天基为主的空间站测控通信模式

空间站时代为测控(TT&C)通信系统带来保障时间更长、覆盖要求更高、数据传输能力更强、航天员在轨工作生活体验更好等新的挑战，结合中继卫星系统(TDRSS)、卫星导航系统等天基测控通信手段的能力特点，提出以天基手段为主的解决方案，采用多星多舱段接力模式，将航天员出舱等重大活动的测控通信覆盖率提升至接近100%，采用多星多目标工作模式，较好地保障各种交会对接模式，综合利用中继卫星S频段多址(SMA)链路连续业务、短报文业务和北斗短报文业务常态化保障空间站安全运行，应用天地一体网络化技术，为航天员在轨上网、天地通信和载荷实验数据传输提供优质服务。     

天地一体化互联网络中航天器网关的设计及实现

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化互联网络的信息传输系统。针对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)推荐的基于CCSDS空间链路承载网际协议业务(IP over CCSDS)网关协议转换技术,文章提出一种实现天地一体化互联网络的航天器网关的设计思路,即通过研制航天器网关实现IP协议与CCSDS高级在轨系统(AOS)空间数据链路协议的相互转换,并对服务质量(QoS)保证方法进行了设计。针对航天器网络搭建了测试系统平台,并对高清图像、高质量话音、计算机数据和遥测数据等网络数据的传输进行了测试,测试中通过航天器网关进行传输的所有网络数据包均无丢帧现象发生,文章提出的IP over CCSDS网关可用于构建天地一体化互联网络。     

一种用于近地轨道航天器的天地网络一体化方案

当前空间通信的发展趋势是空间通信网与地面通信网融合,建立天地一体化的信息传输系统。针对航天器内部网段设计和CCSDS空间链路承载网际协议业务(IP over CCSDS)的协议转换技术开展研究,提出一种适用于近地轨道航天器的天地网络一体化方案,并通过研制航天器网关实现了网际协议(IP协议)与空间数据系统咨询委员会高级在轨系统(CCSDS AOS)空间数据链路协议的相互转换,并对服务质量(Qo S)保证方法进行了设计,试验结果表明,文章提出的方案可用于构建天地一体化互联网络。     

天地信息网络协议融合技术综述

天地信息网络融合可以实现空间与地面网络资源的充分共享和高效利用，国内外已提出多种天地一体化信息网络架构并从不同角度进行理论研究和关键技术攻关。面向CCSDS数据系统体制与空间通信协议规范（SCPS），在分析CCSDS协议体系结构及其应用发展基础上，讨论卫星链路应用TCP/IP的问题与关键机制，并综述星地一体化协议IPoC（IP over CCSDS）的技术研发与仿真研究进展。通过分析空间CCSDS协议体系与地面IP网络机制，为天地信息网络融合系统设计与网络协议研究提供参考。     

邻近空间链路探测器器间通信测试方法

Proximity-1邻近空间链路协议(简称Proximity-1协议)采用了全双工通信、链路自适应等技术,非常适合火星探测器器间通信链路。为了对全双工通信、链路自适应等功能进行系统级验证分析,文章结合火星探测方案与综合测试需求,提出了器间链路测试方案,并基于地面设备对Proximity-1协议的关键技术进行系统级测试。结果表明:全双工通信、自适应切换等功能均得到有效验证。文章设计的系统级验证方法,可为未来飞控工作提供参考。     

抗多径效应的全范围多员出舱通信方法

针对载人航天器规模大和出舱活动范围广的现状,提出一种抗多径效应的全范围多员出舱通信方法,以解决传统出舱通信方法测控覆盖率低、多径效应影响严重的问题。通过在载人航天器外侧等间隔布置多副天线,实现相对于载人航天器360°范围内的出舱活动测控全覆盖。通信体制采用前向与返向频分双工体制(FDD),各出舱航天员之间采用直扩码分多址(DS-CDMA),对各出舱航天员设计不同的扩频码,解决多人出舱带来的通信互扰问题。为解决由于载人航天器遮蔽、反射带来的多径效应问题,前向链路和返向链路分别采用时间分集技术和空间分集技术的通信方式。仿真结果表明:同样满足10~(-5)误比特率的指标,全范围多员出舱通信方法比传统的单天线和三天线出舱通信方法的信噪比优化1.1~4.5dB,并且能实现全范围出舱活动的测控覆盖和通信连续。     

天地一体化网络中的航天器IP网络设计

为了将地面IP网络技术应用于航天器内部设备间的数据通信,并实现与地面站的互连,根据航天器与地面站之间通信链路的特点,提出一种IP网络协议体系结构,实现天地一体化网络通信。在航天器上采用以太网协议完成内部网络数据交换,配置天地网关设备完成与地面测控通信网络之间的IP包交换;地面测控通信网络采用计算机IP网络,并配套相应的天地网关设备,完成与航天器的IP包交换。根据航天器数据的特点,提出一种速率控制策略,优先传输控制数据,控制图像话音数据周期平均速率,控制试验数据IP包平均速率。地面仿真试验及实际系统测试结果表明:文章提出的航天器IP网络设计,适应航天器与地面站的通信链路,可直接应用于高、中、低轨航天器的天地一化网络通信,也可为后续月球、火星等探测任务提供参考。     

航天通信IP网组播常见故障解决方法

航天通信IP网作为航天测控数据的传输载体,其关键业务往往采用组播方式传输。介绍航天通信IP网中的指定源组播和任意源组播技术,总结航天通信IP网组播技术在路由器转发过程中常见的故障,并给出相应的排查解决方法。     

近距空间链路通信协议及其软件实现

为实现航天器间的近距通信,CCSDS提出近距空间链路通信协议.分析近距空间链路通信协议的应用场景、协议结构、协议特点及其通信流程,研究协议仿真软件的实现方法,提出基于C/C++语言的软件实现方案,使用MFC平台实现人机交互界面.该仿真软件实现了对协议通信流程的完备仿真,提供各个通信参数配置接口,作为仿真平台为应用层协议...     

临近空间飞行器采用引导式天基测控的探讨

近年来,已有多种临近空间飞行器利用中继卫星实现了天基测控通信,但由于采用预规划、预分配的模式,无法满足突发通信需求。针对此问题,文章提出了一种引导式天基测控应用设想,即采用宽波束链路传输飞行状态短信息引导建立窄波束高速数传链路,用于进行业务数据高速传输。该设想兼有宽波束链路覆盖范围大、窄波束链路数传能力强的优点。通过典型场景对其可行性和实时性进行分析,结果表明:具备宽、窄波束链路终端的临近空间飞行器,相比使用传统预规划、预分配的测控模式,能实现引导式全流程柔性控制,解决临近空间飞行器"随遇接入、按需服务"的天基测控需求,提高天基测控的应用效能。     

空间站和GNSS共视的差别及精度对比分析

为了对比空间站和导航卫星共视的性能差异,深入分析影响共视性能的主要误差源特征,推进共视技术进一步发展,以对共视时间比对基本原理的分析为基础,从系统设计和关键误差源影响两个方面对比分析空间站和导航卫星共视的差异。理论研究结果表明,不同于导航卫星共视,轨道误差是影响空间站共视精度进一步提升的主要因素;此外,空间站共视还需考虑地球引力时延等精细误差的影响。最后,设计并实施了仿真实验和实测实验,通过实验数据进一步对比两者的性能差异。实验结果表明空间站和导航卫星共视各有利弊,虽然空间站共视的服务区域和连续性逊于导航卫星共视,但可以实现的共视精度至少比导航卫星高一个数量级。     

空间站智能自主控制

首先分析了空间站及其运动控制系统的任务及特点，指出开展空间站智能自主控制研究是系统任务复杂性及不确定性的必然要求，已经迫在眉睫。然后介绍了一种新的智能控制方法——即基于全系数特征模型描述的智能控制方法，这是实现空间站智能自主控制的重要理论基础。最后提出空间站智能自主控制系统的结构组成。     

“和平号”空间站SGCMG系统及其操纵

综述了“和平号”空间站ＳＧＣＭＧ系统的组成和操纵，并给出了梯度型操纵律回避奇异的一般化解释。同时指出，奇异问题和失效操纵问题是ＳＧＣＭＧ系统的两个重要问题，也是今后ＳＧＣＭＧ系统研究的主要课题。     

可重复使用空间站补给方案设想

提出了一种基于我国现有液体上面级的可重复使用太空补给方案,可用于空间站补给运送货物及废弃品转运清理。分析了空间站补给运送的任务模式及工作流程。在总结应用特点的基础上,提出了基于上面级的可重复使用空间站补给的发展路线。最后,对相关关键技术进行了初步分析。     

空间站热收集方式的气压适应性研究

热管理系统是保障空间站正常运行的关键系统,其热量收集通常涉及多种传热方式。 空间站舱内气压下降将削弱空气的对流换热能力,从而造成热收集方式的气压适应性差异。 分析了这种差异及其对空间站热管理的影响。设计了两种针对密封舱的热量收集方式,第 一种单纯用空气强制对流,第二种通过在密封舱内加装冷板,同时采用强制对流、导热和辐 射进行热量收集。首先利用简化的密封舱换热模型给出了描述两种热量收集方式气压适应性 的分析解,然后利用集成全局热数学模型分析给出了热管理系统采用这两种热量收集方式时 压力下降对空间站温度控制的影响。结果表明,当热管理系统以空气对流为主进行热 量收集时,气压下降可能导致舱内温度大幅升高;当同时采用导热、辐射及对流等多种途径 收集热量时,热管理系统的气压适应性较强,有利于空间站的稳定运行。
     

“国际空间站”系统特点分析

介绍了＂国际空间站＂的总体设计;分析了＂国际空间站＂系统设计的特点和不足,其中包括重视成熟技术和冗余设计,众多系统故障暴露出技术薄弱性,机器人系统自动化水平有待提高,以及许多先进技术规划未能实施;提出了发展中国空间站的启示与建议,如借鉴国外协力合作系统先进设计经验和科学评估安全性方法,权衡技术继承性与先进性,注重空间站系统设备的设计、维修、机器人开发和延寿问题。     

轨道误差对空间站高精度时间比对的影响分析及修正方法

针对空间站飞行轨道的特点，从理论上分析了空间站轨道误差对单向和共视时间比对的影响，并通过仿真试验对理论分析结果进行校验，研究结果表明轨道误差对空间站时间比对的影响在几百皮秒量级，是影响空间站时间比对精度的主要误差源。提出一种适用于两个地面站间进行高精度时间比对的空间站轨道误差修正方法，通过仿真试验校验了该方法的有效性。试验结果表明，该方法能有效修正空间站轨道误差，实现精度在几十皮秒量级的两地面站间的超高精度时间比对，比对基线可达上千千米。     

用指向性真空规进行空间站结构泄漏监测的设想

文章提出利用指向性真空规扫描监测空间站舱体漏率的设想:在空间站舱体外壁上实验舱和服务舱的连接处、实验舱底和对接装置的连接处、服务舱底和对接装置的连接处分别设计供指向性真空规运动的轨道,形成3个环行圈,指向性真空规在步进电机的作用下在各自的运动轨道上旋转,对空间站的外部结构进行扫描。初步分析了指向性真空规泄漏监测的灵敏度和定位精度。     

空间站的变结构鲁棒稳定控制

针对空间站的参数不确定性和环境干扰，提出将变结构控制技术应用于空间站姿态稳定控制系统的设计，所得闭环系统具有良好的动态特性和较强的鲁棒性，能够有效地克服各种不确定性因素和外界干扰的影响，同时控制器结构简单、工程易实现。     

GEO编队空间机器人系统交会方法

针对地球静止轨道（GEO）上被服务航天器的远距离和非合作特点,提出一种高自主、高协同、多任务的编队空间机器人在轨服务系统方案,实现对非合作目标的自主交会接近。首先,分析GEO卫星轨道约束力小的轨道特征和非合作的信息交互特征,给出由操作空间机器人和监视空间机器人组成的编队在轨服务系统,设计交会接近相对测量分系统以及在轨服务飞行任务;接着,给出典型远距离交会接近的多视线相对导航方法与多冲量相对制导律;最后,进行远距离交会任务仿真校验,结果表明编队空间机器人交会接近方法是有效的。