式，星载数据管理系统能适应不同卫星的整星信息管理要求，并可以…     

双向时间同步系统的设备时延校准技术研究

设备时延校准误差是卫星导航系统中伪码测距实现双向时间同步的重要误差因素,其精确校准是实现时间同步的关键技术。针对设备时延问题展开研究,提出了一种物理含义清晰、易于测量的设备时延的新定义。设计实现了一种双向时间同步系统的设备时延校准方案,基于时间同步站硬件平台验证了设备时延校准的有效性,试验结果表明时延校准的精度与准确度达到了亚纳秒量级。     

卫星高功能密度综合电子系统设计

微小卫星综合电子系统承载了卫星大部分功能，是卫星任务处理和控制的中心，未来新的智能化应用、星群应用、通信服务等需求也将由卫星执行，对综合电子系统提出了新的要求。分析了国外典型小卫星综合电子系统，具有功能综合度高、多数功能集中在一台计算机中、卫星功能软件化的特点。设计了基于软件定义的综合电子系统一体化结构，硬件采用高度集成的模块化设计，软件采用分层和组件化设计，将系统功能进行分层，通过软件定义组件的方式实现各层功能和业务。高功能密度综合电子系统由一个通用化的高性能硬件平台和各种可加载的APP软件组成，除传统功能外，还可扩展自主任务管理、星间组网和载荷管理等功能，不仅使卫星的集成度和功能密度大幅提升，还能实现卫星功能重构，达到一星多用、一星多能的目的，有利于紧急时期卫星系统快速构建与应用，对于未来星座组网应用也具有一定意义。     

基于BM3803的1553B总线通信软件设计

在某卫星地面检测设备中使用BM3803处理器来模拟卫星中的总线控制端对远程终端进行检测,构建了比传统的Windows+1553B_PCI板卡方案实时性更强的卫星数据仿真平台。首先向BM3803移植了实时操作系统μC/OS II,设计了适用于BM3803的板级支持包,保证了软件的可在轨更新和任务的实时性,确定了用户任务与硬件高度分离的软件结构。在设计μC/OS II的用户任务时,充分利用BM3803和B61580的校验功能,提高了软件的可靠性。最后令本设计和Windows+1553B_PCI板卡方案完成相同的用户任务,对比可得本设计有更好的实时性,可满足卫星高层通信协议对实时性的要求。     

Analysis of BDS-3 distributed autonomous navigation based on BeiDou system simulation platform

Satellite autonomous navigation is an important function of the BeiDou-3 navigation System (BDS-3). Satellite autonomous navigation means that the navigation satellite uses long-term forecast ephemeris and Inter-Satellite Link (ISL) measurements to determinate its own spatial position and time reference without the support of the ground Operation and Control System (OCS) for a long time to ensure that the navigation system can normally maintain the time and space reference. This paper aims to analyze the feasibility of distributed autonomous navigation algorithms. For the first time, a ground parallel autonomous navigation test system (GPANTS) is built. The performance of distributed autonomous navigation is then analyzed using the two-way ISL ranging of BDS-3 satellites. First, the BDS simulation platform and the GPANTS are introduced. Then, the basic principles of distributed satellite autonomous orbit determination and time synchronization based on ISL measurements are summarized. Preliminary evaluation of the performance of the BDS-3 constellation autonomous navigation service under ideal conditions through simulation data. Then the performance of autonomous navigation for 22 BeiDou-3 satellites using ISL measurements is evaluated. The results show that when satellites operate autonomously for 50 days without the support of any ground station, the User Range Error (URE) of autonomous orbit determination is better than 3 m, and the time synchronization accuracy is better than 4 ns.     

BIT技术在星载电子设备的应用

在调研国内外最新BIT技术发展的基础上,对该技术在星载电子设备应用的必要性及可行性进行分析,并利用分级思想构建适合星载电子设备的BIT测试体系,为星载电子设备的可测试性发展提供了一种思路.     

基于电子数据存储技术的微机化遥测处理系统

通过对某一高码速率光纤遥测系统中数据格式、码速率、数据容量、数据存储宽度、数据存储速率等特点的研究，提出了一种基于大容量电子数据存储器的微机化遥测处理系统，对存储的大容量数据阵列中的帧码识别、分路控制方法进行了讨论，并对受干扰数据处理时帧同步码检测的检测门限和同步对策参数进行了分析，最后给出了整个微机化的大容量遥测数据处理系统的软硬件设计方法，通过在６．５ＭｂｐｓＰＣＭ系统下的运行实验表明，整个方     

星载电子器件用空气射流散热特性

在前期设计卫星大功率电子设备地面测试用通风散热系统的基础上,对系统散热性能进行了优化设计,对不同结构参数下电子器件的空气射流强化散热开展了数值仿真.研究结果表明系统中喷嘴出口直径、喷嘴出口至换热面距离、射流倾斜角以及喷嘴出口风速等参数对散热性能均有直接影响,并给出了定量的无量纲参数优化设计结果.该结论也可应用于表面热流密度为1 kW/m2级电子器件散热的优化设计,并为星载大功率电子设备对流式热控系统设计和地面测试提供技术参考.      

基于光纤双环网的高精度时频同步技术研究

本文介绍了一种基于光纤双环网的时频同步技术设计方法，针对时频设备协同使用时如何获得高精度同步指标这一问题提出了一种设计思路。以系统时间源使用北斗/GPS/GLONASS，本系统同步精度优于5E-13，频率稳定度优于5E-13@1d；以UTC(BIRMM)输出的TOD+1PPS做系统时间源，本系统同步精度优于4E-13，频率稳定度优于6E-14@1d。本方案提出的方法原理简单，系统可根据使用情况进行裁剪，相比卫星双向等手段成本低廉，适合在时频同步领域推广。     

星地激光时间比对在卫星导航系统中的应用

星地精密激光时间比对具有精度高、系统误差少等优点,因此利用星地精密激光时间比对,不但可以对无线电时间比对进行外部精度检验,而且可以检验并分离无线电伪距测量的系统误差,分析检测设备时延的不稳定性和卫星钟的中短期性能指标,提高卫星钟差的预报精度。     

基于CAN总线的控制系统地面仿真测试平台研究

针对采用CAN总线进行数据传输的小卫星和运载火箭控制系统开展地面仿真测试评估研究。基于CAN总线和以太网构成总线网络,构建卫星和运载火箭控制系统地面仿真测试评估平台,给出总线上各仿真节点和实物节点的软硬件设计方案,设计了机内测试模拟方案。仿真验证分析表明,利用该平台可以对卫星和运载火箭控制系统信号、总线运行情况、控制周期和网络时延等进行正确分析,为卫星和运载火箭控制系统方案评估、控制方法和快速测试方法研究等提供理论依据和技术支持。