基于VxWorks的小天体撞击任务的星载GNC软件设计

针对小天体撞击任务,应用VxWorks嵌入式实时操作系统,设计小天体高速撞击器的星载GNC软件部分．对星载GNC系统结构进行简要描述;在此基础上,综合考虑小天体撞击任务的实时性要求、不同飞行模式的耦合关系、轨道确定的数学运算量以及对不同敏感器数据采集的周期性控制等多方面因素,对小天体撞击任务进行模块化分解,提出各个任务模块间的同步方式与通信手段;在PC-104嵌入式计算机与dSPACE实时仿真平台的联合环境下,对所设计的星载GNC软件进行仿真验证,结果表明,基于VxWorks嵌入式实时操作系统所设计的小天体撞击GNC软件完全可以满足小天体撞击任务的实时性要求,为撞击任务的顺利进行提供有效的保证．     

基于μc/os-Ⅱ嵌入式数控系统研制

介绍了嵌入式数控系统的结构及其组成.系统硬件平台采用嵌入式微控制器ARM(Advanced RISC Machines)和现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Arrays),软件平台采用μc/os-Ⅱ实时操作系统.给出了该系统的硬件结构.根据数控系统的软件需求,给出了系统的软件结构,系统的模块,任务以及任务的优先级和周期.同时给出了实现系统的一些关键技术.在嵌入式实时操作系统μc/os-Ⅱ上实现了该系统,在数控机床上进行了加工试验、环境适应能力测试以及静电放电抗干扰试验,试验表明系统稳定可靠.     

基于VxWorks的数据采集与重演软件的图形界面的设计与实现

通过介绍嵌入式实时操作系统VxWorks的图形组件WindML以及应用其开发图形用户界面(GUI)的框架流程,重点阐述了某数据采集设备中采集与重演软件人机界面的需求和使用WindML对其进行设计与实现的过程。     

航天器嵌入式操作系统研究与设计

随着航天器结构和功能的复杂化,对作为系统资源管理者的操作系统的功能和可靠性等要求也日益增强.分析嵌入式实时操作系统在国内外航天领域的研究与应用现状,提出面向航天器应用特点的具有多任务管理、内存管理、文件系统、容错和故障管理等功能的高可靠、高性能的嵌入式实时操作系统的研究与设计方案,并展望其在未来网络化及分布式安全航天器中的发展前景.     

高分辨率多模式星载SAR系统设计方法

针对当前星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)朝高分辨率、多模式方向快速发展的趋势,兼顾星载SAR系统多种工作模式的特点,总结星载SAR系统的星地一体化指标体系;在此基础上提出了高分辨率、多模式星载SAR系统星地一体化设计方法,给出了系统星地一体化设计流程,对雷达天线参数设计、雷达系统参数设计、雷达发射功率选择进行重点分析;以国外高分辨率、多模式星载SAR系统为例,以其总体技术指标及轨道参数为依据,设计了系统的中央电子设备参数、天线参数及波位参数,并分析了系统的性能,从而对所提出的设计方法进行了验证.该方法克服了现有方法的局限性,为高分辨率、多模式星载SAR系统研制提供了技术支撑.     

星载软件可测试性设计方法

随着星载软件复杂度的增加,提高软件测试效率对保证软件质量越来越重要,软件的可测试性设计成为提高软件测试效率的关键手段。文中针对星载软件的可测试性设计提出了四种方法:设计可测试的分层体系结构可将软件故障限制在层次范围内;合约式任务模板可规范任务的输入输出,降低任务间的耦合性;状态序列编码可用于动态指示软件的切换与流向;多任务调度记录与堆栈使用记录可用于静态复现一段时间内软件的详细工作过程。可测试性设计方法应用在某项目的软件研制中,软件测试效率有明显提高,证明方法可行有效。     

Linux内核在新型硬件平台上的实现

新型微处理器M3270的研制成功,使得支持该体系结构的操作系统的研究迫在眉睫.通过对Linux内核体系结构的研究,进而分析出往新型硬件平台移植Linux内核所需进行的工作,将大大提高操作系统的设计水平、缩短开发时间.在分析了Linux内核的体系结构和M3270硬件体系结构的基础上,提出在该硬件平台上实现Linux内核的方法.      

面向条件受限环境的动态可重构异构计算平台

在体积、功耗等条件和资源受限的场景下，承载异构计算资源的嵌入式计算设备之间如何实现异构资源的接入和自适应协同管理，进一步联合形成具有足够规模“算力”的智能空间“云”计算平台，是实现平台“算力”的跨越提升、实现更多功能、更优性能和更高智慧应用的关键.本文提出了一种任务驱动的嵌入式可重构异构计算平台，通过集群构建的方式，对多个分布式的、承载各种不同异构计算资源的嵌入式计算板卡统一调度管理；利用容器化技术，构建任务驱动的、可重构的任务执行的虚拟计算环境；开发了基于B/S模式的平台可视化用户界面，实现了用户对平台的随遇接入和全网资源可见.本文提出的嵌入式计算平台能够提供高可用的任务接入、任务下发与任务执行；实现了异构计算资源的自组织协同和统一化管理；基于容器化的任务执行方式细化了资源管理粒度，在不损失计算能力的前提下提高了资源利用率和任务并发度.本文提出的嵌入式动态可重构计算平台解决方案是对未来嵌入式“云”计算平台架构研究设计的有益探索.     

星载软件无线电平台及其单粒子效应研究方法

结合国内外研究进展,介绍了软件无线电技术在星载设备中的应用,给出了一种星载软件无线电平台的结构.针对单粒子效应对星载软件无线电平台可靠性影响,提出了一种软件无线电平台对抗单粒子效应的设计与验证方法,并给出了针对该平台中FPGA和DSP的故障注入方法.这种抗单粒子效应的研究方法和故障注入方法代价低、设计灵活,在某卫星星载多用户扩频接收机的可靠性设计过程中得到了验证和实施,使低等级高性能器件在星载信号处理平台中的应用成为可能.      

北斗卫星共视增强罗兰-C授时应用

介绍用北斗卫星共视技术增强罗兰-C导航系统与国家授时中心协调世界时UTC（NTSC）的时间同步和授时服务能力这对罗兰-C与北斗卫星两大自主导航系统相互增强进行组合定位、导航、授时（PNT）应用和对系统保障及国家安全十分有益。     

Time synchronization of new-generation BDS satellites using inter-satellite link measurements

Autonomous satellite navigation is based on the ability of a Global Navigation Satellite System (GNSS), such as Beidou, to estimate orbits and clock parameters onboard satellites using Inter-Satellite Link (ISL) measurements instead of tracking data from a ground monitoring network. This paper focuses on the time synchronization of new-generation Beidou Navigation Satellite System (BDS) satellites equipped with an ISL payload. Two modes of Ka-band ISL measurements, Time Division Multiple Access (TDMA) mode and the continuous link mode, were used onboard these BDS satellites. Using a mathematical formulation for each measurement mode along with a derivation of the satellite clock offsets, geometric ranges from the dual one-way measurements were introduced. Then, pseudoranges and clock offsets were evaluated for the new-generation BDS satellites. The evaluation shows that the ranging accuracies of TDMA ISL and the continuous link are approximately 4?cm and 1?cm (root mean square, RMS), respectively. Both lead to ISL clock offset residuals of less than 0.3?ns (RMS). For further validation, time synchronization between these satellites to a ground control station keeping the systematic time in BDT was conducted using L-band Two-way Satellite Time Frequency Transfer (TWSTFT). System errors in the ISL measurements were calibrated by comparing the derived clock offsets with the TWSTFT. The standard deviations of the estimated ISL system errors are less than 0.3?ns, and the calibrated ISL clock parameters are consistent with that of the L-band TWSTFT. For the regional BDS network, the addition of ISL measurements for medium orbit (MEO) BDS satellites increased the clock tracking coverage by more than 40% for each orbital revolution. As a result, the clock predicting error for the satellite M1S was improved from 3.59 to 0.86?ns (RMS), and the predicting error of the satellite M2S was improved from 1.94 to 0.57?ns (RMS), which is a significant improvement by a factor of 3–4.     

角度/直线编码器实时数据采集方法的研究

高准确度的角度/直线编码器广泛应用于角度或位移测试计量。在惯导测试设备的伺服控制中,为提高角位置准确度和重复性、改善角速率准确度和稳定性,高准确度的编码器和具有高倍频细分功能的数据采集卡普遍用于角度定位和速率伺服控制。以一款多功能倍频细分计数卡（IK220）为例,研究实时操作系统下的数据采集方法,该方法在精密伺服控制中使用良好、作用显著。     

单频GPS动态相对定位的模糊度逼近/搜索解法

针对目前实时动态定位(RTK)中常用搜索解法可靠度不高的缺点,利用各历元诸双差方程所形成的法方程,对其进行解耦处理以便于实时计算.在此基础上综合了逼近、搜索两种解法各自的局部优势,构成了逼近/搜索的联合解法.实际测试表明,该算法在单频全球定位系统(GPS)载波相位差分的动态相对定位过程中,用2～3min的时间即可可靠地在航解算出整周模糊度.     

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     

无人机组合导航直接法与间接法滤波方式比较

全球导航卫星系统/惯性导航系统（GNSS/INS）组合导航可以提供连续、高精度的位置、速度、姿态信息，被广泛应用于无人机的状态估计。其中滤波算法的构建是其组合关键。不同组合导航的模式会对导航定位结果产生相应的影响。针对直接法和间接法这2种常见的组合模式，分别构建了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的全球定位系统/惯性导航系统（GPS/INS）松组合模式，并将其运用于不同飞行场景下无人机（UAV）的实时动态状态估计。仿真场景以及实际数据验证结果表明，间接法在精度和稳定性方面优于直接法，直接法在滤波计算速率方面优于间接法。因此，当系统具有较高的计算性能，且面向高精度的应用情况下可选择间接法作为无人机导航的技术方案；对于快速求解但精度要求不高的应用情况下，选择直接法作为无人机导航的技术方案可以在一定程度上降低系统的成本。      

利用RDSS系统测量数据提取电离层TEC参数的研究

提出了一种基于无线测定卫星业务(RDSS)系统观测数据提取电离层TEC参数的方法,利用此方法计算分析了2006年5月地面中心地区电离层垂向TEC的日变化趋势.研究结果表明,利用RDSS系统观测数据提取的电离层垂向TEC,在北京时间每日凌晨0400时左右达到最小值,在午后1400时左右达到最大值,符合电离层TEC参数受太阳活动影响较大的物理规律.结果说明研究方法是可行且有效的,文章还对可能存在的误差进行了探讨.      

Advanced receiver autonomous integrity monitoring (ARAIM) schemes with GNSS time offsets

Within the current Advanced Receiver Integrity Monitoring (ARAIM) scheme, the time offsets between different Global Navigation Satellite System (GNSS) constellations are estimated along with a position solution and the GNSS receiver clock error. This scheme is called the Time-offsets Estimated ARAIM, or the TOE ARAIM. In order to enhance the interoperability and compatibility between different constellations, the time offsets are expected to be broadcast to users in future multi-GNSS positioning and navigation applications. This paper describes two new ARAIM schemes to make use of the Broadcast Time Offsets (BTOs): Time Offset Observed ARAIM (TOO ARAIM) and Time Offset Synchronized ARAIM (TOS ARAIM). It has been shown that the VPL performances of these two new ARAIM schemes rely strongly on the accuracy of BTOs. By varying the error model of the BTOs, the simulation results also demonstrate that the proposed new TOO ARAIM scheme can outperform the existing TOE ARAIM scheme-even if the accuracy of BTOs for integrity is degraded to 4.5 m and the probability of a BTO fault is relaxed to 10⁻² h⁻¹. In addition, the new Time Offset Synchronized ARAIM scheme (TOS ARAIM) can also perform better than the existing TOE ARAIM scheme if the accuracy of BTOs for integrity can reach 0.75 m. As the TOO ARAIM also has a very relaxed requirement on BTOs and better VPL performance, the TOO ARAIM is regarded as a superior ARAIM scheme for multi-GNSS with BTOs available.     

卫星双向时间传递调制解调器跟踪环路设计CSCD

精密跟踪技术是高精度伪码测距系统中的关键技术,根据卫星双向时间比对调制解调器的工作特点,对解调器的跟踪环路进行了研究,并利用Matlab进行环路设计与仿真,分析了不同载噪比、不同环路带宽条件下跟踪环路的性能;根据软件仿真结果,在DSP+FPGA硬件平台上加以实现,给出测试结果,并最终应用到自主开发的卫星双向时间比对调制解调器上,测量不确定度优于1ns。     

随机扰动情况下绳系卫星状态保持阶段的最优控制

在考虑系绳弹性的情况下, 建立绳系卫星轨道面内运动的动力学模型, 并在系统平衡位置线性化, 得到绳系子星在随机扰动作用下的稳态保持状态方程. 引入基于卡尔曼滤波的状态估计方法和最优状态反馈控制策略, 提出了保持系统稳态运行的控制方法, 并以YES2空间系绳试验为参考模型设计了稳态保持控制系统. 分别在不考虑系绳弹性和考虑系绳弹性的系统模型下进行相应仿真分析, 结果表明所提出的控制方法能使系统具有良好的抗干扰性能, 系绳控制张力变化平缓且幅值小, 提高了系统状态保持阶段的可靠性和安全性. 同时系绳刚度系数的减小可使系绳纵向振动加剧, 但对横向摆动影响较小, 这为选取合适的系绳材料提供了理论参考.