卫星VLBI观测时延和相位条纹旋转模型研究

空间卫星在绕地球或月球等星体运行时，为了跟踪和控制卫星就要时刻掌握其在空间的位置和运动状态．但由于地球的自转和公转使得卫星和地球之间的相对运动描述关系变得复杂，目标卫星相对地球任意两个观测站的时间差(时延)和多普勒频移(相关条纹旋转)时刻都在改变．VLBI相关处理机是卫星观测和空间探测极为重要的技术手段，其原理以FX和XF两种相关模型处理观测数据．以FX相关模型为基础修正VLBI观测数据的时延补偿和相关条纹旋转的模型，提出对称“1／n Multiplier”时延补偿模型和条纹旋转模型，并且对实际观测数据进行操作和详细分析，对相关相位谱的剩余时延变化趋势和方差分布进行分析，从中找出优选时延补偿和条纹旋转模型．对于精确描述卫星轨道运动状态提供更准确的方法．     

调频调相应答机距离零值测量的理论和实践

调频调相（FM-PM）体制测控系统距离校零是一大关键性技术难题。国外采用宽带调制器（调制频偏在较大范围变化，其时延变化很小）作信号源测量FM-PM应答机的时延，它给出的FM-PM应答机的时延中包括宽带调制器从“测量”调制度（例如为7.2)到“自校”调制度（例如为0.6）的时延变化增量。我们提出的测量FM-PM应答机时延的方法没有这一缺点。1989年以来，我们的FM-PM应答机距离零值测量方法和设备成功地应用于东方红三号、风云二号、烽火一号、北斗一号和神通一号等系列卫星的距离零值测量。实践中形成了一套完整的理论^[1][2][3]，走出了我国自己的路。本文是FM-PM应答机距离零值测量的理论和实践的总结。     

大时延力反馈遥操作系统的PID控制

如何保证稳定性和透明性是时延力反馈遥操作系统面临的主要问题.本文把最简单的PID控制应用于这类系统,由绝对稳定的莱威林准则和电路阻尼理论推导出保系统稳定性和透明性的参数约束条件.最后进行实验验证,在时延6秒的情况下完成了硬结触曲面跟踪任务.理论分析和实验都表明这种方法能保证系统的稳定性和透明性.     

空间遥控作业系统的自适应无源控制

遥控作业系统是实现空间危险环境中作业的有力手段。由于空间工作站和地面控制站之间的通讯时延，造成了遥控作业系统的不稳定和操作性能的降低。本文利用二端口网络理论，提出了可定量评价系统操作性能的指标函数，并导出操作性能最优（临场感状态）的无源控制算法，同时针对环境的不确定性，给出参数自调节的自适应无源控制器的结构。实验验证了本文提出的无源控制算法的有效性     

空间遥控作业机器人系统的内模控制研究

针对空间遥控作业机器人系统通讯时延严重破坏系统性能的问题，为力反馈遥作业系统建立了内模结构，对系统的透明性和稳定性进行分析并给出了控制器设计结果。给出的控制方法不仅能兼顾系统在时延下的稳定性和透明性，而且可以实现主从机械手速度与力的动静态跟踪，使系统具有良好的力觉临场感。借助于内模结构，以透明性为目标的控制器设计独立于稳定性来进行，降低了设计的复杂度，增强了控制的灵活性。理论分析和仿真实验证明该方法有效。     

一种在待测距离未知的情况下求解测控电波时延的方法

提出了一种在待测距离未知的情况下确定电波在空间单向传播时间的方法。该方法可以迅速地利用前一时刻已经测得的距离和距离变化率，导出下一时刻发送的无线电波到达航天器时其在空间的单向传播时间。利用该时间，可以确定航天器接收到信号时的大概位置。     

存在外部干扰的网络控制系统故障检测和优化

针对存在时延和丢包的网络控制系统,研究了系统的故障检测滤波器设计和优化设计问题.通过泰勒展开将未知时延处理成外界干扰,采用伯努利随机过程来描述丢包现象.设计观测器产生残差信号,将故障检测问题转化为H∞滤波问题.通过Lyapunov函数方法分析了系统的稳定性.以线性矩阵不等式的形式给出了滤波器存在的充分条件和求解方法.为进一步提高系统对故障信号的灵敏度,采用了一种优化设计方法对故障检测系统进行了优化.最后通过仿真验证了算法的有效性.     

利用机载GNSS-R的有效波高反演技术

采用自主研发的多源多宿GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflections,全球导航卫星系统反射信号)海洋环境遥感探测系统,在天津渤海湾特定区域进行了3次机载校飞试验,获得了大量有效GNSS-R信号数据,对自然条件下的海面有效波高进行了反演处理。该系统通过对接收的GNSS直达信号和海面反射信号进行相关运算处理,可以获得DDM(Delay-Doppler Mapping,时延—多普勒映射)图谱,再利用DCF(Derivative of the Correlation Function,相关函数的导数)在DDM图谱基础上进行相关功率波形的计算,进而通过计算DCF的函数波形宽度得到海面有效波高,验证了该方法的可行性。该方法具有全天时、全天候、高分辨率、低成本等优点,对全球范围内中小尺度海洋状态和物理现象的监测具有重要意义。     

时延平滑系统对实时数据传输影响分析

在实时数据传输过程中,科考船海事卫通链路会出现数据丢包和乱序数据处理不当的问题。通过分析科考船海事卫通链路系统组成,数据传输协议和类型,数据传输时延及抖动,时延平滑系统工作机制和处理流程等,发现时延平滑系统设计上存在缺陷。针对这一缺陷,提出在时延平滑系统中增加数据包分点实时监测、序号判定、序号重排等改进方法,对时延平滑系统的处理流程进行了完善。通过搭建仿真环境并进行模拟演练,验证了改进设计方法的可行性;在某工程应用中,科考船海事卫通链路采用改进后的时延平滑系统,未出现丢包和乱序问题,达到了预期效果。     

空间遥操作任务中显控界面关键技术研究进展

为提高空间站机械臂等空间遥操作任务的操作表现,提升操作者的临场感是一项重要的技术途径。为此,须开展显控界面的工效学设计。结合目前国内外研究文献,分别就视觉实景界面,增强现实界面,对抗时延的操作策略,语音、力觉交互以及预警机制等几项关键技术进行了梳理和讨论,并提出了几项空间遥操作人机界面可以深入展开的研究方向。