面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系

针对我国在轨卫星数量迅猛增长、健康状态复杂各异、测控管理难度日趋增大的态势,提出了面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系。分析了北斗短报文的应用现状,构建了“用户→北斗卫星→在轨卫星”前反向数据流向。考虑到北斗短报文的容量限制,优化设计了测控数据传输格式和内容;针对北斗短报文单向传输特性,探讨了可靠通信技术;针对星座大规模安全传递分发数据需求,研究了通用掩码技术。以北斗三号系统为对象,仿真计算了在轨卫星前反向数据时间特性。结果表明:基于北斗短报文的在轨卫星健康监控技术,可以为提高在轨卫星科学使用和寿命的精细化管理提供参考。     

标准化参数定义方法及其工具设计

不同卫星任务的数据特点需要设计不同的遥测数据格式，造成不同卫星任务之间遥测数据格式难以复用，需要重复进行遥测数据格式设计、协调、测试、验证以及地面相应设备的开发和解析处理工作。为解决以上问题，基于包应用标准（PUS）、可扩展标记语言（XML）遥测遥控信息交换（XTCE）的描述方法和XML格式化数据单元（XFDU）的封装方法，提出了参数定义方法，实现了工程参数从类型、参数到数据格式的标准化定义，并设计相应的参数定义工具进行验证。工具可用于航天器设计阶段，设计标准化遥测数据格式及其描述和封装，便于异构系统之间的数据转换。同时也可以用于仿真、验证和任务执行阶段的工作。该方法有助于实现星上端按需、灵活定义数据格式，提升星载应对紧急、未知、非预期等情况时的自主能力。     

一种基于北斗RDSS短报文的天基测控方法

主要针对未来商业卫星大规模发展需求,基于天地一体化测控网络体系,探索研究了北斗短报文测控的可行性。以北斗导航星座作为天基测控平台,以低轨卫星作为测控服务对象,研究了基于北斗短报文的新型天基测控方法,进行了该天基测控系统总体方案设计和测控数据流程设计。提出在低轨航天器上搭载北斗短报文终端作为测控载荷,利用北斗卫星无线电测定业务(RDSS)短报文基本通信通道,充分考虑RDSS数据协议约束,采用兼容当前测控协议帧结构的方式,对帧结构进行适应性移植,证明RDSS短报文测控体制可以满足一般民商用小卫星、立方星等航天器测控通信需求。最后根据系统设计及体制论证结论,对基于北斗RDSS短报文的测控服务能力进行了综合分析,证明该测控应用模式可满足卫星日均在轨测控通信数据量需求。     

基于双总线的FY-4卫星测控数管分系统及应用

介绍了风云四号(FY-4)卫星测控数管分系统特点及其应用。给出了测控数管分系统的组成和工作流程。采用CCSDS协议分包遥测,提出了虚拟信道遥测包调度策略、遥测包传输灵活配置策略、高精度高频可编程遥测,以及境外遥测全程采集4种分包遥测优化方法,实现了自主动态遥测采集和下传、在轨遥测异常排查、重点遥测波道高精度高频采样、卫星发射至定点过程的遥测盲区消除。分包遥控采用遥控数据优先级选择策略,保证了遥控与程控指令同时输出,实现了卫星发射至定点全过程的程控管理功能。设计了部件级和整星级故障管理策略,对部件级故障具备一定自主管理功能,其检测策略可对部件级故障进行诊断与切换重组,实现了对卫星重要故障状态的监视与应急处置。采用1553B+SpaceWire双总线结构,既满足了高低速数据使用需求,又提高了数据传输接口的通用性,同时对卫星重要参数有备份与恢复功能。FY-4A星表明:其测控数管分系统实现了预期的功能。     

航天器遥测信息传递通用接口设计

针对国内各航天器研制方与测控中心在遥测信息处理传递过程中面临的设计不统一、结构不规范、处理周期长、交互难度大等问题,采用分层模型的遥测参数处理方案,设计航天器遥测信息传递通用接口。参照空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换(XTCE)标准,实现航天器遥测信息由顶层至底层、从总体结构到单个元素的规范设计。首先,建立通用规范的航天器遥测信息分层表示模型,明确航天器各分系统的分支节点;其次,详细定义航天器遥测元素标记,包括属性、可选属性、下属元素等;最后,实现了遥测信息传递通用接口软件。设计验证结果表明:航天器遥测信息传递通用接口可实现遥测信息从航天器研制方到测控中心的无损传递,提高航天器设计制造、测控管理和应用效能。     

基于CCSDS标准的卫星遥控LDPC编码方案探讨

随着天地一体化及遥控可靠性需求的不断提高,传统卫星遥控标准中广泛采用的BCH码很难满足未来卫星遥控链路复杂多样的需求。为此,文章将卫星遥控指令分为短指令模式和内存上注指令模式两大类,设计低密度奇偶校验(LDPC)编码方案。对于帧长较短的遥控指令,采用3种码长较短的LDPC码,与目前空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控标准推荐的BCH(63,56)码相比,在误码字率为10~(-5)量级时,可以额外获得4～6dB的增益。对于大数据量的内存上注指令,应用现有CCSDS遥测标准推荐的LDPC(8160,7136)编码方案,当误码字率为10~(-5)量级时,所需信噪比(Eb/N0)约为3.8dB,编码增益约为7dB。为了实现LDPC编码方案,文章设计了与BCH码相似的协议格式,改动量较小且具有良好的兼容性,不会对已有遥控系统产生影响。译码方案采用并行的FPGA译码器架构及最小和译码算法,其译码复杂度较低,硬件实现资源占用较少,具有可行性。     

遥控和遥测包应用标准在航天器中的使用方法

对遥控和遥测包应用标准（PUS）的产生历史、应用现状以及主要特性进行了分析。针对中国航天器中遥控遥测应用层格式不统一、设备和软件无法通用等问题,探讨了在中国航天器中如何使用包应用标准。文章从遥控应用和遥测应用两方面阐述了包应用标准在中国航天器上的应用方法,着重分析了遥控遥测链路协议选择、包应用标准业务选择、遥控遥测包的传输方法等方面。使用包应用标准,将有助于进一步实现遥控遥测系统的标准化,以及航天器上设备和软件的通用化。     

基于XTCE改进模型的遥控指令生成系统设计

提出了一套改进的基于可扩展标记语言的遥测遥控信息交换(XTCE)遥控元数据模型,重构了空间任务遥测遥控信息描述模型,引入了指令集合元素,使其能够支持更广义的指令,具有更高的扩展性;以该模型为基础,文章设计了一种通用化遥控指令生成系统,采用了自动化软件技术和数据库技术,使遥控数据定义更加便捷、高效。实践证明本系统达到了增强数据处理软件通用性、减少开发成本、降低开发风险的效果。     

基于XTCE标准的遥测参数装订与核对研究

面对我国现代航天高密度发射的需求，精准高效的遥测参数装订与核对尤为重要。本文基于XTCE标准定义的遥测参数格式，构建了XTCE标准对遥测参数数据底座，实现遥测参数的统一标准、统一管理和统一平台。阐述了XTCE标准的结构、火箭遥测数据库的生成和数据底座的构造。实现了对大型火箭遥测参数的自动装订，大幅提高了工作效率。     

应用CCSDS空间数据链路安全协议的卫星遥控安全方案探讨

针对国内卫星遥控体制国际化的需求,结合已有的空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控协议体系架构,设计了应用CCSDS空间数据链路安全协议(SDLS)的遥控安全方案。该方案选用认证和加密认证2种业务,并针对不同的遥控安全业务,分别设计了定制遥控帧格式、安全关联、算法管理及密钥管理业务。以目标机为核心搭建验证系统,通过2个典型应用场景验证遥控安全方案的可行性,结果表明:该方案可提高遥控安全系统的灵活性、可扩展性,并且能够有效保护密钥强度,延长密钥生命周期。遥控安全方案的设计及其在遥控单元中的实现,可为我国卫星遥控体制与国际接轨提供参考。     

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。     

小卫星星载容错计算机控制系统软硬件设计

创新一号低轨存储转发通信小卫星是中国第一颗重量在100公斤以下的小卫星，介绍了其星载计算机系统的设计方案。由于卫星采用了计算机集中管理方式，为保证星载计算机的可靠性，设计中对硬件使用了双计算机热备份冗余设计，星载计算机的可靠性同时通过软件和硬件协同容错设计来实现。卫星的星务管理、遥测、遥控、姿态控制、电源管理、通信控制、轨道控制等都需要通过计算机软件完成，介绍了这些软件的主要功能和容错设计。创新一号星载计算机采用了多项新技术，并经过了一年多的飞行测试验证，达到了预定的运行目标，星载计算机圆满完成了各项设计功能，证明了卫星计算机系统的安全可靠。     

LDPC码在卫星导航系统中的应用

作为一种接近香农极限的信道编码,近年来LDPC码被广泛采用,例如欧洲第二代数字视频广播卫星标准DVB-S2和空间数据咨询委员会(CCSDS)遥测信道编码标准就分别采用了LDPC码。文章将讨论LDPC码在卫星导航系统中的应用,内容涵盖星上编码与接收机解码。GPS联合项目办公室在接口规范(Draft IS-GPS-800,Navstar GPS Space Segment/User Segment L1C Interfaces,19 April 2006)中展现了L1电文结构中的LDPC码。子帧2和子帧3将分别用一个独立的24bit循环冗余检验(CRC)算法。加入CRC比特之后每一子帧将进一步被长度为1200/548码率为1/2的LDPC码编码。文章将给出同等长度同等码率的不同类型的LDPC码。它们表现出了优异的译码性能、简单的编码结构和较低的译码复杂度。另外一个优点是其校验矩阵无需用一系列的冗余表格来表示。这种LDPC码的构造方法可以被扩展到其它卫星导航系统,比如欧洲的伽俐略(Galileo)系统和中国的北斗(Compass)系统。     

遥控指令锁定电路的安全裕度分析

为提高遥控指令锁定电路的可靠性与安全性,结合卫星产品的研制流程与技术特性,提出一种卫星关键电路的可靠性分析流程。针对某型号遥控指令锁定电路在温度环境试验中的不稳定问题,定量分析了不同参数条件下的电路稳定性,利用电路重要参数的设计裕度范围确定了最佳的电路设计参数,保证了电路在可接受的最差应用条件下至少有67%的安全裕度。实际最坏情况下的试验表明,电路的各项参数与设计的容差范围一致,可靠性和安全性得到充分保证。     

基于北斗三号短报文的共视数据压缩传输方法

共视时间比对通过交换两地共视数据完成远距离高精度的时间比对。针对无地面通信网地区,本文提出了一种基于北斗短报文的共视数据压缩传输方法,该方法通过将共视数据进行压缩,利用北斗的短报文功能对压缩后的共视数据进行实时传输,在无地面通信网的地区进行了共视时间比对试验。试验结果表明,本文设计的共视数据压缩方法具有较好的压缩效果,可以通过北斗短报文实现无地面通信网的情况下的实时共视时间比对。     

北斗工程IGSO/MEO/GEO发射轨道设计

随着我国航天事业的蓬勃发展，运载火箭发射要求也呈现多样化。北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，经历三步跨越式发展，目前已经全面建成。CZ-3A系列火箭承担了北斗工程全部发射任务，该工程对火箭倾斜同步转移轨道（IGTO）、中圆转移轨道（MTO）、地球同步转移轨道（GTO）新类型轨道要求。介绍了该类轨道特点，讨论了火箭发射方案、发射轨道设计及高空风双向补偿方法。实际飞行考核充分证明了发射轨道设计的正确性，设计方法确保了北斗工程全部发射任务取得圆满成功，为北斗工程顺利实施奠定了基础。     

小卫星星务系统的遥测技术研究

阐述了小卫星采用的“可控式遥测”和“统一遥测”两种实现技术,即通过遥控、程控和自主控制实施对遥测的状态设置,控制遥测处理流向,改变遥测内容,构成智能化遥测,以增强遥测能力和灵活性。首次提出“二维帧”概念,将卫星的两种遥测标准：PCM遥测和分包遥测统一,实现两者的兼容和平滑过渡,有可能形成新的统一遥测系统标准。在设备级上,统一遥测与PCM遥测一致。在功能层面上,它与分包遥测一致。文章还提出“软件遥测”概念,企望于提升遥测性能。     

“伽利略”卫星在轨任务控制系统高级规范综述

重点描述了＂伽利略＂卫星在轨任务控制系统高级规范的相关内容,其中包括系统规范和子系统规范,如系统监测和控制子系统、遥测监测子系统、遥控指令子系统和数据归档子系统等;就如何借鉴＂伽利略＂卫星在轨任务控制系统高级规范,提出了一些开展我国星座卫星在轨任务控制系统设计的策略和方法,如设计方法、实现途径、自动化和安全策略等。     

基于北斗的连续运行卫星定位综合服务平台设计及其应用

面向北斗导航卫星系统的应用,提出建设基于北斗的连续运行卫星定位综合服务平台(BeidouCORS),该平台具有多种工作模式,是北斗导航卫星系统重要的地面应用和有效补充。给出了平台的总体框架结构和通信链路的设计方案,论述了RTK,RTD和PPP等多种服务模式下的系统工作流程,介绍了参考站、控制与数据中心和数据处理算法等关键部分的建设。基于提出的平台建设框架,结合上海区域特点,给出了上海北斗连续运行卫星定位综合服务平台的示范应用,并设想了平台未来的发展和应用前景。