批产卫星验证技术分析

为解决批产卫星验证方法和流程的优化问题,首先通过对国外批产星座验证技术的调研分析,梳理出批产卫星验证策略的特点.其次,从验证基线、验证方法、验证装配级、验证理念等方面开展研究,总结批产卫星验证设计的技术要点.最后,从完善批产验证标准体系、制定并实践合理高效的批产验证策略、加强商用现货(COTS)技术应用可靠性保证、强化...     

导航星座自主导航的时间同步技术

导航星座自主导航能够有效地减少地面测控站的布设数量,减少地面站至卫星的信息注入次数,降低系统维持费用,实时监测导航信息的完好性,增强系统的生存能力。卫星时间同步是实现导航星座自主导航的关键技术之一,而星载原子时钟的频率稳定性能直接影响着卫星时间同步精度。本文基于星载原子时钟频率稳定性的Allan方差表达,建立系统状态方程,并以星间双向测量伪距差作为基本观测量,组成系统测量方程。从而,可以设计适用于导航星座卫星时间同步的Kalman滤波算法。系统仿真结果表明:通过滤波处理星间双向测距数据,不断地更新卫星时钟参数,能够实现星座卫星自主高精度时间同步。     

非静止轨道通信卫星星座间同频干扰概率分析

随着全球非静止轨道（non-geostationary orbit,NGSO）通信星座系统的大规模部署及应用,使用相同频率的星座系统之间存在着相互干扰的风险。NGSO系统间同频干扰概率的有效评估方法及合理评价指标是评估干扰风险及设计规避策略的基础,通过分析星座构型与地面站可视空域内卫星出现概率分布特性的关系,利用地面站接收端干扰噪声比保护阈值,建立了概率评估参数指标,并以OneWeb系统、O3b系统以及SpaceX系统为例,分析了全球范围地面站不同NGSO系统间发生有害干扰的概率分布特性。当系统间卫星出现概率分布趋同,会使有害干扰概率增加;反之,不同NGSO系统卫星在可视空域出现概率分布的较大差异会有效降低有害干扰概率。     

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。     

小卫星星座批产研制模式设计与实践

为适应低轨小卫星星座体系化应用需求,设计、实践出一套面向批产的小卫星研制模式。某批产小卫星星座通过整星仅一次合板即最终状态,产品交付即落焊,裁剪、简化环境试验,投产管路模板实现卫星结构装配与管路焊装并行实施,发射场带翼运输,全无线测试等批产创新策略,构建了小卫星批产体系,实现了年出厂20颗以上500 kg级小卫星的能力,为建设高密度小卫星星座奠定了基础。批产策略与方法均经实际验证,与传统小卫星研制相比,将批产星总装、集成与测试（AIT）周期由1年以上缩减为3个月以内,将发射场工作周期由35～50天缩减为20天,实现了快速研制、快速发射与快速在轨应用,有效促进了低轨小卫星星座高效规模化部署。     

低轨Walker星座构型演化及维持策略分析

针对低轨(LEO)Walker星座构型维持问题，分析在地球非球形引力和大气阻力摄动下卫星的运动规律及星座构型演化特性。结果表明，低轨Walker星座构型发散主要体现在由初始轨道参数不一致引起的轨道高度衰减和相位漂移，国内首例低轨Walker星座实测轨道数据验证了理论分析的正确性。结合星座任务特性与构型发散特点，提出了基于基准卫星的相对相位维持策略，选取一颗卫星作为基准卫星，使星座中其它所有卫星相对于基准卫星的相位漂移量累加值最小，通过对目标卫星实施一次相对基准卫星的轨道高度抬升/降低，维持星间的相对位置关系。实际工程应用表明了此策略的有效性，不仅降低星座构型维持的复杂度及频次，节约燃料，且轨控时间短，为我国今后卫星星座的构型维持提供参考。     

一种卫星导航SoC芯片系统级仿真设计方法

提出一种适用于卫星导航SoC芯片的系统级仿真验证方法,阐述具体实现方案,并给出最终仿真结果。仿真结果表明,该系统级仿真验证方法能有效提高仿真覆盖率,更真实地反映卫星导航SoC芯片的工作细节,帮助设计者尽早发现卫星导航SoC芯片原型设计错误,有效降低流片风险。     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

星座导航与控制分布式仿真系统设计

基于HLA/RTI和STK,设计了卫星星座导航与控制分布式仿真系统.仿真系统中每颗卫星均由单独的计算机模拟,可真实地反映星座的运行情况,更好地模拟星间链路;卫星轨道精确外推、星间链路优化、基于基准星和星间距离测量的分布式导航以及基于相对轨道根数的星座绝对站位保持等关键技术也融入到系统中;仿真系统还具有直观的二维、三维场景和曲线动态可视化演示功能.结合具体的WaIker星座实例,仿真星座稳定运行180天,系统运行结果表明所设计的仿真系统及采用的关键技术能够满足仿真与评估的需求.另外,在一定程度上该仿真系统还支持其它卫星星座的仿真与评估.     

国外主要低轨互联网卫星星座进展及启示

正低轨道卫星系统是由多个卫星构成的可以进行实时信息处理的大型卫星系统,其中卫星分布称为卫星星座。最早提出并被人熟知的通信卫星系统是20世纪90年代的"铱"星座。近年来航天技术发展迅速,小卫星技术及运载火箭重复使用技术日趋成熟,使得卫星部署成本大幅降低。2012年创立的一网(OneWeb)公司,通过建立低轨互联网卫星星座来解决广大亚、非、拉地区没有互联网接入而造成的"数字鸿沟"问题。     

小卫星和通信卫星星座技术特征分析

介绍了小卫星的发展情况和特点 ,给出了小卫星星座的概念和星座的主要设计参数 ,指出了编队飞行和组网技术在应用方面面临的挑战。然后分析了最新发展的通信卫星星座技术和星座卫星通信系统的设计原则 ,对中、低轨道星座系统进行了综合分析 ,并在此基础上进一步提出若干低轨道星座组网方案。最后指出了小卫星组网的若干关键技术及发展趋势。     

串联模块式航天器基频分解技术研究

针对串联模块式卫星设计过程中整星频率指标难以分解为单个模块动力学特性指标的问题,基于瑞利商理论建立了3种极端状态下的理想模型,结合理论证明、解析计算和参数化建模仿真,提出了一种基于理想模型的串联模块式卫星一弯、扭转、纵向基频的分解方法,并给出了分解的具体步骤,经过卫星模型仿真验证,评估其误差约为15%。该方法可为优化卫星平台结构设计,降低设计成本和设计风险提供有效支持。     

壁挂式主频可调变截面小卫星结构设计与验证

针对多星并联布局“一箭多星”发射小卫星的模式，为降低星箭连接界面结构受力、提高卫星结构对不同运载火箭的主频适应性、提高星内设备安装空间利用率，本文设计了一种壁挂式主频可调变截面小卫星结构。对该卫星结构，开展了基于有限元方法的模态和静力分析验证，还开展了地面鉴定级振动试验验证和在轨飞行试验验证。分析和试验结果表明，壁挂式卫星结构相比底部连接式卫星结构，星箭连接界面受力可降低67.7%；在不增加卫星结构质量的前提下，仅通过安装或拆卸主传力路径上的部分连接螺钉，就能实现卫星3个方向一阶频率10 Hz左右的可调范围；采用沿运载火箭轴线方向横截面大小可变的变截面结构设计，可将星内设备安装空间的利用率由等截面卫星结构的49.1%提高到74.2%。     

基于低轨全覆盖卫星星座的反向缝建链策略

低轨卫星星座的拓扑设计是天地一体化网络部署中较为重要的一环。在低轨卫星网络中，如何设计星座拓扑来提升卫星网络的稳定性与传输性能，是亟待解决的问题。提出一种基于轨道覆盖带方法的低轨持续全覆盖卫星星座设计方法，通过该方法构建低轨卫星星座，满足覆盖性能，可有效减少卫星切换的次数。基于构建的星座拓扑，制定邻轨k最近邻星的反向缝建链策略，优化设计链路长度和链路持续时长，获取网络传输性能与稳定性的平衡。仿真结果表明:通过上述方法设计出的星座，在满足对地持续全覆盖性能的情况下，相较于轨道覆盖带方法切换次数减少10%;邻轨k最近邻星策略相较于最短建链策略，拓扑稳定性能提升79.62%，使网络拓扑稳定性与传输性能达到更优的平衡。     

卫星星座系统多学科设计优化研究

分析了卫星星座系统设计包含的星座设计、卫星设计、发射选择等学科之间的耦合关系，特别是卫星各分系统之间的耦合关系，建立了包括发射费用分析、成本分析在内的卫星星座系统多学科分析模型。在此基础上，采用分布式协同进化MDO算法，将星座设计优化和卫星的设计优化在自治基础上充分协同，对一个同时包含离散／连续设计变量、需进行星座结构和参数同时优化的虚拟的海洋监视卫星星座系统进行了多学科设计优化。算法对离散设计变量采用二进制编码，连续设计变量采用实数编码，并分别采用相应的进化算子。采用最大长度编码，根据一定的规则确定基因的显性和隐性，来处理结构和参数同时优化引起的设计变量维数可变的问题。设计结果显示了多学科设计优化的优势和分布式协同进化MDO算法对卫星星座系统这样的复杂多学科设计优化问题的有效性.     

一种基于球面剖分的星座性能分析方法

在卫星星座优化设计与性能分析过程中,根据球面Delaunay三角网和Voronoi图的特性,首先研究了任意状态下星座空间几何构形划分方法,定义了卫星所属覆盖区域。然后,通过分析卫星星座和地面目标区域之间的几何关系,提出了星座对任意类型地面目标的最小观测仰角和平均观测仰角的确定性计算方法。在此基础上,分析了基于星座空间几何构形划分的卫星系统网络的时变特性,提出了星间通信链路快速建立方法。最后,以铱星系统为例,分析了该系统的对地覆盖能力和星间链路通信能力。实验结果表明该方法不仅可以准确、快速的评估卫星系统应用效能,同时能够为星座优化设计人员提供必要的决策支持。     

硬X射线调制望远镜卫星及有效载荷环境条件设计与试验验证

分析了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星及有效载荷特性,采用基于"下凹"控制策略的环境条件制定方法,有效降低有效载荷界面振动力学环境条件达57%,避免了有效载荷"过设计";提出了有效载荷部件级试验与整星级试验相结合的考核方法,避免了有效载荷"过试验"的风险;针对HXMT卫星研制特点提出了整星级环境试验方案。通过卫星系统级环境试验及在轨飞行验证表明:卫星环境条件设计正确、试验设计合理,达到了考核卫星设计的效果。     

未来“拼”星去太空

小卫星在各领域得到广泛应用,从单颗小卫星,到小卫星星座和分布式小卫星系统编队飞行,从小卫星采用全新的推进剂等先进的技术,到采取创新的设计思想,未来小卫星将有优于大卫星的功能和成本效益,其发展前景将无法估量。     

满足网络测控的小卫星星座组网与路由方法研究

给出一种不依赖于中高轨道卫星作中继而只依赖星座自身星际链路实现卫星组网的方法,以满足通过星座自身完成网络测控;使用STK进行了星座设计,使用OPNET进行了星座与地面测控站的仿真建模;给出满足网络测控路由算法;并通过仿真实验验证了组网方法和路由算法,能够满足小卫星星座网络测控功能.     

萨里公司规划微小卫星灾害监视网

英国萨里卫星技术有限公司在小卫星设计方面处于世界领先位置。目前该公司正在最终敲定其基于微小卫星的全球灾害预警网络计划。这个网络称为灾害监视星座（ＤＭＣ），其中很可能将包括属于中国的一颗卫星。这些卫星将运行在离地６８６公里的轨道上，提供每景图像的费用只有５美元。该星座的建成有望对低成本、高分辨率小卫星成像系统的发展起到推动作用。 为了保证能频繁重访同一地区和快速得到与灾害有关的数据，以便对灾害做出快速反应，灾害预报和减灾卫星系统需要由多颗卫星组成网络。使用传统的大型卫星组网，其成本将非常之高，因而…