一种遥控异常情况下的卫星安全管理方法

针对卫星在轨管理过程中出现的数管直接指令和地面直接指令无法正常执行的遥控异常,从卫星遥控信息的传输流程、遥控译码的工作原理入手,对导致直接指令执行异常的因素进行了排查,定位了异常原因为遥控译码故障。提出了对于单一频段遥控通道的卫星,通过调整部件的指令控制策略和将直接指令转换为数据指令的方法来实现卫星管理;对于多个频段遥控通道的卫星,除以上两种方式外还可以通过拓展遥控上行通道的方法,增加遥控上行冗余度来降低遥控译码通道异常的风险。所提出的安全管理方法经故障卫星在轨管理阶段的试验验证,在一定程度上有效控制了因一路译码故障给卫星安全带来的风险,可为卫星其它重大故障的及时发现、定位和有效规避提供参考。     

基于信息一致性的分布式卫星姿态同步研究

针对分布式卫星自主姿态同步问题,提出了一种基于信息一致性的姿态协同及跟踪控制方法,它采用信息一致性的理论,通过设计卫星间的信息传递模型来解决分布式卫星间的姿态同步问题。文中分别给出了姿态协同及姿态跟踪两种控制方法,并对其稳定性进行了分析。最后针对两种信息拓扑模型,以实际的多颗分布式卫星和PWM(脉宽调制)喷气系统进行仿真实验,表明了本文方法有效地实现了姿态的协同及跟踪。
     

多设备协同测试中雷达数据帧同步方法

在多设备协同测试系统外场联调中,WEIBEL弹道测量雷达的实时弹道数据作为引导源输入至融合处理中心.试验发现,按照设备用户手册中介绍的实时数据输出的帧结构,采用常规的标志位确定帧头的方法无法实现帧同步,导致引导数据不能正确还原,这在多设备协同测试中是一个致命问题.论文通过分析实测的数据帧结构及实时数据传输信号,提出了利用CRC校验位实现帧同步的方法.试验表明,这一方法能够可靠解决多设备协同测试系统雷达引导数据的帧同步问题,为融合处理中心正确还原雷达引导数据提供了技术支撑.     

对地观测卫星编队协同容错姿轨耦合控制

面向对地观测场景下卫星编队的姿轨耦合特性和完全失效故障,提出了基于空间构型重构的协同容错控制方法。首先,根据对地观测的任务需求,分别建立了无故障情况下的卫星编队构型,以及故障发生后将故障卫星移出编队的构型重构方案,包括拓扑网络重构、卫星编号更新和编队构型重构算法;其次,根据上述构型,考虑外部干扰和姿态轨道耦合特性,设计了基于非奇异终端滑模控制的分布式控制律,使得编队在有限时间内稳定,即在故障发生前后卫星编队都可以实现对观测区域的协同覆盖;最后,分别通过数值仿真和实验验证表明了所提方法的有效性。     

微小卫星综合电子系统设计

微小卫星综合电子系统采用集中管理、分散控制的设计思想,以充分发挥软件作用为指导原则,即采用星上网和嵌入式管理执行单元技术手段,构建微小卫星综合电子系统,文章重点讨论了系统设计。     

北斗三号卫星综合电子系统设计

作为在轨网络化与智能化信息处理的中心，北斗三号卫星综合电子系统采用分级分布式网络体系结构，以网络化、扩展性、高可靠为原则，实现星座复杂业务信息统一处理和共享。基于标准空间链路协议、空间子网与星内子网分级网络拓扑实现通信网络化，基于接口标准化实现软硬件模块灵活扩展，基于分级故障检测与处置、功能与信道容错、可靠重构与维护及自主健康与任务管理技术保证卫星服务连续性。工程实践表明，北斗三号卫星综合电子系统有力支持分组分批研制及长期可靠智能自主运行，为未来大型复杂航天器电子信息系统的设计提供参考。     

基于TTEthernet的综合电子系统通信网络研究

星上总线技术是综合电子系统的关键技术之一,决定了星上电子设备的功能划分及整星信息系统的可靠性设计。选择时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTEthernet)作为综合电子系统的核心总线,从网络通信机制、时间同步计算和容错性能等方面分析了TTEthernet的特性及其星载应用的优势,并在此基础上构建基于TTEthernet的综合电子系统通信网络,提出了该通信网络在拓扑结构、系统同步过程和通信协议等方面的具体实现方法,对TTEthernet在卫星中的应用进行了探索,可为TTEthernet在航天领域的研究与应用提供借鉴。     

ARINC659总线在航天器综合电子系统中的应用研究

ARINC659总线是一种标准的多点串行通信总线,具有完备的数据通信确定性和容错性特点,非常适合在对可靠性和冗余容错性要求较高的航天器综合电子系统中作为标准背板总线。文章在对ARINC659总线架构以及通信机制研究的基础上,结合综合电子系统的标准总线体系结构,重点对基于ARINC659总线的综合电子硬件模块、软件驱动程序和表程序设计等内容进行了详细描述。应用ARINC659总线,不仅能提升航天器综合电子通信的确定性和容错性,也能使综合电子系统的设计由事件触发向时间触发模式转变,由集中式控制管理向分布式并行处理转变,从而显著提升航天器综合电子系统的故障定位、并行数据处理、快速组装与测试能力,以及提高航天器综合电子系统资源的利用率。     

航天器自主热控功率波动抑制方法

在现有智能化卫星综合电子系统的基础上,针对自主热控功率波动问题,文章提出了一种航天器自主热控功率波动抑制方法。该方法将自主热控划分为温度采集、占空比控制、功率波动控制、回路开关控制共4个步骤。通过智能功率驱动芯片实现了短时间内批量切换加热回路通断状态。在此基础上,以控温周期为单位实现了对各加热回路的矩阵式占空比控温。通过调整控温周期内加热器开关矩阵分布,抑制自主热控过程中的功率波动。经地面试验验证,本文设计的方法在满足热控需求的基础上,降低了自主热控过程中出现的峰值功率,并对各控温周期间和控温周期内的功率波动起到了良好的抑制作用,已在多颗智能卫星上得到应用并取得预期效果,可为后续航天器软件设计提供参考。     

基于IM/DD体制的星间激光通信测距技术

随着当前低轨卫星组网星座计划的日益增加，对卫星间高精度校时、测距需求也越来越迫切。提出基于直调直检IM/DD（Intensity Modulation with Direct Detection）的测距技术的实现方法，使其能同时兼顾测距精度及系统成本。基于IM/DD的测距是利用高精度的秒脉冲到达时间来测量距离。使用IM/DD光通信的数据传输方式，在正常的数据帧传输中插入少量的测距信息，无需中断正常的通信模式，也无需网络时钟频率同步，数据帧的发送周期也无需与秒脉冲保持同步关系，即可使用双向单程测距方法进行测距。使用秒脉冲对本地时钟进行频率测量，对测距过程参数进行修正，只需要采用普通晶体振荡器作为本地时钟源，不需要使用高精度测距通常所需的全网络同步时钟信号或者高稳定度时钟源，便可以达到IM/DD通信码元时间量级的测距准确度和精确度，同时降低了时频同步系统的复杂度、对元器件的要求以及整个通信测距系统的成本，解决了现有技术中测距精度及系统成本不易同时兼顾的问题。     

编队卫星姿态的自适应协同控制

研究了无向信息交互条件下的多卫星姿态同步和跟踪问题,分别在模型参数精确已知和存在模型参数不确定性的情形下设计分散式协同控制算法。当模型参数精确已知时,基于滑动模态变量设计的协同控制力矩,实现了编队卫星姿态的同步机动,即保证编队卫星姿态的同步,并同时跟踪期望的时变参考姿态轨迹。当在轨卫星存在模型参数不确定性和常值未知扰动力矩时,提出了一种自适应协同控制律,仍能实现多卫星姿态的同步机动。基于Lyapunov-Krasovskii的分析表明,当星间链路存在任意未知的定常通讯时延时,本文设计的控制器有效。数值仿真算例验证了本文提出的控制算法。     

一种卫星通用遥控指令译码器设计

针对卫星传统遥控指令译码器已经无法满足通用性、适应性、好用易用及批量生产的要求,提出了一种新型遥控指令译码器设计。与传统遥控指令译码器相比,新型遥控指令译码器能够同时适应脉冲编码调制(PCM)遥控体制和空间数据系统咨询委员会(CCSDS)分包遥控体制的两种标准;并且配置了两种输入接口,既能直接接收地面发送的直接指令帧进行译码输出,又能接收星载计算机发出的间接指令帧进行译码输出。新型遥控指令译码器配置的与星载计算机的接口以及具备的自主健康管理功能,非常适用于有智能化自主运行管理需求的卫星。该译码器通用性和适应性强,非常适用于高集成度的抗辐照专用集成电路(ASIC)器件研制,以及高可靠性和长寿命产品的批量生产。新型遥控指令译码器设计已在新遥感平台及相应的卫星研制中得到验证。与传统遥控指令译码器相比,新型遥控指令译码器的功能、性能均得到显著提高。     

高码率可编程帧同步器

印度的第一颗遥感卫星在1988年3月17日从苏联航天站发射到904km的极地太阳同步轨道。从卫星发送的数据高码速率如下:在S波段是5.2Mbps,x波段是10.4Mbps,载荷数据格式是常用的8328字格式。在数据处理系统的各研制阶段,为测试数据已研制了一种独特的可编程通用帧同步器和分路部件。它可以工作到50Mbps,处理的帧码组长度达128位,每帧长度为2e~(20)位码。此设备可在前面板设置允许误码和码位滑动。本文描述了专为IRS飞行器研制的高码率帧同步器的设计和工作过程。简介指标,系统结构同步方法,码位滑动及测试情况,表明该同步器已获得广泛应用。本设备将大大改善系统的工作性能。     

基于长短时神经网络的卫星陀螺仪故障检测

针对卫星陀螺仪故障检测中存在的冗余依赖、微小故障覆盖问题，提出一种基于长短时神经网络(LSTM)的故障检测方法。首先对卫星陀螺仪建模，考虑到卫星姿态控制回路对陀螺仪微小故障覆盖影响，利用半物理仿真平台采集陀螺仪正常与故障数据；然后使用部分正常数据训练LSTM神经网络，使得网络具有预测陀螺仪输出的能力，并将另一部分正常数据输入到训练好的网络模型，得到预测误差，进一步设定故障阈值；最后，将测试数据输入提出的故障检测模型，仿真验证其时效性和准确性。结果表明，在采样频率为10Hz时，对于陀螺仪的卡死、噪声以及偏差故障，基于LSTM神经网络的故障检测模型能在故障发生2s内检测出故障，并达到了98.9%的准确率。     

同步卫星信息反馈校验指令控制方式中的执行指令

信息反馈校验指令控制方式普遍运用于同步轨道静止卫星的指令控制系统中。文献<1>在执行指令为占有独立付信道的单音脉宽执行码的前提下,讨论了系统的性能。本文则从更一般的角度出发,重点分析了执行指令在同步卫星指令控制系统中应用时的约束条件,讨论了可实现的途径并给出了执行指令操作过程的概率特性分析和指令系统的特性分析。利用本文所提供的分析方法和导出的结论可以完成对系统性能的评价和工程设计计算。     

卫星星地时差测量监控方法研究

卫星的正常运行和应用依赖于卫星时钟与地面时钟的精确同步,精确测量星地时差是确保星地时间校正准确性的关键。针对非相干扩频体制,采用基于遥测帧星时与测距时延以及基于测距下行测量帧星时与测距时延两种方法进行星地时差测量监控,能够支持综合测试和在轨运行的星地时差测量工作。     

应用国产芯片的星载高可靠综合电子系统设计

星载综合电子系统是面向空间复杂不确定环境,通过高性能计算单元实现信息获取、资源调度及任务规划的信息系统。针对目前综合电子系统的高可靠性和国产自主可控性的不足,文章设计了一种应用国产高性能CPU和SRAM型FPGA的星载高可靠综合电子系统,具备多模冗余和故障自主检测恢复能力。同时,提出了具备防误触发设计的短时断电恢复方法以及具有容错模块的双机备用系统设计方法,解决了星载常加电单机的单粒子闩锁恢复问题,建立马尔可夫容错模型计算综合电子系统的可靠性指标,提高了可靠度计算的准确性。     

基于反熔丝型FPGA的有效载荷可重构技术

针对在轨卫星功能维护、扩展和更新的需求，设计一种星载FPGA可重构方法。通过硬件三模冗余、软件三模比对，提高星载信号处理FPGA配置的可靠性；通过地面向卫星配置FPGA发送擦除、写、读指令，实现星载配置数据存储FLASH芯片的擦除、写、读操作，从而实现星载信号处理FPGA的重构，进而可以实现有效载荷功能的在轨更新或升级，减少硬件重复开发，降低成本。     

嫦娥五号探测器多舱段间接力式校时及误差控制方法

为优化嫦娥五号探测器操控,达到通过给任意具备测控链路的舱段校时即可实现多舱段组合体时间同步的目标,提出了一种接力式校时及误差控制方法。该方法通过相邻舱段间接力式时间传递实现舱段间时间自流动。设计了基于飞行模式的时间基准设备检索方法,通过统一的检索配置表使各设备能够根据飞行模式识别上级时间基准设备,实现了各舱段的自主校时。设计了总线控制器(Bus controller,BC)与远置单元(Remote terminal,RT)间的分布式时间传递误差控制方法,BC端修正时间信息发送时产生的误差,RT端控制时间信息接收时引入的误差,保证了整器时统精度。研究方法实现了多舱段复杂航天器的器内自组织时统,已在嫦娥五号探测器上得到应用并取得预期效果,可为后续航天器软件设计提供参考。     

星载FlexRay总线应用层传输方法研究

现代卫星星上综合电子分布式拓扑结构,作为电子系统信息交互媒介的数据总线,其性能直接影响着星上电子系统的信息交流与共享。文章选择了新一代车载FlexRay总线作为星上电子系统数据总线,结合星载应用,阐述了FlexRay总线的数据帧结构,给出了卫星应用FlexRay总线静态段时隙和动态段"微时隙"大小的计算方法,并定义了FlexRay总线动态段、静态段的时隙参数。最后,分析了星上电子系统的工作模式,配置了FlexRay总线星上时隙。此应用层传输方法能够满足卫星应用FlexRay总线的通信实时性和稳定性要求。