导航卫星时频系统发展综述

全球各大卫星导航系统近年来发展迅速,性能持续提升,其中卫星时频系统的高性能、稳定可靠和保持星间时频同步是系统实现高精度测量的基础.介绍了目前应用于各卫星导航系统的铷钟、氢钟、铯钟等星载原子钟和时频生成与保持技术的特点、发展概况及在轨应用情况.面向精度提升和自主运行能力提升的需求,分析了可能应用于下一代导航卫星的星载原子钟技术、星上时频生成与保持单元性能提升方法以及星间高精度激光时频同步技术,以支撑未来时频基准的天基化和我国综合PNT体系的建设.     

空间应用高光束质量小型化被动调Q激光器

为了实现航天应用的特定需求，对空间激光器的激光单脉冲能量、脉冲宽度、光束质量等都有严格的技术指标要求。研究并设计了一种适用于空间的小型化高光束质量被动调Q激光器，实现了工程样机。样机输出激光脉冲宽度约为5 ns，峰值功率可达兆瓦，激光光束质量因子M²=1.01，单脉冲能量稳定性均方根(Root Mean Square， RMS)为1.53%。激光头体积为0.469 L，质量为0.52 kg，激光器样机实现了结构小型化。     

基于VPX架构的高热耗星载数据处理机结构设计

通用化、模块化、互换性越来越成为星载数据处理电子设备结构设计的发展方向,VPX架构是一种较适合的形式.针对VPX架构高热耗星载数据处理机的散热难题,提出了优化结构布局、增加散热路径、提高散热效率等思路.采用了大热耗器件布局机箱底部,机壳设计散热凸台,机箱及子板结构件嵌入热管等方法,成功设计出可满足子板最大热耗41.5 W,整机最大热耗312 W散热需求的星载数据处理机结构.有限元分析结果表明,元器件结温最高为79.2℃,整机基频238 Hz,各指标满足设计需求.该设计方法对VPX架构星载高热耗电子设备的结构设计具有借鉴意义.     

星载氮化镓固态功率放大器整机高可靠设计技术研究

为了满足星载应用对于固态功率放大器长寿命的应用需求，针对近年来研究较多的氮化镓（gallium nitride,GaN）固态功率放大器（solid state power amplifier,SSPA），阐述了器件存在的可靠性问题，提出了整机高可靠设计方法。首先，探讨了氮化镓器件的典型失效机理，给出了氮化镓器件在高场退化以及热退化方面的研究结果，分析了逆压电极化效应及热载流子效应引起器件退化的物理机制。其次，围绕降额设计、整机热设计以及电路稳定性设计，研究了如何针对氮化镓器件的特点实现星载固放的高可靠设计，并给出了典型的仿真及实验结果。最后，给出了典型的星载固态功率放大器空间环境模拟试验结果，产品在热真空试验、温循老炼以及高温老炼等试验过程中表现出了较高的稳定性和一致性，为氮化镓固态功率放大器的上星应用提供了有力的支撑。     

基于星载AIS数据的TEC测量方法

基于星载船舶自动识别系统（AIS），提出一种计算全球电离层电子总含量（TEC）的方法。通过在卫星上搭载两个相互垂直的线极化天线，测量AIS信号穿过电离层时的法拉第旋转角，再通过法拉第旋转角与TEC的关系估算TEC。基于天拓五号卫星的AIS数据进行了实验验证，并分析了硬件设备误差和观测参数误差对结果造成的影响。实验表明，本方法测量出的TEC值与基于全球定位系统（GPS）测量的TEC值差值平均为0.762 TECU，证明了此方法的可行性。与现有的TEC测量方法相比，该方法只需利用现有的AIS系统，无需部署地面站，可大幅提高数据更新速率。      

一种用于星载多波束相控阵的稀疏阵列

现有的技术较难满足星载多波束相控阵天线射频前端的通道间距，已有的研究工作大量集中在提高射频电路和芯片的集成度，提出采用稀疏布阵的方式来增加天线单元的平均间距，从而缓解现有技术条件下的高密度集成难题。设计了Ka频段八波束相控阵天线的稀疏布阵阵面，首先采用遗传算法优化设计64元稀疏子阵，子阵增益在±60°扫描范围内大于18.6 dB，该子阵沿4个象限镜像对称，便于高效设计将不规则分布的天线单元端口与规则排布的R组件端口进行互连的带状线转接板，然后随机旋转、平移36个子阵拼接成全阵，在一定程度上打乱子阵分布均匀性，以起到栅瓣抑制的作用。该方法具有简单、高效、快捷的优点，稀疏阵列的设计结果基本能满足工程应用需求，适用于星载多波束相控阵。     

星载控制软件在轨动态重构技术研究

为使星载控制软件可在轨动态重构，提出一种基于量子编程框架、无须操作系统支持、可实现多版本切换的星载控制软件在轨动态重构方法。在分析影响在轨动态重构关键技术基础上，从量子框架的面向对象运行机制出发来寻求软件框架对动态重构的支持；通过划分函数边界，将函数归类为内部函数和公共函数，避免了模块间的循环依赖；给出了函数向量表维护策略，并以版本号为导向实现了向量表切换。该方法在BM3803星载处理器平台进行了充分测试，结果表明：所提出的在轨重构方法系统无须停机、版本可回退且更新过程可靠。本方法占用内存小、平台依赖性弱、代码可复用性强，可推广应用至硬件资源有限的星载控制器终端。     

光电缆的分布式温度传感网络

提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起，用于监测电缆中的实时温度。采朋有限元分析方法，建立了光电缆温度场模型。使用可调谐脉冲激光作为系统光源，在一条光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅，即采用全同光栅作为系统的温度传感器，当光电缆线路中温度发生异常时，反射回来的光栅中心波长发生偏移，通过检测反射光中心波长发生的偏移量可以确定光栅温度变化的大小。不同位置的光栅返回光信号所需的时间不同，通过检测和计算光返回的不同时间，可以计算出发生温度变化的光栅位置。实验结果表明，光栅的温度敏感性可以达到11．4pm／℃，光栅的测量温度与实际温度的误差在3％范围内。     

基于GO法的Nd：YAG侧面泵浦激光器可靠性分析

本文报道了基于GO（Goad Oriented）法的Nd∶YAG侧面泵浦激光器可靠性分析，建立了Nd∶YAG侧面泵浦激光器的GO图模型，定性分析了Nd∶YAG侧面泵浦激光器的薄弱环节，定量计算了激光头中各薄弱环节的可靠性结果，包括等效故障率λ_R、等效维修率μ_R、平均无故障工作时间（MTBF）等；并定量计算了KTP晶体故障率的改善对Nd∶YAG侧面泵浦激光器可靠性提高的影响。本文中建立的GO图模型可为Nd∶YAG侧面泵浦激光的优化及可靠性评价提供理论依据。     

大气环境监测卫星激光雷达技术

星载激光雷达是高精度测量全球大气CO2柱浓度和气溶胶垂直廓线的重要手段，大气环境监测卫星大气探测激光雷达(ACDL)在一套激光雷达中集成了2种探测体制，采用1 572 nm积分路径激光差分吸收方法测量全球CO2柱浓度，采用532 nm高光谱探测(HSRL)方法测量气溶胶和云的垂直廓线，均为国际首次在星载平台成功验证，是国际首个星载CO2探测激光雷达和国际首个高光谱气溶胶探测激光雷达。在国际已发射的星载激光雷达中，ACDL激光雷达是探测体制最全、波长最多、能量最高、频率最稳和精度最准的激光雷达，实现了创新跨越。大气探测激光雷达在轨连续工作，首次获得了全天时精度优于1 ppm的全球CO2柱浓度、精度优于20%的气溶胶廓线等遥感数据。本文介绍了ACDL激光雷达的工作原理、系统参数以及相关的定标测试结果。