以综合电子技术构筑航天器智能化的坦途

未来航天任务要求航天器具备在轨智能处理的能力,而综合电子系统是航天器智能化的中心。一种为未来智能化应用开发的航天器综合电子系统,将传统的遥控、遥测和数据管理功能集成为一个简便易用的标准服务功能包,同时在具有统一信息网络服务的通信能力,以及支持分布并行计算、模块化扩展升级、系统重构的计算能力和存储能力等,为在轨智能处理建立了所需的硬件和软件支持。利用这些基础结构,应用过程可以专注于航天器智能处理的实现,从而完成各种复杂任务。     

星上遥感影像在轨处理进展研究

从星地数传、高时敏任务等对星上遥感影像在轨处理的需求出发，本文对美国、欧洲以及国内主要的星上遥感影像在轨处理进展进行了研究；以此为基础，结合星上遥感影像在轨处理框架与深度学习等智能处理技术，分析了高性能星上智能处理平台构建、基于深度学习的遥感影像在轨智能处理、多源遥感影像数据在轨融合处理、星地协同数据处理及在轨更新等星上遥感影像在轨处理关键技术；最后，对星上遥感影像在轨处理未来发展趋势进行了总结，为进一步提升遥感卫星在轨应用效能提供参考。     

成像卫星在轨智能处理技术研究进展

从成像卫星在轨智能处理技术的重要性出发,分析了现阶段国内外研究现状,并总结了星上计算资源受限、实时性要求高、缺少大规模数据集、空间环境特殊性等在轨智能面临的主要挑战.针对问题,系统总结了智能算法、硬件平台和优化技术三个方面的相关技术,其中对于遥感目标智能检测算法,详细描述了数据集、模型架构、实时性等多个方面.最后,对成...     

一种敏捷卫星高集成数传控制单元设计与验证

针对敏捷卫星高速数传分系统现状与需求,设计了一种新型高速数传控制单元。该数传控制单元功能密度比高,选用高可靠、长寿命、抗辐照宇航元器件,采用标准化结构设计,热设计和抗力学设计满足空间环境要求,支持CAN总线、RS422总线、RS485总线、秒脉冲等接口功能,具备时间管理、数传任务自主执行、系统重构、自主安全模式、批指令开关机和灵活支持在轨处理与传输业务等多项功能。可满足高可靠、集成化、小型化、抗辐照、长寿命等特点,支持多类型不等长带参数指令、目标单元开关机和数传分系统I、II、III、IV类遥测采集等功能,支持十六大类模式百余项分系统工作组合,完成了数传分系统任务执行由面向功能提升到面向应用,增强了数传系统易用性、自主性和可靠性,可广泛应用于后续高分辨率敏捷遥感卫星。     

基于SpaceVPX架构的星上高速载荷数据实时处理平台设计

针对星上载荷数据速率提高,现有处理平台无法支持高速载荷数据实时处理、快速应用的问题,文章通过对卫星在轨处理需求的分析,介绍了基于SpaceVPX标准的星上载荷数据高速数据处理平台的设计方案,重点阐述了针对宇航应用的特殊需求所设计的自主容错和故障隔离方案,并在某光学载荷在轨图像处理系统中进行了应用验证,结果表明:采用该方法设计,系统处理速度高,可扩展、可重构性强,软件和硬件之间的关联度较弱,可为星上高速载荷处理系统设计提供参考。     

“太原号”立方星气动增阻辅助离轨帆装置

在基于IP路由交换的卫星网络中,由于受宇航级器件能力限制,大规模路由协议的处理往往成为制约网络规模的瓶颈.针对这一问题,在分析IP网络中协议数据包特点的基础上,设计了一种星地协同的路由协议处理架构方案.方案设计了新的IP路由处理架构和业务流程,增加了IP数据包的星地协同处理机制,在少量改动现有载荷设计的前提下实现对IP包的识别与分类,通过专用星地链路实现将路由协议数据包发送到地面处理.测试结果表明,相比传统处理方案,星地协同的路由协议处理架构方案当路由条目数相同时,在路由收敛时间上可体现出巨大优势;当收敛时间相同时,收敛的路由条目数极大提高.该方案突破了目前卫星IP网络的规模瓶颈,极大提升了网络规模的上限,在大规模星地协同组网、一体化网络架构中具有较高应用价值.     

一种星地协同的路由协议处理架构方案

在基于IP路由交换的卫星网络中,由于受宇航级器件能力限制,大规模路由协议的处理往往成为制约网络规模的瓶颈.针对这一问题,在分析IP网络中协议数据包特点的基础上,设计了一种星地协同的路由协议处理架构方案.方案设计了新的IP路由处理架构和业务流程,增加了IP数据包的星地协同处理机制,在少量改动现有载荷设计的前提下实现对IP包的识别与分类,通过专用星地链路实现将路由协议数据包发送到地面处理.测试结果表明,相比传统处理方案,星地协同的路由协议处理架构方案当路由条目数相同时,在路由收敛时间上可体现出巨大优势;当收敛时间相同时,收敛的路由条目数极大提高.该方案突破了目前卫星IP网络的规模瓶颈,极大提升了网络规模的上限,在大规模星地协同组网、一体化网络架构中具有较高应用价值.     

萤火一号火星探测器有效载荷数据管理分系统设计与实现

对萤火一号(YH-1)火星探测器有效载荷数据管理分系统的设计与实现进行了研究.为满足探测器轻小型化的要求,分系统对所有载荷进行集中供配电及数据采集、处理、存储和传输,同时为测控数传分系统提供遥测和供配电,配合综合电子分系统,实现对火星探测器的控制.测试结果表明分系统集成度高,处理能力强、抗辐照能力强和可靠性高.     

基于FPGA架构的高可靠在轨重构系统设计

航天设备与地面设备相比，制造成本高，对空间环境的适应性要求也高。为了延长航天器寿命，提高其在轨工作的可靠性，需要考虑航天器在空间环境下的可维护性需求。针对航天资产在轨软件实现功能维护的需求，研究空间环境应用背景下的高可靠在轨可重构技术。基于FPGA芯片在航天器领域中应用的广泛性、灵活性及可靠性，设计了一种FPGA架构下的高可靠在轨重构系统。该系统的优势在于充分利用星载设备中普遍使用的“SRAM型FPGA+反熔丝FPGA”的硬件架构，在实现SRAM型FPGA动态刷新功能的基础上仅通过软件更改来增加在轨重构功能，极大降低了硬件更改的成本，扩展了可重构功能的应用范围。在某航天器星载设备中应用该在轨重构系统，通过实际飞行经历，验证了该架构系统设计方案的可行性、可扩展性及可靠性。     

多载荷卫星高速信息处理技术研究

在某多载荷卫星数传分系统的信息处理器中，用高级在轨系统(AOS)的部分业务及功能，实现多种信息的交织、合路、纠错、数据传输和数据管理。将解扰和R-S译码2种关键技术，用于信息处理器地面测试系统的信息传输和处理，并设计为IP核，实现了与其他模块的无缝连接。在数据流仿真和高速数据接收中采用了通用化设计，提高了设计效率，减少了设计成本和时间。     

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。     

一种高速可靠的大体量星载软件重构方案设计

随着星载软件的复杂度与体量不断增加，对软件在轨重构并进行更新维护的功能愈发重要。当软件越来越大时，使用低速通道进行重构的方案在时间上难以满足在一个测控弧段内重构软件的需求。同时，大软件使得数据存储空间更为紧缺，无法使用三模冗余等传统方法保证程序数据的可靠安全。因此，本文提出了一种使用高速通道的可靠的大体量星载软件重构方案。以固化在PROM（可编程只读存储器）上的引导监控程序作为根本保障，构建一个存于MRAM（磁随机存储器）上专门用于高速重构软件的安全模式程序作为方案核心，并给星载软件加入自重构功能作为最常用的重构方式。通过地面测试与在轨实验表明：该方案能够保证大体量软件重构功能的高速度与高可靠性，让星载软件的更新与维护更加安全与便捷。     

运载火箭大容量CPCI集成数据采集与测试系统设计

介绍了一种用于运载火箭测试的CPCI数据采集系统设计方案,该测试系统针对某运载火箭测试需求,从顶层设计出发,以龙芯2F处理器为基础平台,对测试系统组成构架、硬件平台设计和软件系统设计等各个层面进行了优化设计,该系统实现了高流量、高速度的多种信号连续采集处理和发送,测试系统具有体积小、集成度高、可扩展和便于维修的特点.     

Intelligent Space All-Optical Network Technology

Microwave transmission in a space network is greatly restricted due to precious radio spectrum resources. To meet the demand for large-bandwidth, global seamless coverage and on-demanding access, the Space All-Optical Network(SAON) becomes a promising paradigm. In this paper, the related space optical communications and network programs around the world are first briefly introduced. Then the intelligent Space All-Optical Network(i-SAON), which can be deemed as an advanced SAON, is illustrated, with the emphasis on its features of high survivability, sensing and reconfiguration intelligence, and large capacity for all optical load and switching. Moreover, some key technologies for i-SAON are described, including the rapid adjustment and control of the laser beam direction, the deep learning-based multi-path anti-fault routing, the intelligent multi-fault diagnosis and switching selection mechanism, and the artificial intelligence-based spectrum sensing and situational forecasting.     

FY-2C星后端应用系统设计与业务运行调度管理

介绍了风云二号(FY-2)C气象卫星地面应用系统中计算机网络及存储系统(CNAS)的总体设计目标、功能与组成,CNAS实时业务软件系统(CROSS)在系统中的调度和管理功能,以及在轨运行情况.从顶层设计的角度分别给出了网络系统、计算机系统和存储系统的总体框架,描述C星数据采集、传输、处理、存档和检索服务实时业务系统的功能与实现方法.分析了系统采用的软件工程化与公共服务、在线与存档文件规范、前置与收工处理、质量控制、设计与实现技术,以及部署方案与技术路线等关键技术及其特点.     

SAR高速实时信号处理系统设计

合成孔径雷达回波数据速率一般高达3GSPS,如何采集、存储、压缩、传输如此高速率的数据成为一个难点。文章在分析了SAR回波数据特点的基础上,设计并实现了一个SAR高速实时信号处理系统。该系统以FP-GA为核心处理器、ADC08D1500为高性能的AD采集芯片、DDR_SDRAM为数据存储器、TLK2711为数据传输芯片。实验结果表明：本文设计的高速实时信号处理系统性能良好,能够很好地实时处理高速率的SAR回波数据。同时该系统易于实现,具有较强的实用性。     

高速率数据接收存储系统设计

在遥感系列卫星进行地面联试时,需要对大量有效载荷和平台数据进行处理及高速持续大容量记录,以达到测试卫星有效载荷和平台数据的目的。针对以上需求,提出了基于高级在轨系统(AOS)协议的高速率数据处理、存储及测试验证方案,阐述了其实现过程,并做了性能分析。该方法已经运用到某型号分系统地面测试中。     

飞行器在轨服务

定义了在轨服务（OOS）的概念。介绍了OOS可实现的在轨检查、组装、更换修理、补给,以及轨道转移等功能,讨论了可扩展公共卫星平台、精确测量系统与控制软件、先进对接机构、燃料传输系统、先进机械臂系统,自主运行与管理等关键技术。阐述了OOS发展的需求与驱动因素,以及对飞行器设计中通用化与标准化、理念调整,以及可靠性与技术分配重构等的影响。     

空间光电跟踪系统闭环全物理仿真试验技术

为验证空间光电跟踪系统与卫星平台耦合作用下的跟踪性能,提出空间光电跟踪系统全物理仿真试验方法。利用三轴气浮台模拟卫星零重力下的自由转动,在地面实现了非合作目标闭环跟踪控制和空间动力学特性的综合模拟。采用基于整星姿态动力学的重力干扰力矩辨识方法,消除转动部件重力干扰对试验的影响,实现对系统跟踪脱靶量的精确评估。试验结果表明,空间光电跟踪系统针对非合作目标的跟踪脱靶量优于0.006°（3σ）,满足系统在轨应用需求。但在对高速目标跟踪过程中,跟踪脱靶量存在一定的相位滞后,控制方案需进一步优化。