北斗三号卫星共视时间比对性能分析

为评估现阶段北斗三号卫星共视时间比对性能，基于中科院国家授时中心(NTSC)和捷克光电研究院(TP)各自保持的国家时间基准系统，开展了基线长度约7500 km的北斗三号卫星亚欧共视时间比对试验。首先从单站北斗卫星可视数及其卫星高度角两方面进行了分析，然后利用频率响应法确定Vondrak滤波平滑因子后对共视比对数据进行了降噪处理，最后将北斗三号卫星共视时间比对结果与北斗二号卫星及GPS共视时间比对结果进行了比较。结果表明：在当前北斗全球组网阶段，北斗三号卫星在中捷共视可视卫星数比北斗二号卫星少的情况下，其共视时间比对精度达到1.16 ns，较北斗二号提升约19%，10000 s以内的时间和频率稳定度也优于北斗二号。     

融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统设计

随着北斗系统全面建成,北斗短报文在我国卫星测控领域的应用逐渐展开。为了充分利用北斗短报文双向通信功能、保密性好、全球覆盖等特性,参考国际空间数据系统咨询委员会（Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS）的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换（XTCE）标准,提出了融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统设计方法。首先,分析了CCSSDS XTCE和北斗短报文的应用现状;其次,考虑到北斗短报文的容量限制,设计优化了卫星遥测遥控数据传输格式和内容;再次,针对北斗短报文传输特性,探讨了加密通信方法;最后,为保证遥测遥控数据传输的正确性与可靠性,设计了数据连续识别和丢包补发方法。结果表明,融合北斗短报文与CCSDS标准的卫星遥测遥控数据系统,可以为提高卫星的设计与科学使用提供参考。     

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。     

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GPS与北斗短报文通信的无线定位装置设计

针对飞行器在飞行完成后搜寻人员不能准确、快速地回收存储器的问题,提出一种运用全球定位技术和北斗短报文通信技术设计的无线定位装置,完成存储器落点搜寻任务。装置通过GPS定位获取实时位置坐标,然后通过北斗短报文通信实现位置坐标的转发,最后通过地面相应的接收设备完成位置信息的接收。搜寻人员根据接收到的位置坐标,即可实现对存储器的有效定位及可靠回收。设计的无线定位装置结构简单,水平定位精度为2.5m。经过实际测试,定位装置能够可靠地完成定位信息的获取与转发,具有良好的应用前景。     

卫星混编数据地面接收快视系统的设计与实现

提出了一种针对多遥感器、多数传通道的陆地观测卫星地面接收快视系统设计的新思路,即当星上有效载荷压缩数据与未压缩数据混编下传时,在地面接收站只需从混编基带数据中提取未压缩数据,进行帧同步与去格式处理后实时快视,即可达到既能实时监测数据接收质量,又简化地面接收系统设计的目的。     

超长UDP数据包预分片与重组技术研究

为了解决航天试验通信网传输超长UDP数据包存在的丢包问题,提出一种超长UDP数据包预分片与重组方法。在分析IP网络分片重组机制的基础上,研究航天试验通信网传输超长UDP数据包丢包问题的原因和内在机理,基于LSP技术,在发送主机中将超长UDP数据包预先分割成短UDP包后交由网络传输,在目的主机对短UDP包重组。实验结果表明,方法可以有效避免超长UDP数据包在网络传输过程中产生的分片与重组操作,提高网络转发效率,确保超长UDP数据包传输畅通、可靠、高效。     

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。     

卫星遥测数据实时压缩算法设计与实现

为了满足多星并行遥测数据处理和海量数据高并发分析的性能需求，便于后续进行数据挖掘、智能预警，本文提出并实现了一种卫星遥测数据实时压缩算法。针对遥测数据的特点，提出了遥测自适应分类方法，采用改进型RLE（Run Length Encoding，行程编码）压缩和增量压缩结合的算法，结合数据库技术，实现了遥测数据的压缩。在某型号卫星研制项目中，采用了该算法进行数据压缩，统计分析表明：该算法起到了很好的压缩效果。     

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。     

SpaceWire星载网络通信协议设计

SpaceWire是ESA和NASA推荐的新一代星载数据总线标准,其应用方向之一是构建统一总线星载网络。星载网络是典型的实时系统,它对网络信息的传输时延具有严格要求。然而,传统SpaceWire网络多源、异步、事件触发的特性使它难以提供确定的信息传输时延,这制约了它在统一总线星载网络中的应用。本文为克服SpaceWire的上述应用瓶颈,提出一种基于时间触发的SpaceWire星载网络通信协议,并提出相应的节点通信调度算法,通过合理的规划使节点在确定的时间窗口发送通信数据,从而避免了网络资源冲突,使信息传输时延的确定性得到保证。     

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。     

机载LTPB与FDDI网络分析与比较

对ＬＴＰＢ和ＦＤＤＩ两种光纤数据总线的拓扑结构、传输协议和消息延时等特性进行了比较分析。ＬＴＰＢ总线是为航空电子系统设计的网络协议，它具有功耗低，容错能力和实时性强的特点，将成为未来飞行器上总线系统的主流。ＦＤＤＩ可支持很大的网络规模，技术成熟成本低，因此适合于大型民用机载应用环境     

Ground and on-orbit command and data handling architectures for the Active Rack Isolation System microgravity flight experiment

The Active Rack Isolation System [ARIS] International Space Station [ISS] Characterization Experiment, or ARIS-ICE for short, is a long duration microgravity characterization experiment aboard the ISS. The objective of the experiment is to fully characterize active microgravity performance of the first ARIS rack deployed on the ISS. Efficient ground and on-orbit command and data handling [C&DH] segments are the crux in achieving the challenging objectives of the mission. The objective of the paper is to provide an overview of the C&DH architectures developed for ARIS-ICE, with the view that these architectures may serve as a model for future ISS microgravity payloads. Both ground and on-orbit segments, and their interaction with corresponding ISS C&DH systems are presented. The heart of the on-orbit segment is the ARIS-ICE Payload On-orbit Processor, ARIS-ICE POP for short. The POP manages communication with the ISS C&DH system and other ISS subsystems and payloads, enables automation of test/data collection sequences, and provides a wide range of utilities such as efficient file downlinks/uplinks, data post-processing, data compression and data storage. The hardware and software architecture of the POP is presented and it is shown that the built-in functionality helps to dramatically streamline the efficiency of on-orbit operations. The ground segment has at its heart special ARIS-ICE Ground Support Equipment [GSE] software developed for the experiment. The software enables efficient command and file uplinks, and reconstruction and display of science telemetry packets. The GSE software architecture is discussed along with its interactions with ISS ground C&DH elements. A test sequence example is used to demonstrate the interplay between the ground and on-orbit segments.     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

一种星-箭连接动态界面力的深度学习反演方法

针对于星-箭连接动态界面力无法通过力传感器直接测量,且典型时域动载反演方法难以准确计算界面力的时域变化等难点,提出了基于长短时记忆(LSTM)神经网络的星-箭界面力深度学习反演方法。首先通过卫星地面测试试验得到数据依据,以卫星主体结构的加速度测量数据为输入层,以星-箭界面力测量数据为输出层,利用LSTM神经网络建立输入和输出间的反演映射关系模型,实现卫星在发射过程中较高精度的界面力反演。进而,设计并开展了某典型卫星结构的正弦扫频和随机振动实验,测试LSTM界面力反演方法的可行性。结果分析可知,所提出的基于LSTM深度学习反演方法能够精确地获得动态界面力时程数据,两项性能指标均优于目前典型的载荷反演方法。     

基于广义卡尔曼滤波的伪距组合GPS/INS导航

提出了一种利用广义卡尔曼滤波进行GPS/INS组合导航的技术 ,同时给出了一种最优选星算法。采用间接的反馈校正设置 ,直接利用伪距数据和不受噪声污染的星历数据。利用该方法 ,组合导航精度高 ,在导航过程中若丢失GPS信息 ,短时间内单纯INS的导航精度仍能保持。恢复GPS信号后组合系统继续正常工作。     

基于粒子群优化核极限学习机的北斗超快速钟差预报

针对卫星钟差序列中非线性特性较为复杂和超快速钟差预报精度较低的问题，将核极限学习机算法引入到北斗超快速钟差预报中。首先，将极限学习机进行优化，引入粒子群优化算法来选择核极限学习机所需的核参数和正则化参数；然后，将优化后的方法应用到超快速钟差预报中，并给出了利用该方法进行超快速钟差预报的步骤；最后，在分析iGMAS提供的实测北斗超快速钟差数据的基础上，选用单天和多天数据进行短期预报。结果表明：在短期预报6h范围内，利用本文提供的优化方法解算得到的超快速钟差预报精度明显优于二次多项式模型和周期项模型，并且采用此方法得到的超快速钟差预报产品与iGMAS提供的超快速钟差预报产品(ISU-P)相比，GEO、IGSO和MEO卫星的预报精度分别提升了50.51%、46.98%、40.67%，其与最终精密钟差的符合程度显著 增强 。