卫星能源约束检查模型改进及仿真

卫星能源约束检查模型对卫星任务规划有重要参考作用,可防止因能源不足而导致卫星故障或任务不能顺利完成。现有的能源约束检查模型存在部分问题:人为设定计算初始值,导致计算不准确;能源约束检查不通过时未给出符合能源约束的任务调整建议,导致任务不能快速调整;未对计算误差进行校正,导致误差积累。对此,提出了一种改进的能源约束检查模型,在原有模型中加入能源数据库对卫星运行的能源数据进行记录,从而准确获取初始值,并在模型中加入任务调整和遥测校正功能。该模型可实现能源约束计算自动管理及任务自动调整功能,缩短任务规划周期,提升紧急任务的执行效率。对改进的模型进行仿真,结果表明:模型预测结果与预期值相符,任务调整和能源校正功能实现良好,能实际应用到运控系统中进行规划任务能源约束检查和能源管理。     

GEO卫星能源分系统状态切换时间精确预报算法

为提供GEO卫星星蚀的起止时间,精确预报卫星能源分系统状态切换时间,以利于卫星在轨安全管理,提出了一种新的星蚀计算方法。不仅能准确预报星蚀起止时间、星蚀类型,而且可精确预报能源分系统状态切换时间。算法已成功地用于实际卫星管理。     

遥感卫星在轨可用性约束条件分析及对策

从任务注入、设备控制、信息获取、数据传输、能源平衡五个维度,分析了制约遥感卫星在轨可用性的瓶颈因素;提出新一代遥感卫星运控策略,采用"宏指令"取代"指令模板",提升卫星操控性;采用"动态规划"取代"静态规划",提升星载资源在轨使用效率;采用"自主指令序列优化"取代"被动执行预设指令",提升成像获取和数据传输任务的执行效率。某领域遥感卫星在轨测试和地面仿真表明,与传统运控模式相比,任务注入效率提升了约5倍,操作接口复杂度降低了约94%,并显著提升了星载能源、存储资源、对地数据传输资源的使用效率。     

空间操作中的灵巧飞行控制方法

空间操作中的灵巧飞行控制是指通过模仿生物的决策与运动方式,采用多种执行机构相互配合协调控制完成空间操作任务,在任务过程中能够进行实时决策且各项性能指标均能达到最优。文章引入灵巧控制的思想,提出了一种灵巧飞行控制方法。按照生物运动协调的方式,采用冗余执行机构各取所长协同配合,利用计算智能结合人类智慧完成对失效卫星的接近轨迹规划,实现抓捕过程中可达性、精准性、敏捷性、平顺性与鲁棒性的全优。采用神经网络完成对轨迹规划结果的学习,将规划和控制合二为一。对失效卫星的跟瞄、接近和捕获过程仿真表明:采用传统规划与控制方法的服务卫星无法在失效卫星状态突变时完成抓捕,而采用灵巧飞行控制方法的服务卫星,在失效卫星翻滚状态发生突变时能进行快速决策,成功对失效卫星进行捕获,且接近抓捕过程的性能指标比失效卫星翻滚状态未突变时几乎没有损失,从而验证了灵巧飞行控制方法的可行性和有效性。     

高分多模卫星工作模式设计与在轨验证

针对高分多模卫星多有效载荷、大数据量、复杂敏捷成像等特点,根据多用户对图像质量、成像模式、获取时效性等应用需求及设计约束,提出了高分多模卫星发射入轨、轨道控制、正常运行、任务执行等各工作模式。其中,针对任务执行模式的敏捷成像模式、数据存储与传输模式、特定区域快速获取模式进行了详细论述。在轨测试结果表明:高分多模卫星工作模式设计正确、合理,卫星任务执行效率高、运行稳定,可以满足用户使用要求。     

高分多模卫星飞行程序设计及验证

高分多模卫星(GFDM-1)兼具高分与敏捷特性,具备多种敏捷成像模式,同时具备自主任务管理功能。其飞行程序设计具有在轨工作模式多样、工作状态复杂且耦合性强等特点,首次采用天地一体的自主任务管理方式进行飞控实施。因此,在飞行程序设计中重点开展了事件时序设计和优化,合理设计并行时序并综合采用多种执行方式对事件流程进行优化,实现快速状态建立;针对卫星设计和敏捷特点分析,识别太阳翼展开及捕获跟踪、多模式高频度的载荷任务规划、中继数传模式等关键事件,对其开展地面仿真进行设计优化。高分多模卫星在轨应用和验证结果表明:卫星在轨运行良好,各飞行事件有序开展,飞行程序设计合理有效。     

空间站机械臂任务规划方法

任务规划技术是航天任务执行过程中的核心关键技术,针对空间站机械臂的外自主行为受限、行为多样、分支众多,存在多类型约束以及多资源条件限制等特点,对空间站机械臂任务规划方法进行研究。对任务需求进行分析形成月事件,地面工程师给出将任务分解为子任务的建议,将月事件分解为具有逻辑关系的飞控事件,飞控事件集合描述了航天器不同的行为及不同模式下的行为,每一个模式下的飞控事件由控制动作或控制动作序列构成,建立了分层规划对象模型。同时,构建状态空间集合描述时变的器上状态和状态值,在飞控事件层和控制动作序列层建立状态推理模型。采用多约束逻辑表达式对联合约束进行描述,将运动飞控事件进行归一化设计。在时间的调度和资源条件限制下在规划器中进行迭代求解,生成地面控制动作序列,实现任务目标并用于任务实施。在空间站机械臂在轨任务中验证了该方法的正确性和高效性。     

一种面向成像卫星的启发式分层任务规划方法

针对成像卫星运控系统设计中的高计算效率、动态任务调整应用需求,提出了一种启发式分层任务规划方法,采用资源预算、分层规划、约束复核、动态调整的思路构建任务调度路径,利用启发式贪婪策略逐级引导任务规划求解过程,通过在每一层上缩减问题规模实现解空间的分步降维,加速任务规划计算。提出低收益任务消减和冲突任务消解策略处理应急动态任务请求,实现在保证原规划方案结果继承性基础上响应新任务输入。仿真验证结果表明所提算法能够有效规划高密度任务,同时具备较好的计算性能。     

中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型及算法研究

中继卫星多址链路调度问题是中继卫星系统应用中必须解决的重要问题,其重要特点在于,中继卫星与用户航天器之间并非时时可见,因此通信任务存在可见时间窗口约束。只有在可见时间窗口内,通信任务才可能执行并完成。在进行合理假设的基础上,采用人工智能中的约束规划技术,建立中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型,并提出了基于时间窗口期望值的多步迭代算法。应用结果表明,中继卫星多址链路调度模型的建立与求解是合理的。     

中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型及算法研究

中继卫星多址链路调度问题是中继卫星系统应用中必须解决的重要问题，其重要特点在于，中继卫星与用户航天器之间并非时时可见，因此通信任务存在可见时间窗口约束。只有在可见时间窗口内，通信任务才可能执行并完成。在进行合理假设的基础上，采用人工智能中的约束规划技术，建立中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型，并提出了基于时间窗口期望值的多步迭代算法。应用结果表明，中继卫星多址链路调度模型的建立与求解是合理的。     

一种直接入轨卫星变轨阶段的供电方案

相比传统的卫星自身变轨方式，直接入轨方式下卫星的主动段时间将延长到4～5h。为解决卫星直接入轨过程中由于主动段时间大大加长，导致卫星电能需求的增加，以及电源系统配置不必要的质量增加的问题，文章提出了一种在发射和变轨阶段通过运载火箭上面级向卫星供电的方案，即在上面级上增加了一套独立的一次性电源系统。该系统与卫星自身电源系统相结合，在发射和变轨期间优先使用，卫星自身电源根据负载用电情况自主介入，能很好地解决卫星直接入轨方式下主动段的电能需求问题。     

倾斜轨道卫星能量平衡优化分析方法

倾斜轨道卫星的光照条件和外热流变化规律复杂,使得卫星负载功率和输入功率处于复杂动态变化之中,这给卫星能量平衡准确分析带来很大的困难。文章提出一种基于卫星能量动态关联模型的能量平衡优化分析方法,通过合理选择电源工作模式和准确定位卫星最恶劣能量平衡情况,实现电源系统合理配置,优化能量平衡分析流程。以某倾斜轨道卫星的能量平衡优化分析实践为例,应用该方法建立的能源动态关联模型,可以准确确定太阳电池阵输出能力和储能设备容量,减小电源系统质量和尺寸,由此表明该分析合理、可行。     

近地星座异面遍历交会轨道全局优化

根据J 2摄动对轨道面的长期影响规律，提出了一种在近地低轨道星座卫星之间进行异面轨道交会的解析近似方法，并用于建立多星多约束遍历交会的混合整数规划模型，能够快速获得多星交会次序、交会时刻的最优解。仿真算例表明提出的方法适用于在轨服务、构型重建等类型任务的快速优化，计算速度和燃料消耗优于以往类似算法。     

静止轨道卫星姿态偏置对天线方向图影响的分析

地球静止轨道（GEO）卫星通常具备滚动、俯仰姿态偏置能力,即卫星滚动或俯仰姿态控制目标角度不是0°,而是某一设定角度,以便卫星定点位置改变时也能确保天线方向图覆盖满足要求。文章对某GEO卫星姿态偏置后对天线方向图及卫星其它性能的影响进行了分析,给出了卫星姿态偏置情况下天线覆盖区域的计算方法,在计算时考虑了卫星轨道倾角的影响。分析结果表明：由于卫星天线方向图设计时均有一定的设计裕度,卫星定点位置发生变化时,通过进行姿态偏置,可使其天线方向图满足用户使用要求,卫星在轨测试及运行结果也验证了这一结论。     

卫星星上功率电缆热特性研究

文章根据某卫星在轨工作工况,对星上功率电缆的热特性进行了理论计算,以此为基础结合卫星在轨外热流环境条件,提出了整星状态下的试验验证方案,通过试验验证获取了星上功率电缆在整星状态下的温度参数分布,对获取的温度数据及其环境特点进行了分析,获得了星上功率电缆的热特性,对电缆在卫星内的走向、固定方式等提出建议。研究成果可为后续卫星功率电缆相关设计提供参考。     

基于DBF的波束功率控制及优化设计技术

低轨卫星系统近年来得到了广泛的关注和发展,卫星的轨道高度低,具有传输延时短、路径损耗小的特点,可以为小型化用户终端提供服务,但也存在单星覆盖区内路径差异大、卫星业务分配不均和工作动态范围大的问题。针对这些问题提出了一种适用于低轨卫星的波束优化设计方法,采用地球匹配波束设计,来实现更好的链路质量和覆盖效率。在下行波束设计中,通过唯相位加权优化设计方法,在满足波束增益要求及波束间C/I的基础上,实现了单波束功率由0%~100%的调整能力。针对低轨卫星移动通信业务随时间变化,导致发射组件输出功率长时间工作于回退状态的特点,提出了一种通过卫星业务处理器实现业务量变化与功放的最佳效率供电电压匹配调整的星上自适应功放功率随动技术,使得功放平均效率有效提高,减少了天线的平均功耗和热耗。     

电子侦察卫星的情报侦察能力分析

电子侦察卫星作为现代战争中情报侦察的重要手段之一,发挥着越来越重要的作用。首先概述了电子侦察卫星的工作过程,构建了电子侦察卫星的侦察模型,采用数据仿真的方法,从瞬时侦察覆盖范围、侦察覆盖区域、飞行周期、重复侦察周期、侦察有效时间等方面对电子侦察卫星的情报侦察能力进行分析,分析结果可为电子侦察卫星的作战使用研究提供一定的理论依据。     

航天测控系统卫星鉴定技术研究

针对基于卫星的航天测控系统精度鉴定技术开展了深入的分析和研究,提出了较为全面的卫星鉴定的思路和技术途径。在时序比对统计方法的基础上对利用卫星进行系统误差分离的方法展开了深入研究,并将比对估计统计方法和"EMBET"自鉴定方法有机结合起来。通过可行性分析和工程应用充分验证了利用卫星对航天测控系统进行精度鉴定的可行性、正确性和优越性。     

卫星电源系统优化设计

对卫星电源系统进行总体优化设计是提高其可靠性和性能,减轻重量的一条重要途径。以太阳同步轨道卫星为背景,研究了太阳电池阵/蓄电池组联合电源系统的优化设计。包括以下内容:(1)轨道光照条件的计算方法;(2)研究了固定展开式、一个自由度对日定向式和两个自由度对日定向式等构型的太阳阵的最佳应用范围,建立了太阳阵的直流分析模型;(3)建立了蓄电池组的容量设计方法和直流分析模型,对蓄电池组的组成和充电方式,能量多圈平衡等问题进行了优化分析;(4)以太阳阵的输出功率为目标,对峰值功率跟踪(PPT)和直接能量传输(DET)两种太阳阵功率调节方式的应用范围进行了分析和比较。以电源系统的重量功率比最小为目标函数,对四种典型DET方式的电源系统配置方案进行了优化比较;(5)建立了以母线为核心的电源系统的交流小信号模型,导出母线阻抗,稳定性,瞬态响应和纹波的分析方法,对母线性能进行了优化设计;(6)对SEDSAT-1小卫星电源系统进行了仿真实验,部分验证了上述研究结果。本文的研究可用于电源系统总体设计的方案比较和方案优选过程。它将有助于定量地比较和优选电源系统设计方案,并实现降低重量功率比和提高性能的目的。