多星编队飞行的分散式耦合控制技术研究

以多星编队飞行为研究对象,建立了多星编队飞行的分散式相对姿态动力学和运动学模型,结合卫星编队飞行相对位置的非线性动力学模型,利用Backstepping方法设计多星编队飞行的分散式耦合控制器。采用了一种选择性控制策略,能够保证多星编队飞行的控制效率和抗故障能力。数值仿真结果表明了所设计的分散式耦合控制器的有效性。     

分布式卫星编队飞行队形保持协同控制

针对分布式卫星编队飞行队形保持控制问题提出一种分布式协同控制算法,并给出该协同控制算法与编队卫星星间信息传递拓扑结构之间的关系。该协同控制算法以模型预测控制为基础,利用分布式编队卫星的自然特性以及编队卫星之间的信息传递拓扑结构,采用分布式的算法结构,设计分布式的模型预测协同控制算法。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法,同时能够较好地解决存在状态约束、控制输入约束等情形下的各种控制问题。最后通过数值仿真验证了结果的有效性。仿真结果表明,当编队卫星星间信息传递拓扑结构中存在生成树时,提出的分布式协同控制算法能够有效地应用到编队卫星队形保持控制问题上来。     

小卫星星载容错计算机控制系统软硬件设计

创新一号低轨存储转发通信小卫星是中国第一颗重量在100公斤以下的小卫星，介绍了其星载计算机系统的设计方案。由于卫星采用了计算机集中管理方式，为保证星载计算机的可靠性，设计中对硬件使用了双计算机热备份冗余设计，星载计算机的可靠性同时通过软件和硬件协同容错设计来实现。卫星的星务管理、遥测、遥控、姿态控制、电源管理、通信控制、轨道控制等都需要通过计算机软件完成，介绍了这些软件的主要功能和容错设计。创新一号星载计算机采用了多项新技术，并经过了一年多的飞行测试验证，达到了预定的运行目标，星载计算机圆满完成了各项设计功能，证明了卫星计算机系统的安全可靠。     

编队飞行航天器测量通信一体化系统的交互链路技术

实现航天编队飞行需要有测量系统测定队列成员的相对位置、姿态和时间,还需要通信系统在编队成员间交换工程数据和科学实验数据。测量系统和通信系统都是实现航天编队飞行的核心技术。基于卫星导航技术,将卫星导航接收机、伪卫星发射机、伪码扩频序列通信和测距链路及相关数据处理模块组合,组成射频收发器,可以构成完成上述功能的测量和通信一体化系统。文中根据国外已有的实践经验阐明射频收发器设计中的交互链路设计技术,包括关于链路拓扑的考虑是采用星形网络还是网形网络;采用相控阵波束形成、分路多路径接收和多用户检测技术;采用半双工码分多址的多路传输体制和打包的信号结构;既可用兼用GPS和交互链路的相对导航,也可只用交互链路测距实现相对定位导航;在编队内外的星间通信乃至星地通信中引入移动IP功能等。航天器本身必须具备适应空间环境的耐辐射能力。     

轨道科学公司的"星"卫星平台

轨道科学公司的“星”卫星平台是一种已得到飞行验证的平台设计,具有很高的可靠性和耐久性,适用于各类静地轨道卫星,也可用于低地轨道卫星。该公司可为用户提供交钥匙服务,包括卫星制造、发射、地面站、用户系统和业务支持。“星”静地轨道卫星平台设计寿命为15年,发射质量低于     

基于气浮台的编队飞行地面试验建模与鲁棒控制器设计

为分析验证卫星编队飞行涉及的相对导航、制导与控制以及星间通信等问题,搭建了编队飞行的地面试验系统,采用了一块3m×4.5m的气浮平台和具有两个平动自由度和一个转动自由度的卫星仿真器分别来模拟低阻力的空间环境和编队飞行的卫星,相对导航采用了视觉相机和室内GPS两种方案,星间通信则通过蓝牙进行模拟。推导了描述仿真器间相对运动的包含参数不确定性的动力学模型,并基于此模型设计了带极点配置的鲁棒H∞控制算法,通过姿态同步和构型保持等仿真实验重点对编队飞行的相对导航、星间通信和相对状态控制进行分析验证,对实际的编队任务具有一定的参考和指导意义。     

主从式卫星集群系统的长期轨道保持

针对主从式卫星集群系统的空间构型长期保持问题提出一种控制算法,使得多星系统能够在给定的相对距离约束下在轨长期运行,并且消耗较少的燃料。该卫星集群系统由一颗主星和多颗从星构成,主星保持在特定轨道上,负责系统中的数据处理、任务规划及决策,从星围绕主星自由运动并实现特定功能。根据系统的特点,考虑主星与从星、从星与从星之间约束条件的异同,设计了具有较强适应性的控制逻辑与基于李雅普诺夫稳定性理论的控制器。仿真结果表明,在推力器最大推力一定的情况下,提出的控制算法能够有效地应用于多星集群飞行中,并成功地实现长期的轨道保持。     

东二甲星载测控系统

本文简述了东方红二号甲(DFH—2A)卫星星载测控系统的任务、组成及各组成设备的功能、性能、设计特点及飞行验证结果。     

硬X射线调制望远镜卫星飞行程序设计及在轨验证

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星飞行程序设计具有在轨使用模式复杂、载荷需求约束多、在轨工作状态多且多系统多组合耦合、在轨自主管理功能应用与飞行事件操作流程耦合等特点。卫星在轨测试内容多、约束多、耦合强,因此在飞行程序设计中重点开展了入轨段程序时序评估和改进,观测模式、自主功能的应用设计,在分析设计需求约束并提取能够有效覆盖验证全部正常功能和工作状态的系统组合形式基础上,进行飞行事件编排优化。HXMT卫星在轨验证结果表明:卫星在轨运行良好,各飞行事件有序开展,飞行程序设计合理有效。     

“一箭多星”发射低地球轨道卫星的构型优化设计方法

针对"一箭多星"发射的低地球轨道(LEO)卫星,提出一种考虑多星-单星耦合作用的卫星构型优化设计方法,从单星系统配置和运载火箭对构型的约束分析、"一箭多星"发射构型设计、单星和多星分配器构型设计3个层次逐级开展卫星构型设计。通过设计实例验证了卫星构型优化设计方法的有效性,此方法能够在满足构型约束条件的同时,实现运载火箭潜力的最大化利用及单星发射成本的最低。     

天地信息网络协议融合技术综述

天地信息网络融合可以实现空间与地面网络资源的充分共享和高效利用，国内外已提出多种天地一体化信息网络架构并从不同角度进行理论研究和关键技术攻关。面向CCSDS数据系统体制与空间通信协议规范（SCPS），在分析CCSDS协议体系结构及其应用发展基础上，讨论卫星链路应用TCP/IP的问题与关键机制，并综述星地一体化协议IPoC（IP over CCSDS）的技术研发与仿真研究进展。通过分析空间CCSDS协议体系与地面IP网络机制，为天地信息网络融合系统设计与网络协议研究提供参考。     

一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计方法

基于模型的系统工程MBSE思想和信息化手段,以模型为核心、关系追溯为手段,集合测控分系统技术指标、设计经验等知识信息,提出一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计解决方案。利用模型承载文档,显性化经验、信息、关系,形成基于模型的知识管理工具,提高工作效率,解放设计师,实现知识经验的数字化模型化承载,为小卫星测控分系统由经验设计向仿真设计转变,由基于文档到基于模型的研制模式转变,由实物验证向虚拟和实物验证相结合转变进行了探索和尝试。     

Advanced high capacity domestic satellite communications system

This paper describes a concept of multibeam high capacity transmission possible with a 30/20 GHz and 50/40 GHz domestic satellite communication system. The relationship between satellite antenna pointing accuracy and multi-beam antenna interference, as well as the relationship between satellite antenna pointing accuracy and multi-satellite interference are looked at.The ultra high capacity domestic satellite communication system will have multi-beam antennas with a 76.0 dB at both 20 GHz and 40 GHz. These antennas will provide 4950 beams that approximately correspond to the number of end office of the Japanese telephone network, and have a pointing accuracy of 0.005 degrees. This system will be equipped with 9900 30/20 GHz and 50/40 GHz transponder channels with bit rates of 800 Mbps. Its capacity will be 119 Tbps through use of 15 large communication satellite platforms.     

时间触发型FlexRay总线星载应用研究

提出将具备时间触发特征的新一代车载总线FlexRay引入小卫星星上电子系统,分析了FlexRay总线访问机制、数据帧结构、容错特性、网络时间同步等对星载应用的适应性,并给出基于该总线的星载网络设计及应用思路,对星载网络拓扑结构、节点信息传递方式、总线通信应用协议、网络节点实现等进行了初步设计,可为该总线的星载应用提供一定的技术参考。     

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络（Spatial Information Network, SIN）地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间（Heterogeneous Earliest Finish Time, HEFT）算法进行求解。仿真结果表明：卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。     

卫星ATM网络中跨层设计的星上缓存管理优化方案

为提高卫星ATM(异步传递方式)网络星上缓存资源的利用率,针对利用上层协议重传的非实时数据业务,采用跨层设计方法提出了一种缓存管理优化方案—错误信元尾丢弃(ECTD)。它把信道误码引起的错误信元及后续的属于同一协议数据单元的无效信元丢弃。以早分组丢弃为基础,进一步建立了采用ECTD和不采用ECTD的分析有效吞吐量的数学模型。数值分析结果表明,ECTD具有优化缓存管理、提高有效吞吐量的作用,而且信元错误率和协议数据单元的长度越大,ECTD对有效吞吐量的改善就越明显。     

面向在轨服务的可重构细胞卫星关键技术与展望

为解决传统航天器设计模式所面临挑战,本文分析了当前航天器设计的技术现状和体系结构不能满足在轨服务要求等突出问题。以“凤凰重生”的设想为代表,提出了面向在轨装配任务的可重构细胞卫星技术,分析了细胞卫星的内涵和结构及接口设计理念。针对面向空间装配的在轨服务所面临的挑战,提出了可重构细胞星的关键技术,包括构型优化、信息融合、多细胞结构的控制和针对精细装配的空间遥操作等。最后针对我国的技术现状,提出了我国开展细胞卫星研究所需解决的问题和未来发展建议。     

集群卫星网络信息拓扑控制技术探讨

集群卫星网络所具有的高动态拓扑、信息异构及灵活组网的特性,使其对信息层面的拓扑控制提出了新的挑战,需要在现有的卫星网络拓扑控制技术的基础上进一步研究。在深入解析集群卫星网络信息拓扑控制内涵的基础上,根据集群卫星网络特点,提出通用的集群卫星网络信息拓扑模型及星地拓扑控制策略,并对现有的卫星拓扑控制算法进行分类说明,根据拓扑的分类方法,分析不同卫星拓扑控制技术在运用于集群卫星网络中的限制条件,最后针对应用需求及技术特点,指出集群卫星网络拓扑控制技术的发展趋势及研究方向。     

一种基于层簇式的卫星网络组密钥管理方案

针对卫星网络中组密钥管理过程面临的诸多挑战,提出一种基于层簇式的卫星网络组密钥管理方案LCGKM。结合卫星网络的多层次结构特点,建立了层簇式组密钥协商网络模型,将高轨道卫星作为组密钥协商发起节点,组成员通过三叉密钥树自主计算出组密钥,有效地减少了组密钥协商过程中的通信开销,增强了方案的灵活性、可扩展性。另外,在组密钥协商过程中,利用双线性对和身份认证技术,确保组成员能够对接受的组密钥信息进行验证,进一步增强了方案的安全性。性能分析表明：方案在满足更高安全需求的基础上,具备通信效率高、计算量小等优点,适用于具有大规模组播需求的卫星网络。     

全数字化星载信号处理载荷架构设计

面对商业航天新业态的迅猛发展,围绕高可靠、高效率、高效益的航天发展目标,针对卫星有效载荷的载荷核心——星载信号处理载荷部分,参考美国国家航空航天局的空间无线电通信体制设计思路,以硬件平台化、功能软件化、软件构件化为特征基础,通过对软硬件体系、载荷时频、重构方式、资源共享等多元化的设计,构建了一种灵活、通用、易扩展、需求适应强的全数字化星载信号处理载荷架构。相比于传统星载信号处理载荷,采用该架构设计的星载信号处理载荷可以广泛适应各类星载信号处理的需求,极大地提升有效载荷的信号处理能力及可靠性,降低载荷的研制周期与成本,为未来卫星有效载荷的软件化、网络化、智能化发展提供技术支撑。