DFH-2A国内通信卫星天线系统

叙述了为国内电信服务的机械消旋卫星天线系统.该天线系统包括三部分:全向遥测遥控天线组件,定向通信天线和三信道无接触旋转关节.遥测遥控天线为双圆盘天线,辐射全向性方向图,圆极化.通信天线是收发共用单喇叭馈源偏置椭圆抛物面天线,辐射一个5°×8°的椭圆波束,恰好覆盖中国本土.三信道无接触旋转关节是一个同心三同轴线结构,形成三路传输信道.各同轴线旋转连接处有扼流槽.各信道的插入损耗为0.6～0.8dB,信道之间隔离优于50dB.     

GSO卫星系统布设中的通信干扰评估方法

针对地球静止轨道（GSO）卫星系统在卫星和地球站布设中的同频干扰评估问题，设计了地球站及卫星的全球分布对下行和上行通信链路的干扰评估场景，以及考虑波束业务特征影响的多条链路的集总干扰场景，构建了不同场景下的干扰评估和分析计算的模型，提出了一种基于干扰函数极值的评估方法。所提方法通过建立干扰系统地球站的随机分布集合和受扰系统的干扰函数，结合国际电联（ITU）提供的全球地形数据、天线波束参数、电磁波传播模型，能够实现对2个GSO卫星系统间的卫星轨位和地球站布设的定量化计算分析。采用所提方法对位于47°E±6°的GSO卫星系统、位于（23°N，26°E）地球站的同向下行链路，以及位于（23°N，26°E）的地球站对26°E±6°的GSO卫星系统的同向上行链路的干扰情况进行了定量化计算。结果表明:在卫星轨位间隔为2°时的干扰噪声比值为-12.29 dB，与ITU建议书中规定的-12.2 dB的限值之间的误差为0.7%，证明了所提方法的有效性和可行性。所提方法还可以统计GSO卫星系统在任意角度间隔和全球布设场景下的干扰分布情况，对于干扰评估和规避措施的制定具有一定的借鉴意义。      

空间惯性定向姿态卫星数传链路设计

对于采用空间惯性定向姿态的卫星,其在数传设备工作期间不能保证固定安装在星体上的发射天线波束准确指向地面站,这给有效载荷高速数传提出更高技术要求. 研究了这类卫星在轨运行时其姿态相对地面站的变化规律,利用STK软件提供的卫星轨道仿真分析结果,寻找数传天线波束中心轴的较好指向,得到不同天线波束宽度能够实现的卫星对地数传时间. 通过研制140°波束范围内0dBi增益天线,在链路设计上保证了传输速率85Mbit·s-1时有足够的余量. 在星载设备小型化约束（质量10kg、功耗80W）条件下,采用小型化宽波束天线以及固态功放解决了空间惯性定向姿态卫星的有效载荷数据传输问题,设计方案满足相关任务要求.      

一种新型路径共享真时延波束合成架构的设计

为满足宽带天线通信系统多输入多输出的要求,提出了一种新型路径共享真时延波束合成架构。通过真时延单元提供的一定延时差弥补信号到达天线的时间差,合成多路信号来提高输出能力。相比于传统的波束合成架构,该架构通过真时延单元共享,节省芯片面积。该架构具有中心对称性与可扩展性,可支持2M个输入和2K个输出。基于HHNEC 0.18 μm CMOS工艺设计四入四出波束合成器单元,对提出的架构加以验证。仿真结果表明,工作频带为0.5~1.5 GHz,延时分辨率为80 ps、最大延时为720 ps。在天线间距为10.5 cm的情况下,能够提供±43°和±13°四个扫描角度。输入输出回波损耗≤-10 dB,带内整体增益为约26 dB,增益平坦度≤3 dB。版图面积（包括I/O焊盘和ESD）为3.69 mm×3.62 mm。      

雷达波束驻留模式下空间碎片数量的置信区间估计

碎片数量估计是空间碎片环境统计特征描述的重要内容之一,对于空间碎片环境模型验证、航天器碰撞风险分析以及碎片数量增长趋势预测有重要意义.针对波束指向正东、正南任意仰角的雷达波束驻留(Beam-park)模式(天顶指向是波束指向仰角为90°时的特例),给出了一种估计碎片数量置信区间的方法.对于给定轨道高度范围内一个具有穿越雷达波束可能性(即雷达散射截面足够大,且轨道倾角相对测站纬度足够大)的碎片,将其是否真正穿越波束这一随机事件用(0-1)分布来建模,根据所采集的轨道高度和倾角数据,计算出该轨道高度范围内碎片穿越波束的平均概率,进而采用中心极限定理来估计碎片数量的置信区间.仿真结果表明了方法的有效性.      

章动目标接触消旋的特征模型控制

针对含有模型不确定性的章动非合作目标接触消旋问题，提出一种基于特征模型的双通道自适应控制方法。利用接触碰撞时的几何关系和线弹性接触力模型建立消旋系统动力学模型；分析目标自由运动特性，设计分离式消旋策略；构建描述章动目标消旋系统三轴角速度特性的特征模型，计算特征参数表达式；设计基于特征模型的双通道自适应控制器。仿真实验结果表明：所提方法通过在线估计特征参数，有效克服了消旋系统不确定性因素的影响，消旋后剩余角速度小且消旋速度快。     

基于优化的羽流撞击消旋技术瞄准策略设计

针对自由翻滚目标卫星的消旋问题,使用化学推力器羽流撞击的方式进行消旋具有较高的可行性和安全性。当目标太阳翼法线与星本体自旋轴存在一定夹角时,需要对消旋推力器的瞄准策略进行设计,以提高控制精度和系统效率。目前国内外对于一般情况下瞄准策略的设计仍存在空白。基于参数化羽流撞击模型,对空间目标的动力学特性进行分析并给出典型工况,分析了羽流撞击力对相对位置姿态的敏感性,得到了瞄准策略设计的一般性准则,在此基础上设计了瞄准策略优化模型的完整表达。仿真计算表明,该瞄准策略适用于太阳翼法向相对期望消旋力矩方向存在一定夹角的情况,并且在保证力矩幅值较大的条件下令精度达到10°以内。该方法适用于太阳翼相对自旋轴倾斜和存在章动运动的目标卫星,从而为服务平台控制系统设计提供支持。     

交变电磁消旋过程中径向共线构型编队的附加力策略研究

高速运动的失效卫星等空间目标会威胁在轨卫星的安全，高效清除这类优先级高的目标的研究成为必然趋势。通过探讨不同消旋方法，提出一种基于非匀强磁场的径向分布电磁消旋编队策略，将旋转目标在非匀强交变电磁场中产生的电磁力视为控制力，通过位置调节控制电流，并利用数值模拟方法验证可行性。仿真结果表明，通过距离反馈控制电磁线圈的输出电流能在电磁消旋过程中减小电磁卫星与消旋目标的相对距离变化幅度，减少推进剂消耗，验证基于非匀强磁场的径向分布电磁消旋编队实现无推进剂消旋策略的可行性。     

基于频域LMS的自适应波束形成算法

在分析传统自适应波束形成的基础上,提出了一种基于频域最小均方(LMS)的自适应波束形成算法。该算法先对输入信号进行FFT变换,再通过LMS算法实现了频域上自适应波束形成。FFT变换后信号为稀疏矩阵,自相关下降,LMS算法收敛速度提高;理论分析和仿真结果表明了该算法收敛速度较快、性能较好,且计算量较少,易于实时实现,而且文章提出的波束形成算法对相干信源具有鲁棒性。     

空间旋转目标消旋力矩仿真分析

针对提高空间旋转目标消旋效率的问题，使用电磁场软件MAXWELL对球壳的消旋力矩进行分析。设计并建立了二维亥姆霍兹线圈仿真模型，并对仿真模型进行有效性验证，使用验证后的仿真模型分析了单因素影响下的球壳消旋力矩变化情况，进而对现有的球壳消旋力矩解析式进行修正。仿真结果表明，现有的球壳消旋力矩解析式有其适用条件，适用于厚度与半径之比小于0.023的球壳，新的球壳消旋力矩解析式与原有解析式相比计算误差更小。      

Advances in auroral imaging from space

Space imaging of the aurora provides unique quantitative information on the instantaneous global distribution and pattern of the aurora - a direct result of particle acceleration and precipitation processes occurring throughout the magnetosphere. Techniques for imaging from space have usually involved systematically scanning a detector across the earth using some combination of satellite motion and spin, scanning mirrors, and/or electronic scanning. The recent advent of CCD image sensor arrays opens up possibilities for vastly improved sensitivity and resolution in satellite imagers, although scanning systems retain significant advantages in situations where scattered light is a problem and where narrow band optical interference filters are needed.A new type of imaging instrument being built in Canada for the Swedish Viking satellite will employ a two-dimensional CCD array detector which is fibre-optically coupled to a micro-channel plate intensifier. It will produce images of low light level auroral emissions at the rate of one image per spin of the satellite (20 seconds). The instrument operates in the vacuum ultraviolet and uses a fast inverse Cassegrain optical system. Charge is shifted in the CCD imaging array in synchronism with the moving image so that exposure times of approximately one second will be achieved.     

卫星锐波束天线指向算法及仿真

推导了卫星锐波束天线指向算法,给出了简化计算模型和仿真结果。文章所给出的天线指向算法是在已知卫星轨道和姿态的基础上,计算锐波束天线指向点二维转动角度的公式,实现卫星动态过程对指向点的保持;通过仿真给出指向点精度和姿态精度的关系,给出自主生成控制函数的简化模型,同时也验证了该算法的正确性,算法可作为星上自主计算的依据。     

Spectral response of Experimental Geodetic Satellite determined from high repetition rate SLR data

The design of the retroreflector array (RRA) of the fast spinning Experimental Geodetic Satellite (Ajisai) allows to determine orientation of its spin axis by means of frequency analysis. Moving spectral analysis (MSA) of the simulated Satellite Laser Ranging (SLR) data gives information about frequencies which can be obtained for the whole range of the incident angle between the laser beam vector and the spin axis of the spacecraft. This frequency signal changes as the incident laser beam crosses consecutive rings of the RRA.     

快响SAR卫星零多普勒波束中心姿态机动策略研究

传统偏航牵引方法采用惯性系下卫星轨道6要素推导得出姿态机动参数,在此方法中仅控制卫星主轴方向多普勒频率为0Hz,无法补偿SAR天线安装偏差和波束在天线内的方位距离向离轴角引起的斜距偏差和多普勒频率偏移,不能满足SAR系统时序设计需求和快响SAR卫星在轨实时处理器性能要求。因此,提出了地心固定坐标系中SAR天线波束指向零多普勒面内目标方向的姿态机动策略,使快响SAR卫星在轨实际波束中心多普勒频率为0Hz。该策略首先计算了基于场景目标的SAR总体设计的精确时序参数和观测参数,然后在地心固定坐标系中建立了波束中心多普勒频率为0Hz的SAR天线波束三轴指向模型,推导得出卫星三轴指向和姿态机动参数,并通过Matlab对该策略进行了仿真验证。结果表明,该策略可将多普勒频率由地球自转引起的29kHz、天线与卫星安装偏差引起的360Hz和波束方位向离轴角引起的3950Hz补偿至0Hz,同时将由天线与卫星安装偏差和波束距离向离轴角综合引起的波束中心偏离目标的斜距偏差6.28km补偿至米的量级。     

星上运动部件对气象卫星姿态影响的研究

以中国下一代静止轨道气象卫星为对象,分析了有效载荷扫描镜运动和太阳翼步进运动对卫星姿态的影响。结果表明,有效载荷的正常扫描运动和太阳翼的步进运动对卫星姿态的影响很小,但有效载荷的黑体校准运动对卫星姿态的影响很大,必须进行补偿控制,否则卫星有效载荷扫描镜的指向精度无法满足设计要求。     

在轨地球同步卫星轨道控制参数计算及工程实现

在轨地球同步卫星轨道控制包括东西、南北控制和位置漂移三个部分.分别针对这三种情况,从工程实用角度出发,给出了选择目标参数方法、控制参数计算公式和具体实施策略.以自旋卫星为例,分析了控制效率,提出了一种新的东西控制参数计算方法,在给定控制精度下,大大简化了算法的复杂性.以1904年9月FY-2B星一系列控制为例,详细介绍了它们在经度漂移、南北控制、刹车控制和定点捕获等方面的具体应用和实现效果,理想的控制效果表明了上述算法和实施策略的正确性.      

Spectral filter for signal identification in the kHz SLR measurements of the fast spinning satellite Ajisai

The high repetition rate satellite laser ranging (SLR) measurements to the fast spinning satellites contain a frequency signal caused by the rotational motion of the corner cube reflector (CCR) array. The spectral filter, developed here, is based on the Lomb algorithm, and is tested with the simulated and the observed high repetition rate SLR data of the geodetic satellite Ajisai (spin period ∼2 s). The filter allows for the noise elimination from the SLR data, and for identification of the returns from the single CCRs of the array – even for the low return rates. Applying the spectral filter to the simulated SLR data increases the S/N ratio by a factor 40–45% for all return rates. Filtering out the noise from the observed data strengthens the frequency signal by factor of ∼25 for the low return rates, which significantly helps to determine the spin phase of the satellite. The spectral filter is applied to the Graz SLR data and the spin rates of Ajisai are determined by two different methods: the frequency analysis and the phase determination of the spinning retroreflector array.The analysis of more than 8 years of the Graz SLR measurements indicates an exponential spin rate trend: f = 0.67034 exp(−0.0148542 Y) [Hz], RMS = 0.085 mHz, where Y is the year since launch. The highly accurate spin rate information demonstrates periodic changes related to the precession of the orbital plane of Ajisai, as it determines the amount of energy received by the satellite from the Sun. The rate of deceleration of Ajisai is not constant: the half life period of the satellite’s spin oscillates around 46.7 years with an amplitude of about 5 years.     

基于阵列天线波束形成的卫星导航信号提纯

围绕对卫星导航信号实施转发式欺骗所需的卫星导航信号提纯要求，提出了一种数字波束形成的优化设计方法。通过向阵列天线接收信号的数据协方差矩阵加载由非目标卫星方向信息和阵列布局构造的“虚拟”干扰信号协方差矩阵，增大了协方差矩阵特征值的差异。用新构造的协方差矩阵计算最小方差无失真响应波束形成的加权向量，使波束指向方向的目标卫星信号无失真通过，并同时零陷其他非目标卫星的信号。通过计算机仿真试验验证了所提方法的正确性和有效性。      

基于分形的宽带漏波天线研究

设计了一种新型的具有宽频带特性的微带平面漏波天线.该天线由基片集成波导喇叭、抛物面结构和一组30×10单元的微带贴片阵列组成.分析比较了普通贴片和分形结构贴片天线的带宽和辐射特性,发现具有分形结构单元的天线具有更宽的频带和更好的辐射特性.仿真结果表明,采用Minkowski准分形结构贴片单元的漏波天线在18～22GHz内回波损耗都大于10dB,带内增益可达17dB.实测结果表明,天线在18～22GHz内回波损耗大于10dB,在20GHz增益为14dB,适合于卫星应用.这为将其用作对地观测卫星数传天线提供了新的理论支撑.该新型微带平面漏波天线具有高增益、宽频带、小体积、轻质量和波束扫描等优势,可作为航天器天线的优选.