中继卫星系统支持中/低轨航天器飞行测控任务技术研究

随着中继测控终端小型化和高增益、宽波束天线技术的发展, 特别是中国后续 中继卫星将具备S频段多址服务能力, 使得依靠中继卫星系统实现航天器飞行 测控和所有在轨卫星的日常管理成为可能. 通过分析中继测控支持中/低轨 道卫星在轨测控的能力、优势和基于中继测控实现卫星发射弹道优化策略, 提出了定向天线中继终端应急测控方法. 研究结果表明, 中继卫星系统能够为航天器飞行任务从发射、入轨到在轨管理提供测控服务, 特别是基于多址 服务能力的中继卫星系统从数量上完全满足中国在轨卫星的测控需求, 测控效率和应急能力将得到明显提升.      

全球卫星移动通信星座天基星间链路测控方案

针对全球卫星通信星座的测控问题,提出了利用静止轨道卫星作为天基测控网对低轨全球通信星座卫星进行测控的方案,在GEO轨道布置3颗地球静止轨道卫星,建立GEO轨道卫星与LEO星座卫星之间的星间链路来传输测控信息,再将这些信息转发至相应的地面测控站,分析了测控链路的传输指标,评估了星间测控链路的双向传输性能,最后通过仿真分析验证了采用3颗静止轨道卫星组成的天基测控网能够大幅拓展单纯依靠传统陆基测控网的测控可见弧段,其24h测控弧段覆盖率是后者的8倍,总测控时间比后者提升大约10倍.     

基于深度神经网络的多星测控调度方法

卫星规模的急剧扩大给传统多星测控调度方法带来了巨大挑战.传统调度方法面临调度时间长、任务满足度低等问题,难以适应大规模卫星调度.为此,引入了支持大数据和并行计算且具有自主学习特性的深度神经网络(DNN)算法,提出了一种基于DNN的多星测控资源调度方法.根据多星测控资源调度的特点以及DNN算法的要求,对调度过程中影响调度...     

小卫星星务管理技术

阐述了第三代星上测、控、管系统 (星务系统 )的基本设计思想 ,它是基于现场控制、内嵌式微控制器和星上现场网络等概念开发的一项卫星新技术。该项技术实现传统卫星上的系统功能集成 ,具有全数字化、全网络连接、全分散式和在线组态的特点。该文给出星务系统与过去星上测控系统相比的最大两个概念跳跃 :内嵌式 ,整星全网络化。星务系统构成了一种星载柔性服务系统 ,用现场网络来协调、控制星上智能设备的相互联系 ,完成包括信息流、动作流、能量流的动态作业 ,可以在线下载任务和在线整定参数 ,改变传统卫星测控系统接口层的封闭性和专用性 ,实现星上设备“即连即用”。这就是构成星上集成电子学系统一体化的关键 ,构成“平台化”的核心。按星务系统技术设计 ,可以提高整星级可靠性和运行功能有效性 ,并可以加快研制进度和降低开发成本。该文还指出了星务系统和数管系统的不同 ,CAN总线和 15 5 3B的不同     

基于方向调制的多目标卫星物理层安全测控技术

在巨型星座中，航天测控系统需对多目标卫星同时进行测控任务。由于无线信号的广播特性，全空域多波束测控系统在可视弧段内存在多个目标卫星和多个非目标卫星，有用信息在传输过程中易被非目标卫星拦截和窃听，测控链路的物理层安全问题亟待解决。考虑在地面站多波束发射机中引入方向调制技术，通过在发射信号中叠加人工噪声，并针对非目标卫星方向未知和已知两种场景分别设计基于正交投影和基于最大化信泄噪比(maximum signal-to-leakage-and-noise ratio, Max-SLNR)的波束成形算法，来有效提升测控系统的物理层安全性能。仿真结果表明，两种算法均能使非目标卫星方向上的接收信号星座图产生畸变，同时在目标卫星方向上保持标准的星座图分布。相较而言，正交投影算法更适用于非目标方向未知场景，达到无差别屏蔽非目标卫星方向截获的效果；而Max-SLNR算法综合考虑了对非目标卫星接收机性能的抑制，能够达到定向屏蔽非目标卫星的效果。     

在轨地球同步卫星自主工程测控研究

地球同步卫星在轨工程测控任务通常由地面测控系统完成. 随着技术水平的发展, 如果在轨地球同步卫星能够实现自主工程测控, 将大大减轻地面测控系统负担, 提高卫星独自生存能力, 降低系统运行成本, 并将成为卫星测控技术新的发展方向. 本文提出卫星自主在轨测控方案, 研究了当前地球同步卫星在轨工程测控的主要项目及实现算法. 对其进行的可行性分析表明, 尽管受到轨道测量能力的制约, 在轨地球同步卫星仍可实现完全或地面有限参与情况下的自主工程测控. 在此基础上, 设计了一种地球同步在轨卫星完全自主工程测控的原理方案, 通过分析其技术难点及存在的风险, 提出应对措施. 研究结果表明, 基于目前卫星制造水平和成熟的在轨测控技术, 实现在轨地球同步卫星自主工程测控技术可行, 其是解决卫星数量急剧增加与地面测控能力有限这一突出矛盾的有效途径.      

联合北斗导航与星间链路的大椭圆卫星定轨方法

传统的地面测控和GNSS均无法实现HEO卫星全弧段的跟踪观测.在分析北斗导航信号及其星间链路信号对典型HEO的观测几何及覆盖特性的基础上,利用北斗导航及其星间链路对HEO测控支持形成互补的特点,提出了一种卫星导航与星间链路相结合的自主导航方法.对HEO定轨进行分段划分并基于EKF设计了卫星导航与星间链路数据融合定轨的自主导航算法.分析结果表明,本文提出的方法能够从全弧段上改善HEO的观测几何,定轨精度比仅使用卫星导航提高了2个数量级,并且仅需较少的星间链路资源.      

用于卫星入轨段测控的箭载天基测控中继系统

为满足卫星入轨段关键遥测参数下传和遥控指令上传的需求,设计了一种用于卫星入轨段测控的中继系统,方案主要基于火箭现成天基测控终端和卫星现成测控设备。介绍了中继系统的组成、工作原理和工作流程,研究了天基测控相控阵天线波束指向算法,设计了一种卫星遥测、遥控信号中继功能的地面测试系统。该箭载中继系统在快舟一号甲火箭上完成了两次飞行试验验证,两次飞行试验中继转发的卫星遥测数据完整,箭载卫星通信终端接收用户卫星遥测数据的载噪比大于20dB;地面测控中心接收天基遥测返向信号比特信噪比相对接收门限有3dB以上的余量。试验表明,该箭载天基测控中继系统通信链路余量充足,工作可靠,相比通过地面测控资源保障或卫星自身使用天基测控可节省一半以上成本。     

基于拉盖尔函数的卫星姿态预测控制方法

针对卫星在空间站中进行绕飞检测时的姿态控制问题，考虑卫星的姿态轴需要躲避禁飞区域并指向期望位置，提出了一种基于拉盖尔函数的模型预测控制方法，实现了对卫星姿态轴的控制。在模型预测控制方法的基础上，通过拉盖尔函数，将优化多个控制输入转换为优化少数的拉盖尔系数，建立了拉盖尔模型预测的控制策略，改善了传统的模型预测控制方法计算效率差的问题，减少了优化时间。采用卫星在空间站中绕飞的模型进行数值仿真验证，结果表明该方法能够使卫星的姿态轴躲避禁飞区并到达指定位置。与传统方法相比，这种基于拉盖尔函数的模型预测控制策略能够提高优化效率，减少计算时间。     

基于DRL的巨型星座星地测控链路规划算法

针对巨型星座的星地测控链路规划问题，提出了一种基于深度强化学习的智能规划调度算法。该方法考虑了卫星对于测控站的资源竞争关系和连接关系，设计了环境状态，决策智能体通过感知卫星状态，结合动作选择策略，生成卫星对于测控站的分配方案，并根据反馈的奖励值进行策略的迭代优化。将本算法应用于巨型星座系统的星地测控链路规划任务，仿真结果表明所提出的智能算法可以将测控站天线利用率提升到98%以上，同时有效地降低了天线的切换次数。另外，训练好的模型可以根据未来时刻的星地可视窗口，在30s内快速生成星地测控链路规划方案。     

风云二号卫星 CDAS 编码遥测机的设计

ＦＹ－２气象卫星指令与数据获取站（ＣＤＡＳ）中的编码遥测机作为卫星监测系统,解调卫星的编码遥测信号,实时获取星上编码遥测数据,以便分析和掌握整个卫星的工作情况,对卫星进行正确的管理和使用。解调后的数据也送到运行控制中心（ＳＯＣＣ）。采用双机热备份提高系统的可靠性。给出设计可靠的编码遥测地面系统的方法,包括副载波解调、ＩＲＩＧ－Ｂ型时统码解调、帧同步锁定,用计算机实时分析遥测数据等。     

小型遥测系统的容量和信道设计

论述了某型号无人机遥测系统中的容量和信道设计问题.文中对该遥测系统的组成和原理进行了介绍.结合具体的遥测任务需求,在容量设计中确定了数据传输率和使用的帧格式,在信道设计中,通过计算实际信道中的误码率,提出了相应的信道编码方案以确保数据传输的低误码率要求.     

一种扩频测控链路中PIM的全盲抑制算法

针对航天器扩频体制测控链路中无源互调(PIM)干扰的问题,提出了一种基于小波包分解的全盲PIM抑制算法。该算法将接收的扩频测控信号进行小波包多层分解,根据分解后的信号应满足高斯分布的特性,完成对干扰进行抑制,而整个处理过程不涉及干扰门限的设置,是一种全盲的PIM干扰抑制方法。Matlab仿真表明,采用该抗干扰算法可将信干比提高7dB。     

一种基于自测试的卫星快检技术研究

传统卫星设计以功能实现为主，可测试性较低，卫星综合测试基本依赖遥测遥控，测试周期长、效率低、成本高，不能很好地适应未来卫星批量化研制需求。参考民用汽车快速电检技术，从卫星可测试性与自测试设计出发，设计了基于总线调度的卫星快检系统，提高了卫星快速检修与快速发射能力，满足未来卫星低成本高效率研制需求。     

多通道隔离电压采集板设计及验证

本文以卫星地面供配电测试阶段的母线电压及二次电源电压测量为背景，设计了多通道隔离电压采集板卡。首先归纳总结了卫星母线电压、二次电源电压及遥测指令信号典型接口电路，分析了以上几种电路的输出阻抗特点，然后设计了合理的隔离电路及测量电路，最后提出基于成熟的CPCI总线架构的模块化板卡方案实现测试设备的通用化设计及隔离性验证方法；经实际产品研制和系统测试，该板卡能够满足供配电地面测试设备对多通道隔离电压的采集需求。     

Passepartout Sherpa – A low-cost,reusable transportation system into the stratosphere for small experiments

The Passepartout sounding balloon transportation system for low-mass (<$<$1200 g) experiments or hardware for validation to an altitude of 35 km is described. We present the general flight configuration, set-up of the flight control system, environmental and position sensors, power system, buoyancy considerations as well as the ground control infrastructure including recovery operations. In the telemetry and command module the integrated airborne computer is able to control the experiment, transmit telemetry and environmental data and allows for a duplex communication to a control centre for tele-commanding. The experiment module is mounted below the telemetry and command module and can either work as a standalone system or be controlled by the airborne computer. This spacing between experiment- and control unit allows for a high flexibility in the experiment design. After a parachute landing, the on-board satellite based recovery subsystems allow for a rapid tracking and recovery of the telemetry and command module and the experiment. We discuss flight data and lessons learned from two representative flights with research payloads.     

基于遥测数据动态特征的卫星异常检测方法

基于遥测参数分析异常是保证卫星正常在轨运行的基础,通常采用阈值法判断遥测参数是否超差来判断卫星工作状态,由于其无法检测在阈值范围内变化的卫星遥测数据异常,因而会导致故障漏报.本文利用遥测参数动态变化特性,提出一种基于遥测数据变化规律检测异常的方法.利用周期图谱法求解遥测参数周期,根据遥测数据各周期之间参数值的相似性,按照遥测参数周期对数据进行采样,得到平稳差分序列,对其建立自回归移动平均混合模型,通过精确的预测结果与实测遥测数据比较来发现异常.利用该方法对实际在轨运行的某卫星2012年5月太阳能帆板转动异常故障进行验证,结果表明其能够有效避免故障漏报.      

航天测控网资源均衡分配的调度方法

研究了航天测控网资源集中管理、统一分配的工作模式,以及满足多星测控任务的测控网资源调度方法。提出了测控网均衡调度的方法。首先面向任务,将卫星测控任务按优先级划分,按最优分配的原则进行分配,使测控网能够支持的任务数量大;在此基础上,考虑测控站负荷和备份再进行优化,使测控网内各测控站的负荷均衡。相比其他方法,考虑了任务执行的成功概率,各测控站任务分配更均匀,便于测控网的管理。     

基于集成学习的遥测数据互相关结构知识发现

针对传统遥测数据相关性分析方法仅能发现相关程度知识，无法提供相关结构丰富信息的问题，提出一种神经网络与极限梯度提升（XGBoost）集成的遥测数据互相关结构知识发现方法。在对遥测时间序列进行线性、单调性、序对一致性、散点图形状4个维度相关结构信息标注的基础上，将混合采样、代价矩阵、神经网络、XGBoost算法相结合，直接对遥测数据进行分类得到其相关结构类别或相关关系有无的知识。采用量子卫星任务数据进行实验的结果表明:较之于原始XGBoost模型、融合混合采样与代价矩阵的XGBoost模型，所提方法在受试者工作特征（ROC）曲线、F1-score等性能指标方面具有更高的分类精度，且对类别不平衡数据不敏感，是一种适用于遥测数据互相关结构知识发现的有效方法。