航天器遥控专家系统

对空间资源的依赖性以及空间系统由研究到实战角逐的最终转变,已经暴露出美国国防部现有航天系统的脆弱性。目前,对卫星的关键遥控主要由固定式地面站完成。这种地面站不设防,很容易被发现,因而容易遭到敌方攻击。在未来高度复杂的环境下,卫星的基本遥控系统的生存能力和耐久性将成为问题。解决这个问题有两种途径:(1)增加在轨关键系统(航天器)的自主能力,(2)提高地面关键遥控和例行遥控的自动化程度,增强地面系统的机动性以及提高其对意外情况的反应速度。本文将着重讨论DSCS Ⅲ卫星计划中应用AⅠ技术使航天器地面遥控系统自动化的方法。     

低成本卫星地面控制设施的设计

该设计方法的核心是:卫星操作中的公共部分,即遥控、跟踪、子系统分析(包括遥测处理)、系统规划和调度、轨道确定和保持、数据传送和控制。特殊卫星任务的应用和操作另行考虑,以保证本设计方法可应用于许多种卫星系统。关于特殊卫星任务的讨论将限制在了解支持航天任务的地面控制设施总规模和业务范围。分离出“通用”卫星操作功能,可研究出一种低成本通用设计方法,该方法允许对系统作阶段性改进,而对在轨设施和测控性能影响极小。该方法的目标是提高卫星系统的可扩展性、可维护性和可操作性。     

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     

任务操作中心——航天器地面数据系统关键部件的一体化

在以减少预算、限定系统开发时间和用户要求增加能力为特征的环境中,国家航空航天局开达德航天中心的任务操作处(MOD)在开发其航天地面数据系统方面提出了一个新的、高经济效益的新概念:任务操作中心(MOC)。按这种称为的方法,使用一种现代化的图形用户接口把关键部件集成为一个集航天器规划、监视、遥制为一体的综合系统。MOD目前正在构造多个MOC,其特点是采用通用的、可重复使用的和可扩展的系统结构,可支持X射线定时探测卫星(XTE)、热带降雨测量卫星(TRMM)和先进合成探测(ACE)卫星。 由于有了MOC方法,各种任务操作集合成整体,用户用一个系统即可完成实时健康和安全监视、实时遥控、实时姿态处理、航天器实时和预测性图形式监视、趋势分析、任务规划和调度、指令生成和管理、测控网调度、引导星选择;用专家系统进行航天器监视以及故障排除。MOD还准备按新的MOC管理机构构造测试和训练模拟器。 本文描述了MOC的概念,开发MOC系统中所使用的管理办法,使用的技术和构造MOC系统中对开发过程进行的改进,以及采用MOC法对用户和卫星工程带来的预期益处。     

欧空局的多任务地面基础设施(1996-2005)

为了支持欧空局(ESA)下世纪的多项卫星任务,该局正在建设地面多任务基础设施,支持1996-2006年之间预期发射的10多种不同类型的卫星(科学、地球观测、通信、货运飞船)。 该基础设施为不同任务提供公共的地面设施,其中心设在欧洲空间操作中心(ESOC),将延伸至FSA不同的地面站。 该基础设施包括6个主要系统: ·备有相应遥测、遥控处理器,以面向目标法建造的飞行控制系统; ·配有一整套综合性软件以及相关用户接口的飞行动力学系统,用于姿态和轨道的确定及控制; ·地面站监视及控制系统; ·遥测处理系统 ·遥控编码器; ·多用跟踪系统。 本文描述了该基础设施的各个系统,它们的相互接口以及实施计划。论述了该基础设施的设计方案以及采用的基本技术,特别突出了技术及操作上的先进性,以及这种方式的成本效益。     

为可重用地面监控系统开发可组配技术

监控设备(CMU)采用可组配软件技术,实现航天器的实时遥控、遥测处理、仿真、数据获取、数据归档和地面操作的自动化。下列监控系统正准备采用这种基本技术:移动式空间站检测系统;生命保障系统;空间站后勤运输系统;单级火箭技术计划中Delta特快飞机(SX-2)的地面系统。 CMU大量采用商用技术来提高能力,降低开发和寿命期成本。根据有效载荷地面操作合同,麦克唐纳·道格拉斯空间和国防系统正在为NASA肯尼迪航天中心的实时系统实验室开发新的方案和技术。实时系统实验室的第二项任务是开发和利用先进的软件开发方法。     

保驾导航的地面测控系统

地面测控系统与嫦娥一号探月卫星关系紧密,它既是卫星的领航者,又是卫星的保护者,在嫦娥一号整个飞行期间,它起到了保驾导航的作用。地面测控系统负责运载火箭发射和嫦娥一号卫星整个飞行任务期间的轨道测量、遥测监视、遥控操作和飞行控制,以及嫦娥一号卫星探测应用期间的任务计划的实施与操作管理,并通过高精度的测定轨道,为地面应用系统科学探测数     

SDI△181探测器舱的遥控中心

霍普金斯大学应用物理实验室(JHU/APL)设计的在轨探测器舱要完成许多SDI(星球大战)△181计划的重要实验。这些实验需要许多在轨遥控和监视操作,还要动用全球性地面设施网。主要设施是应用物理实验室设计和安装的探测器舱遥控中心(SMCC)。该中心坐落在卡纳维拉尔角空军站(CCAFS),连接到由东靶场、空军卫星控制网(AFSCN)、肯尼迪航天中心和西靶场设施组成的地面网上。 由于该任务很复杂,给SMCC的设计、建造和操作带来一系列挑战。本文介绍SM-CC功能设计方案以及地面支持网遥测和遥控方面的一些特殊问题。     

航天器利用跟踪与数据中继卫星系统导航的评述

NASA将利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)对地球卫星进行跟踪和通信。本文评述了利用TDRSS为航天器导航的能力。用加权最小二乘批处理技术拟合跟踪测量值,得到东TDRS卫星和几个用户航天器的轨道解。所研究的用户航天器有太阳峰年卫星(SMM),陆地卫星-5,地球辐射预算卫星(ERBS)和太阳散逸层探测器(SME)。以相继轨道解的一致性作为度量,评定了东TDRS卫星的轨道精度。将TDRSS跟踪获得的用户航天器轨道与同一时间由地面跟踪获得的结果进行比较,确定了用户航天器的轨道精度。研究了跟踪测量值特性和摄动力模型计算对轨道解的影响。介绍了东TDRS卫星和用户航天器的轨道确定结果,对这些结果进行的分析和评价以及由此得出的一些重要结论。     

用于卫星控制的专家系统

随着星载系统的发展,卫星的复杂性和自主能力日益增强,故障越来越少,但是,剩余故障的诊断却变得更加复杂了。此外,现正在提高航天器的自主,与此同时,又要求缩减地面站上的人员。将来要成功地从地面处理故障就需要大量地增加故障检测和诊断的自动化。本文研究了专家系统用作地面诊断系统部件的问题。本文介绍了该系统的诊断过程及其对知识库的要求。给出了对部分卫星姿态控制系统进行诊断的专家系统设计成果。这一问题所需获取的知识主要集中在产生和分析遥测终端显示方面,这种遥测信息看起来很象曲线图。专家系统利用广泛的遥测分析、操作和卫星状态数据库以及卫星模型作出正确诊断。     

TDAS时代低地球轨道航天器的导航

九十年代将用跟踪数据采集系统(TDA5)取代现在的跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。现在正在研究通过该TDAS为用户航天器提供测轨/测时功能的各种方案。TDRSS中所用的双向测距和多卜勒跟踪仍然是TDAS地基导航的一种方案,但本文集中讨论单向测距和多卜勒跟踪的方法,具体说是: (1)正向线路信标跟踪(FLBT)——在用户星上处理由TDAS卫星连续播发的独立的导航信号; (2)正向线路定期跟踪(FLST)——在用户星上处理从TDAS正向线路定期跟踪期间所接收的导航数据; (3)反向线路定期跟踪(RLST)——在地面处理从TDAS反向线路定期接收期间用户星所产生的导航数据。比较了每种方法的系统结构以及要求,给出了导航性能评价的初步结果。该性能是用户航天器轨道、TDAS星座结构和其它参数的函数。接着将这些结果与TDAS任务模型中的精度要求相比较。最后讨论了上述各种方案对TDAS和用户航天器的影响,并指出了需进一步研究的问题。     

为可重用地面监控系统开发可组配技术

监控设备（ＣＭＵ）采用可组配软件技术，实现航天器的实时遥控、遥测处理、仿真、数据获取、数据归档和地面操作的自动化。下列监控系统正准备采用这种基本技术：移动式空间站检测系统；生命保障系统；空间站后勤运输系统；单级火箭技术计划中Ｄｅｌｔａ特快飞机（ＳＸ－２）的地面系统。ＣＭＵ大量采用商用技术来提高能力，降低开发和寿命期成本。根据有效载荷地面操作合同，麦克唐纳·道格拉斯空间和国防系统正在为ＮＡＳＡ肯尼迪     

美国NASA天基测控网的按需接入系统

NASA天基网按需接入系统(DAS)可为航天操作提供一种新的开创性的服务；这种业务通过跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)构成连续和自动化的通信链路。2002年10月投入运行的DAS扩展了TDRSS多址返向(航天器至地面)容量。该系统利用地基商业成品(COTS)设备，例如第三代多址波束形成分系(TGBFS)和可编程遥测处理器(PTP)，并利用包括TCP／IP及基于web的接口在内的联网标准。     

跟踪与数据中继卫星系统第二套地面终端站

在九十年代及后续的时间里,跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)第二套地面终端站(STGT)将为NASA天基网(SN)的用户提供高可用性指令和控制能力及更高级的服务。TDRSS这一天基网(SN)将是国际空间站和其它用户航天器及其地面支持部分的主要通信关口。STGT含有一套带备份的分布式计算机系统,对带备份的射频(RF)到基带的设备链进行组配与控制,以完成用户数据的透明传输、用户星的跟踪测轨和中继卫星(TDRS)的控制和监视。STGT与位于哥达德航天中心(GSFC)的NASA测控网控制中心(NCC)有接口,通过该接口对STGT进行自动调度和控制。STGT还备有一个TDRSS本地操控中心(TOCC2)和一套与国内通信卫星(DOMSAT)的接口设备。TOCC2用于本地监视和备份控制,接口设备用于数据分发。本文专门介绍STGT,并重点描述为用户航天器进行中继业务的各部分的配置及其监控情况。     

对下一代卫星操作控制的系统研究

自1975年发射首颗ETS-1卫星以来,总计已发射了28颗NASDA(日本空间局)卫星。关于卫星的操作,NASDA已经开发了实时遥测/遥控处理系统,可通用于不同类型卫星。目前第三代系统已投入使用。而卫星操作的最新发展趋势则是更加复杂,例如正在出现采纳CCSDS建议的卫星,而且计算机技术也发展的相当迅速。 此外,NASDA在卫星操作中的任务正从主要是卫星星体操作发展为实验/整个卫星任务操作。根据这些情况,NASDA已经开始研究适于操作未来卫星的下一代操作系统。研究中考虑到以下几点: ·任务支持的要求 ·卫星设计的趋势 ·计算机环境的进展 本文是该研究的阶段性报告。     

基于航天器控制语言的东三平台卫星遥控作业设计与实现

针对东三平台卫星的飞行任务要求,分析了地面测控系统和卫星飞行程序,提出了遥控作业的数据接口及设计原则,并通过作业例程验证了该设计方法。利用该方法设计的系列遥控作业目前已应用在东三平台卫星的测控工程中。     

用于小型探测器类航天器的廉价地面系统

为了支持ＮＡＳＡ的小型探测器（ＳＭＥＸ）工程，哥达德航天中心的专用载荷部已开发研制了一个用于航天器总装和测试以及在轨运行的廉价地面数据系统。因为系统设计方案的灵活多变和低费用，也可用于哥达德中心的非ＳＭＥＸ卫星。本文介绍该系统以及开发过程中采用的设计原则，讨论在ＮＡＳＡ目前所见到的航天器操作发展趋势下该系统如何用于低费用操作。     

美国空军卫星控制网和国防部其它地面支持系统

在设计卫星系统时,一个基本的但经常被忽视的领域是地面支持系统。地面支持系统的及早规划,可以和其它计划共用卫星支持能力,资源共享,从而节省计划开支。要达到这一目标,首先要了解其它地面支持系统的结构和能力。本文是关于地面支持系统的系列文章中的第一篇综述性文章,主要介绍美国军方地面支持系统,重点则是空军卫星控制网(AFSCN)。 空军卫星控制网是一个全球性的遥控、跟踪和通信系统,它为国防部的航天任务提供地面支持。本文介绍了该控制网的历史,描述了目前的情况,并说明了其支持不同卫星计划的途经。本文还介绍了该网的将来和正在考虑的几种系统结构。另外还谈到了海军和陆军的地面支持系统。     

通信卫星模拟器通用基础平台设计研究

卫星模拟器主要是对地面测控系统遥测接收和遥控指令发送的工作状态进行检查和验证,验证地面测控系统设备正确性,提高地面测控系统对卫星故障的应急处理能力等。本文从软件系统架构高度对不同卫星各分系统模型共有属性进行抽象提炼和设计研究,提高软件架构及模块的复用性、扩展性和维护性,通信卫星模拟器通用基础平台可同时验证不同卫星对地面测试系统的任务要求,使不同卫星模拟器的建设和地面系统测试支持可以纳入一个规范化、通用化的系统框架中。     

小卫星/小运载可重构多核计算机设计

通过共用小卫星与小运载的电子系统,能够降低卫星发射成本、实现卫星与运载的快速集成及测试、减少卫星的发射与入轨时间,从而达到快速响应自然灾害等突发事件的目的。传统航天器电子系统难以兼顾运载段任务的高实时性和在轨段任务的高可靠性要求,因此本文将多核处理器技术、可重构技术和航天器电子系统设计相结合,提出了基于可重构技术的小卫星/小运载多核计算机设计方案。该设计方案分为运载和在轨两种工作模式,通过现场可编程门阵列(FPGA)的快速重构来实现计算机两种工作模式的快速切换。其中运载模式将FPGA配置成并行构架的三核处理器,通过3个处理器并行计算来提升计算机的处理能力;在轨模式将FPGA配置成冗余构架的三核处理器,通过3个处理器互为冗余备份来提升计算机的长期可靠性。经过基于Markov过程理论的系统可靠性分析,表明系统在轨段的长期可靠性得到显著提升。同时经过地面半物理仿真系统仿真测试,运载段的控制周期可以达到10ms,满足运载段任务的实时性要求。