量子科学实验卫星的多维数据立方体方法研究

科学实验卫星以科学目标为任务战略导向，需要任务团队结合实际业务运行情况制定阶段实验计划.这些实验计划以任务运行数据为依据，由科学卫星任务各分系统数据分析获得的策略集合综合得到.量子科学实验卫星在轨运行期间会产生大量运行数据，如何有效利用这些数据给不同决策层提供辅助是当前面临的一大难题.目前主流方式主要借助值班日志统计和常规的数据库系统数据统计，需耗费较多时间和人力成本，对分析人员专业技能要求较高，无法满足多角度和多粒度任务研判的要求，并且该方法可扩展性差，当问题的观察角度变化时，往往需要重新组织数据统计分析.针对上述问题，本文提出一种基于数据立方体的多维数据建模和分析方法，对于不同主题，能够对数据进行多层次、多角度、多粒度统计分析，为决策提供良好支持.      

基于拜占庭容错体系构架的航天器控制系统测试性设计与分析

摘要： 飞行控制系统作为航天飞行器的关键机载系统,其运行情况直接关系到飞行任务的成败.通过良好的测试性设计,可以提高系统的可靠性和安全性,减少维修人力及其他保障资源,降低寿命周期费用.对拜占庭容错体系结构的航天器控制系统和分层多信号流图模型的测试性设计和建模方法进行了详细的叙述,并对基于拜占庭容错体系结构的航天器控制系统进行了测试性建模,通过测试性建模和分析系统（TMAS软件）验证控制系统测试性设计的正确性和有效性.     

BDS/GPS组合的H-ARAIM PBN和ADS-B应用可用性评估

水平-先进接收机自主完好性监测(H-ARAIM)属欧美大力发展的新型机载自主卫星导航完好性监测技术。从H-ARAIM的基于性能的导航(PBN)和广播式自动相关监视(ADS-B)应用方法出发,基于美国全球卫星导航系统(GPS)和中国自主北斗卫星导航系统(BDS)组合系统,综合考虑不同卫星故障概率、不同星座故障概率、不同星钟星历误差配置以及不同星座配置,全面仿真评估了H-ARAIM的PBN和ADS-B应用全球可用性,结果表明:卫星和星座故障概率变化,对水平保护级(HPL)结果的影响不足0.1%,PBN和ADS-B均可实现全球100%可用性;星钟星历误差变化,会导致较大幅度的HPL变化,最大值可达20 m,但对PBN和ADS-B应用可用性没有显著影响;不同星座配置会对全球和亚太区域平均99.9%HPL结果及PBN和ADS-B应用可用性产生显著影响,HPL变化幅度达到32 m,可用性随星座配置不同而变化,最差可降低到96%。所取成果可为北斗民航应用提供坚实的理论参考和可靠的技术支撑。     

基于直接冗余的轮控系统故障诊断及优化配置

闭环控制系统中的故障检测与诊断是目前卫星控制工程上急需解决的问题之一。由于故障传播等原因的影响，闭环系统中某一执行机构故障会对其它正常执行机构输出造成影响，因此很容易产生误判。轮控系统是卫星控制系统长期轨道运行模式中的主要执行部件，由于不断作机械运动，难免发生故障，若不及时处理，会给飞行任务带来严重影响。文章介绍了一种基于直接冗余的飞轮故障检测与隔离方法，对于冗余配置轮控系统，每个飞轮的力矩控制信号是按照飞轮的配置结构对三轴所需控制力矩进行分配而得到的，因此当飞轮工作正常时，飞轮的输出(转速变化率)之间会存在一致性。一旦这种一致性被破坏，即说明某一个飞轮发生故障，就要对其进行隔离。这种方法不需要对每个飞轮的力矩控制信号进行积分，减小了计算量。仿真结果验证该方法能够实时检测渐变故障，且不受闭环系统故障传播的干扰。最后还从故障检测性能方面对轮控系统进行了优化配置分析。     

面向天文观测的空间科学卫星任务规划方法研究

面向天文观测的空间科学卫星任务规划是一个复杂的多目标优化问题.通过对天文观测类卫星的任务规划要素及约束条件进行抽象,建立了面向天文观测的多目标任务规划问题模型,在此基础上设计了基于NSGA-II的多目标观测任务规划算法,并通过实例进行了实验及结果分析.研究表明,该方法能够有效解决天文观测类卫星不同规模的任务规划问题.      

卫星综合软件的体系结构研究

分析国内外卫星综合软件的现状和发展趋势,阐述设计软件体系结构的重要性．提出一种卫星综合软件的分层模块化体系结构,对此体系结构进行详细地分析和说明,并对其在软件复用、软件开发和测试方面的应用以及优点进行分析,表明分层模块化软件体系结构是提高卫星软件开发效率的有效途径．     

未来行星表面漫游车自主导航技术研究

随着深空探测的距离越来越远，测控资源及能源的约束使得目前的行星表面漫游车采用遥操作加部分自主移动的在轨任务操作方式，越来越不适应未来科学探测的需求，而未来的深空探测任务对漫游车控制系统提出了更快、更轻、更智能的要求.对目前月球与火星表面漫游车自主导航控制系统的结构、能力进行了对比分析，给出了目前控制系统自主能力的约束条件，提出了未来行星表面漫游车的自主导航控制系统的体系结构及设计期望，并对未来行星表面漫游车自主等级进行了初步划分，为我国未来行星表面漫游车自主导航控制系统的研究提供技术支撑与发展规划指导.     

基于CAN总线的控制系统地面仿真测试平台研究

针对采用CAN总线进行数据传输的小卫星和运载火箭控制系统开展地面仿真测试评估研究。基于CAN总线和以太网构成总线网络,构建卫星和运载火箭控制系统地面仿真测试评估平台,给出总线上各仿真节点和实物节点的软硬件设计方案,设计了机内测试模拟方案。仿真验证分析表明,利用该平台可以对卫星和运载火箭控制系统信号、总线运行情况、控制周期和网络时延等进行正确分析,为卫星和运载火箭控制系统方案评估、控制方法和快速测试方法研究等提供理论依据和技术支持。     

非圆轨道卫星实现共面悬停的方法

通过矢量控制,使任务卫星始终在目标卫星的轨道平面内飞行,同时保证"任务卫星-目标卫星-地心"的夹角和两颗卫星间的相对距离保持不变,从而实现共面悬停飞行。重点进行了任务卫星悬停飞行的动力学理论分析,推导了悬停飞行过程中任务卫星相对于目标卫星的径向和切向加速度需求,给出了开环控制方案,对不同悬停任务的能量需求进行了对比分析,最后对悬停飞行过程进行了动力学仿真。     

基于SOC的卫星姿轨控系统通用电模拟器设计

在某型卫星地面电联试过程中,对该卫星的姿态轨道控制系统进行接口分析及信号统计,针对其接口复杂性、信号多样性的特点,提出采用片上系统(Systemona Chip,SOC)芯片对所有部件模拟器进行通用化设计。文中给出了该型卫星通用型电模拟器硬件平台设计方案以及陀螺、反作用轮和通用接口模块的硬件配置说明,针对该型卫星姿态轨道控制系统电联试要求,对所有部件按真实接口配置成电模拟器,形成通用接口箱、敏感器电模拟器箱和执行机构电模拟器箱,并通过CAN(Controller Area Network)总线接入闭环仿真,对太阳捕获、地球捕获及正常模式进行了仿真测试,仿真结果表明通用电模拟器满足设计要求,对其他卫星的地面电联试有很好的参考价值。     

微小卫星姿态控制系统半物理仿真设计及验证

针对利用反作用飞轮作为执行机构的微小卫星姿态控制系统,详细讨论了基于dSPACE实时仿真机、单轴气浮转台、星载计算机及陀螺和反作用飞轮实物的卫星姿态控制系统半物理仿真的方案设计;并利用该系统对仅用反作用飞轮的卫星姿态大角度机动控制模式进行了半物理仿真验证。仿真结果表明根据陀螺和反作用飞轮现有精度,设计的大角度姿态机动控制算法能够满足分系统技术要求,同时验证了半物理仿真系统方案设计合理、可靠。     

高分七号卫星高精度控制技术与验证

高分七号卫星（GF-7）控制系统，一方面通过研制甚高精度星敏感器和高平稳度翼板驱动机构（SADA），提高部件性能指标；另一方面采用在轨参数标定、星地闭环补偿等控制技术，进一步提高系统性能。经飞行验证表明，控制系统实现了角秒级姿态测量精度，稳定度达到10-5(°)/s量级，与同类型测绘卫星控制系统比较，姿态测量精度和稳定度均达到中国领先、国际先进的水平，使中国遥感测绘卫星控制能力得到了大幅提升。最后展望了GF-7卫星控制分系统进一步提高控制精度的发展方向。     

Material recycling in a regenerative life support system for space use: its issues and waste processing.

First, sources of wastes produced in future human activities in space will be discussed. The quantity and quality of each source will be evaluated. Secondly, water quality requirements for human safety will be shown. Then, techniques to be used for processing and/or recycling the wastes to attain the requirements will be listed. Specific characteristics and limitations of each will be explained. Last, examples of system configurations of the techniques will be shown. The material balances will also be calculated. The issues to be solved will be made clear.     

用于长周期高精度轨道控制任务的快速半实物仿真系统

针对长周期高精度轨道控制任务的快速仿真试验需要,对传统的卫星控制系统半实物仿真系统进行了重构.提出利用动力学仿真模型程序的超实时运行驱动试验进程加速的方法,介绍系统总体设计思路及其结构、组成和工作原理,给出实时/超实时双模高精度动力学模型的开发及星地状态同步两项关键技术的具体实现,并通过应用实例证明了系统的有效性.     

盒栅式电子倍增系统在不同路径下的模拟计算研究

利用CST软件对不同路径的盒栅式电子倍增系统进行建模，将相邻打拿极的排布分为“Z”型和“U”型。模拟计算这两种最小打拿极排布单元及其衍生路径下，电子倍增系统内电场分布、电子运行轨迹和电子倍增增益的差异。模拟结果显示，不同打拿极排布下电子倍增系统内的电场分布差异不大，但电子运行轨迹和电子倍增增益差别显著。结合盒栅式电子倍增系统实际装配的合理性，通过计算分析得出打拿极排布的基本原则，并在八级打拿极结构的情况下，优化得出较合理的排布路径。     

CAST968平台小卫星在轨故障分析和建议

统计CAST968平台从2000年至2014年在轨发生的142次故障,分析发现故障性质、故障原因、故障产品类别、故障时间和故障分系统等都存在明显的规律性.对决定卫星成败的姿态轨道控制分系统进行故障原因、故障单机和故障产品类别三个方面的统计分析,总结出设计、环境和器材是导致姿轨控分系统故障的三大重要因素.简要分析其他分系统,最后给出故障预防和设计建议,包括加强抗辐照设计、关键单机和电路的冗余设计等.     

基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性框架设计与验证

可测试性设计是提升系统研制效率和测试品质的重要方法.给出基于内部1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的分层递阶结构,建立可测试性设计的模型框架,并对基于1553B总线的航天器控制系统可测试性设计的技术实现进行了分析.最后利用TEAMS软件结合实例进行可测试性设计仿真评估,评估结果证明了这种可测试性设计方法的有效性.     

Characteristics and accuracies of the GRACE inter-satellite pointing

For almost 10 years, the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) has provided information about the Earth gravity field with unprecedented accuracy. Efforts are ongoing to approach the GRACE baseline accuracy as there still remains an order of magnitude between the present error level of the gravity field solutions and the GRACE baseline. At the current level of accuracy, thorough investigation of sensor related effects is necessary as they are one of the potential contributors to the error budget. In the science mode operations, the twin satellites are kept precisely pointed with their KBR antennas towards each other. It is the task of the onboard attitude and orbit control system (AOCS) to keep the satellites in the required formation. We analyzed long time series of the inter-satellite pointing variations as they reflect the AOCS performance and characteristics. We present significant systematic effects in the inter-satellite pointing and discuss their possible sources. Prominent features are especially related to the magnetic torquer characteristics, star cameras’ performance and KBR antenna calibration parameters. The relation between the magnetic torquer attitude control and the Earth magnetic field, impact of the different performance of the two star camera heads on the attitude control and the features due to uncertainties in the calibration parameters relating the star camera frame to K-frame are discussed in detail. Proper understanding of these effects will help to reduce their impact on the science data and subsequently increase the accuracy of the gravity field solutions. Moreover, understanding the complexity of the onboard system is essential not only for increasing the accuracy of the GRACE data but also for the development of the future gravity field satellite missions.     

一种应用在航天探测器上的二氧化碳两相回路热控系统冷凝器的设计优化

阿尔法磁谱仪中的轨迹探测器是探测空间反物质的核心探测器,它工作于由超流液氦冷却的超导磁体的中心,其正常运作需要体积小、散热及温控能力强的热控系统的支持,以应对国际空间站上复杂的太空热流环境及真空、微重力等因素.介绍了利用SINDA/FLUINT模拟方法,对轨迹探测器的热控系统冷凝器进行设计优化.