空间碎片目标在轨实时监测处理方法

针对现有地基空间碎片目标监测的实时性、有效性以及弱小目标探测能力等性能指标较低等问题,文章提出了一种空间碎片目标在轨实时监测处理方法。它是基于空间目标光学成像特性和高速信息处理技术为基础的碎片目标检测算法,建立计算精度误差模型,能有效降低硬件资源的同时,保障了空间碎片目标在轨检测和定位的实时性。在专用高速信息处理板上经卫星光学载荷数据验证了方法的可行性和有效性。该方法能够通过处理卫星载荷数据完成空间碎片目标的实时检测和定位,可为天基空间目标观测系统设计提供参考。     

天基边缘计算系统设计及关键技术

卫星具有覆盖范围广、抗灾害性强等特点,随着卫星研制与发射成本的不断降低,推动卫星与地面移动通信网络、物联网(IoT)、云计算中心深度融合,构建天地一体化网络和应用架构,已成为航天发展的重要方向。随着地面多用户、大数据量的接入,亟须开展卫星在轨数据处理技术相关研究,提升卫星的在轨服务能力和质量。本文提出了对卫星计算资源进行整合,构建天基边缘计算系统,并提出了天基边缘计算的3种资源管理策略和4种平台部署协同模式。此外,对天基边缘计算的优势和还需解决的关键技术进行了分析,并搭建了天基边缘计算原型系统,对不同计算卸载策略性能进行了分析。     

基于天基边缘计算的在轨智能技术

针对低轨互联网星座的发展以及天基应用不断拓展对计算能力的需求,开展基于天基边缘计算的在轨智能技术研究,这对提升星地带宽利用率和实时决策效率具有重要意义。提出了以低轨卫星为核心的天基边缘计算架构,在此基础上,进一步提出了一种基于深度模仿学习的智能计算卸载模型,以及该模型的在轨分布式联邦学习训练方案。基于空天地海一体化网络,开展了面向移动应用的实时计算卸载决策,以及空间数据、模型的在轨学习及训练方法研究。该方案在保障空间数据隐私的基础上,可进一步降低程序运行时延和提升模型的决策准确率。结果表明:与传统方法相比,该技术最多降低了54.96%的程序运行时延。     

基于异构融合类脑芯片的卫星智能平台设计

传统卫星运行基于单星工作模式,计算能力有限,当处理海量数据时,由于单个节点能力的不足极大限制了整体的发展。为适应行业对业务处理低延时提出的迫切需求,天地一体化多星协同、多任务协同的智能化工作模式重要性逐渐显现。传统星载计算机采用固有算法及硬件进行简单任务规划及多星协同管理,其算力及算法难以满足基于深度学习的智能任务需求。当前,基于脉冲神经网络（SNN）加深度神经网络（DNN）的类脑计算方法,具有强智能计算、低能耗、强并行、高效率、存算一体等特点。通过对卫星智能处理平台发展趋势分析,针对异构融合类脑芯片优势特征,同时兼顾航天器在轨可靠性需求,提出基于异构融合类脑芯片的卫星智能处理平台架构,完成星上在轨智能预测和自主任务规划,进一步降低卫星业务成本。     

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络（Spatial Information Network, SIN）地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间（Heterogeneous Earliest Finish Time, HEFT）算法进行求解。仿真结果表明：卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。     

天地测控资源一体化调度模型

测控资源的天地一体化调度是一个具有多时间窗口、长时间窗口等复杂约束的优化问 题。借鉴低轨卫星测控调度任务需求描述方式,在对中高轨卫星的轨道测量和轨道保持等需 求进行分析的基础上,给出了适于调度算法设计的高中低轨任务需求规范化描述;针对天基 和地基测控资源的测控特点,以卫星任务需求加权满足率最大为目标,建立了天地资源的一 体化调度模型;并设计了基于遗传算法的调度策略。仿真表明,所建模型和算法是可行的。
     

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。     

基于天通卫星系统的天基测控技术

针对卫星测控资源紧缺的现状,为满足未来大规模卫星用户对测控资源的使用便利性这一需求,研究利用天通卫星进行近地低轨卫星测控服务的能力。天通作为高轨移动通信卫星系统,具有传输实时方便、服务安全可靠和综合效费比高等多方面的特点。首先,分析了天通卫星对不同倾角、轨道高度卫星的测控覆盖时长,以及对载人航天任务空间站和火箭进行测控的服务能力。然后,基于天通民用系统现有的系统架构,详细介绍了天通系统支持低轨测控的系统改造方案以及工作流程。最后,结合目前的技术发展趋势和天通卫星能力现状,描述了天通卫星在天基测控和低速中继两种任务场景中的应用前景。     

多源卫星信息在轨融合处理分析与展望

针对自然灾害监测、海洋目标监视等多星协同探测应用场合,首先分析了多源卫星信息在轨融合处理的必要性,其次总结了国内外卫星数据在轨处理的研究现状和存在的问题,然后在此基础上从星上探测、通信和计算资源出发,分析了适应在轨处理的在轨自主任务规划、目标信息表征、多源卫星信息目标在轨关联、多源卫星信息在轨特征融合、星地协同数据处理与动态交互等多源卫星信息在轨融合处理的相关问题和关键技术,最后,给出未来发展趋势展望。     

导航卫星在轨管理与服务系统

针对北斗卫星导航系统卫星数量多,连续、稳定运行要求高的特点,卫星系统建设了导航卫星在轨管理与服务系统,旨在加强在轨数据管理与分析,提升卫星系统服务能力,开展了故障诊断、故障及对策验证、健康评估与维护几方面工作,丰富了在轨卫星监测手段,加强了卫星系统与用户之间的沟通协调.该系统目前已应用实践,有效提升了卫星系统对用户的技术支持水平,可为探索大型星座系统的在轨管理与服务模式提供借鉴.     

低轨互联网卫星在轨单粒子翻转分析及防护措施

空间单粒子翻转（SEU）对于在轨卫星寿命和可靠性有着较大的影响,然而,针对低轨互联网卫星1000～1200 km的典型极地轨道空间SEU,目前缺少在轨试验验证结果。文章对某型号的两颗卫星在轨7个月以来的SEU事件记录数据进行处理和分析,给出互联网卫星1050～1425 km不同轨道高度上的SEU事件发生的频度、区域及概率,结合在轨运行情况提出互联网卫星在轨单粒子翻转的软硬件防护设计措施。数据表明,在当前低轨互联网卫星的典型轨道高度上,对于抗单粒子翻转阈值为0.7 MeV·cm2/mg的低阈值SRAM器件,在轨SEU事件大部分发生在SAA区域,发生概率约为7.63×10-7 bit-1·d-1。结合卫星在轨空间防护设计经验,通过加强元器件选用控制、软硬件冗余设计、关键器件限流等措施,可以有效提高低轨互联网卫星的在轨可靠性。     

中国小卫星全寿命周期故障分布研究

基于航天东方红卫星有限公司已发射的100多颗现代小卫星的在轨故障统计数据,研究发现国内小卫星在轨故障的分布规律呈威布尔分布特点。继而针对CAST968平台和CAST2000平台小卫星的实际在轨故障数据给出在轨故障分布的经验公式,结合国内小卫星正样研制阶段的故障分布研究成果,对小卫星全寿命周期的故障分布规律和特点进行分析和总结,在国内首次给出小卫星全寿命周期的故障概率密度曲线和浴盆曲线。     

空间辐射环境引起在轨卫星故障分析与加固对策

文章对卫星由于空间辐射环境导致的在轨故障进行了统计;对某卫星数传综合处理器在轨单粒子翻转故障的现象、机理和措施等进行了分析;根据在轨故障案例、实际工程经验和仿真分析,从硬件和软件两方面提出了具体的降低单粒子效应的多种抗辐射加固设计方法,以延长卫星在轨工作寿命。     

遥感系列卫星在轨微振动测量与分析

在遥感系列卫星上装载了微振动环境测量系统并进行了在轨微振动环境测量。文章介绍了4颗遥感卫星的在轨微振动环境参数获取与分析。结果表明:星上各活动部件中主要的扰振源为反作用轮和辐射计/散射计转动机构;卫星稳定运行时的最大微振动量级约为57 mg,传递到光学敏感设备衰减度约为15%。     

构建多航天器在轨管理支持平台

随着我国航天事业的发展,预计到2010年,在轨卫星的数量将增加到80颗左右,急需建立一套多航天器在轨管理支持系统,以满足在轨管理的需要。文章给出了多航天器在轨管理支持系统平台的系统方案、系统组成及接口关系。     

一种新型卫星携气瓶推力器喷气时长计算方法

卫星自主编队保持通常采用开环控制模式,需要星载计算机(AOCC)根据推进系统的工作状态实时计算喷气时长。由于AOCC计算能力有限,在携气瓶推力器仿真测试过程中采用的速度增量关机方式不适用于在轨喷气时长的计算。为减小AOCC运算量,提高控制精度,开展了携气瓶推力器的动力学建模仿真,进行了寿命期间的性能分析。针对该时变推力模型,设计了AOCC喷气时长计算方法。通过推力的状态传递和推力预测,构造了以喷气时长为变量的代数方程,并将该方法应用到一组多次喷气情况下的喷气时长计算。仿真结果显示:与以往基于单点测量的推力器喷气时长的计算方法相比,采用该方法计算的喷气时长更接近理论值,能够有效提高卫星自主编队保持的控制精度。     

趋势分析法在卫星在轨管理中的应用

深入研究趋势分析方法在卫星在轨管理中的应用,可以弥补长期以来运用参数门限方法发现异常的缺点,帮助在轨管理人员了解卫星重点部件的性能变化,及时发现相关部件的在轨异常,提高其专业分析能力。文章以范例的形式,利用趋势分析方法针对卫星重点部件的遥测参数进行了分析,并得到星上是否异常的结论。     

应急常态化的测控网资源调度管理模式研究

随着在轨卫星数量的迅速增加,卫星应急测控需求的立即响应已趋于常态化。为更好地满足应急常态化条件下航天测控网资源调度系统的高时效性要求,提高应急任务满足率,文章分析了传统应急条件下资源分配方法所存在的问题,对应急常态化的资源申请框架进行了完整重构,并针对该框架中的任务非全弧段分配、合作博弈及优先级模型等关键技术进行了深入研究,使得资源的使用更加合理,可有效提高应急申请的响应时效。     

中低轨道卫星多星测控存在的问题及其改进措施

在分析了中低轨道卫星的测控特点与难点的基础上，讨论了地面S频段测控网多星测控存在的问题，并提出了采用高效动态的测控资源调度方法、建立完善的服务等级体系、完善远程监控体系、简化USB测控站面向任务的实时处理过程、增配多星同时测控的S频段测控设备、充分利用USB活动站、租用(或建设)高纬度测控站等改进措施，以提高多星测控能力，适应“在轨卫星数量多、卫星相继过境时间间隔短、多星同时过境”的多星测控需求。     

基于在轨运行状态的卫星稳定性与可靠性研究

为解决卫星在轨运行故障率较高的问题,文章分析了卫星在轨运行的特点,定义了卫星在轨工作状态及其与系统稳定性变化的关系。研究表明:对在轨运行安全稳定状态进行控制,能使状态保持或向高级跃迁,可提升卫星稳态及可靠性。文章最后提出了提高卫星在轨运行稳定性与可靠性的在轨运行策略与技术方向。