测控链路计算

针对月球和深空等远距离探测任务,对测控数传链路进行了计算。对射频相干AGC控制模式,基于统一X波段(UXB)测控数传分系统的信号及其调制度的分析,给出了测控数传链路计算的数学公式。实际计算结果表明:调制度优化设计在满足测控设计余量要求的前提下,降低了对航天器G/T值和有效全向辐射功率(EIRP)值的要求。     

深空通信中继下行链路特性研究及仿真分析

在深空通信中,由于信号传输距离遥远,功率受限的下行链路信号衰减巨大。为解决上述问题,分析地球大气层和外层自由空间的传输特性差异,提出以地球同步轨道卫星为中继站的下行链路的构想,根据每一段链路特性的不同选择载波频率。仿真结果表明,中继链路可以提高信号传输的信噪比、增大信道容量、降低误码率,提高了深空通信下行链路的可靠性。     

应用北斗导航卫星信号的GEO SAR成像机理验证方法

为了验证地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)的成像机理,采用倾斜地球同步轨道(IGSO)北斗导航卫星作为照射源,通过地面接收北斗导航卫星信号和地面反射的回波信号,实现对GEO SAR成像机理的等效性验证。北斗导航卫星具有与GEO SAR卫星相似的轨道,地面接收的信号可以等效成单程传播的GEO SAR回波信号;成像处理采用与GEO SAR相同的合成孔径时间,在合成孔径时间内地面反射的北斗导航卫星信号具有与单程传播的GEO SAR回波信号相似的距离徙动特性和多普勒特性,可实现长合成孔径时间条件下GEO SAR成像机理的验证。通过双基地试验实现了应用北斗导航卫星信号的GEO SAR成像机理的等效性验证。     

GEO卫星在轨故障条件下测控应急措施

地球静止轨道卫星在轨故障时,完成卫星故障现象的排查与确认,实施其后的处理工作,对保证星地测控链路通畅至关重要。根据地球静止轨道卫星的工作特点,描述了保证卫星能源供应、保证测控链路通畅等4项卫星在轨故障处理原则。简要介绍了地球静止轨道卫星平台测控分系统的主要技术状态,进行了测控链路分析;根据测控链路余量,从卫星、地面测控站两个方面,提出卫星在轨故障时测控上行、下行链路的处理措施。这些措施均经过卫星的飞行验证,证明行之有效。     

卫星自动识别系统观测模型及检测概率分析

针对卫星自动识别系统(AIS)天线的覆盖面积大、包含多个自组织区可能导致接收信号碰撞的特点,分析了星载AIS接收信号重叠碰撞的机制,对卫星AIS观测模型进行了等效蜂窝模型的建模,将AIS信号到达卫星接收机的过程等效为泊松随机过程,在此基础上分析了卫星AIS对船舶的检测概率,并对影响检测概率的各个因素进行了仿真分析,根据仿真结果提出了两种提高船舶检测概率的方法,对优化AIS的设计、分析系统对船舶的检测概率有一定的参考作用。     

全球导航卫星系统互干扰评估分析及启示

介绍全球导航卫星系统(GNSS)信号互干扰问题的现状,总结卫星导航系统互干扰评估测试的两种方法,即多径误差评估方法和载噪比评估方法的基本理论和研究现状,结合卫星导航系统的发展需求,对比提出了方法之间的局限性。针对我国卫星导航系统的发展情况,提出基于频谱隔离系数的等效载噪比方法作为卫星导航系统信号互干扰评估方法,以及相关的发展建议。     

卫星遥测功率谱分析和调制度测量方法研究

残余载波调制是卫星测控中的常用调制体制。文章从理论上给出了该体制下信号的功率谱密度表达式,得到奇次谐波谱线展宽等结论,并通过仿真和实验进行了验证。利用所得结论讨论了遥测调制度测量方法,提出通过功率谱的2阶边带进行测量可以使结果得到改善。     

导航信号模拟器上位机软件设计与实现

卫星导航信号模拟器可以模拟产生各种动态环境下接收机所接收到的导航卫星信号。为接收机的调试和测试提供仿真信号源。完整的导航信号模拟器由上位机软件、中频信号产生、射频前端电路三个单元组成。文中对信号模拟器的上位机软件单元进行详细的分析,给出软件总体流程图,阐述主要模块的功能及其实现方法,包括人机交互界面、导航电文生成模块、载体运动轨迹计算模块、卫星位置计算模块和等效伪距误差计算模块。通过与商用(?)收机联试,验证了软件设计正确可行。     

卫星S波段测控信道总体设计

概述卫星S波段测控系统的主要功能,S波段测控信号在空间传输信道中的功率损耗和附加噪声,以及由于星上应答机两种不同的测距信号提取方法而造成的信道设计的区别之处。在此基础上,详细研究了射频功率分配和副载波频率干扰两个问题,包括:如何达到最大的已调载波的功率效率,在测距和数据信道(遥控和遥测)同时工作时,如何确定最佳分配已调载波功率的约束条件,如何建立有、无测距音提取滤波器两种情况的调制指数设计方程,以及如何进行副载波频率干扰计算。     

适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验

为解决在实际航天任务中利用连线干涉测量(CEI)技术进行高精度GEO卫星定轨以及共位GEO卫星相对定位时面临的载波相位整周模糊度难题,提出了一种基于卫星下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法,它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量。对提出的方法进行了性能仿真和实际外场试验验证,结果表明：在20 km基线上,利用北斗GEO卫星的伪码测距信号和天链卫星的测控信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊,相时延测量精度优于0.1ns,对应GEO卫星定轨精度优于54 m。该方法在国内首次实现了在几十km基线量级上利用几百kHz窄带测控信号获得无模糊载波相时延,具有较好的工程应用前景。     

Scintillation model of laser beam propagation in satellite-to-ground bidirectional atmospheric channels

This paper discusses a scintillation model of laser beam propagation in satellite-to-ground bidirectional atmospheric channels. The frequency characteristics of the downlink were theoretically derived on the basis of measurements in low Earth orbit satellite-to-ground laser communication experiments. The speckle patterns were averaged and the frequency response of the received optical signal was filtered by a telescope aperture. The model parameters were obtained by fitting the results to the model. This paper introduces scaling factors for the uplink and extends the theory for the downlink to that for the uplink. The proposed model can generate time-varying optical signals based on the von Kármán spectrum for space-to-ground laser links. The scintillation index was estimated using the modified Hufnagel–Valley model, which was obtained from real measurements. The probability density function was fitted by the estimated scintillation index and compared to the gamma–gamma distribution under strong turbulence conditions. The scaling factor for the root mean square wind speed was newly introduced to fit the frequency spectra for the uplink. The simulation results are presented in this paper. The proposed scintillation model can contribute to improving the fading simulation of satellite-to-ground communication links as well as add to the future discussion of standards, like those proposed by the Consultative Committee for Space Data Systems.     

任意周期信号非相干测距技术研究

飞行器测控系统上、下行链路信号关联性越小,则信号体制的可选择性越大,有利于在飞行器测控系统中引进先进信号传输处理技术并提高上下行信号设计的灵活性。分析了传统相干与非相干测距技术的不足;在比相测距法原理基础上,推导出利用任意周期信号实现飞行器非相干测距的方法;对影响测距指标的距离模糊问题、测距精度问题进行了研究分析;对所研究的方法进行了数值仿真。结果表明采用此方法不仅可使测控系统上下行信号设计达到独立设计的目标,而且在保证同等精度要求的条件下,上下行链路信号体制可通过不同形式进行组合使用,在现有传输体制基础上可进一步降低测控信号设计的复杂度,适用于空天、临近空间及航空等不同环境下的飞行器测控与信息传输应用。     

刚柔混合双臂空间机器人抓持－操作协同规划

针对狭小空间内的在轨维修操作,提出了一种基于受限空间可操作度优化的刚柔混合双臂协调轨迹规划方法。根据绳驱柔性臂的结构特性对其进行运动学等效,并完成了刚柔混合双臂等效运动学模型的建立,得到基座漂浮状态下的广义雅可比矩阵以及对应的零空间投影矩阵。以任务操作方向上的可操作度为优化指标,通过零空间投影矩阵建立优化函数方程;同时基于分解运动速度控制,通过广义雅可比矩阵实现末端速度空间到关节速度空间的映射,实现了混合双臂抓持-操作目标的同步运动控制。最后,开发了基于联合仿真软件的混合双臂联合仿真系统,仿真结果验证了上述方法的有效性。     

S形进气道纤维铺放轨迹规划和优化方法

为研究纤维铺放轨迹规划和优化算法,在分析等铺放角法和等距偏置法两种轨迹规划 方法的基础上,提出基于纤维带边缘曲线的轨迹规划方法和纤维带丝束数量计算方法。在轨 迹铺放角范围满足设计要求的前提下,将等铺放角法和等距偏置法两种轨迹规划方法相结合 ,提出以曲线在曲面内等距偏置为核心的铺放轨迹优化方法。该算法可以提高铺放设备的工 作效率,并对纤维带丝束数量、纤维重叠面积、纤维间隙面积等铺放信息的计算方法进行了 分析。最后将以上分析结果应用到S形进气道曲面的铺放轨迹规划中,证明了该铺放轨迹规 划和优化方法的可行性。
     

基于遗传算法和序列二次规划法的结构稳健性优化设计方法

针对目前结构优化设计方法未考虑参数随机性的问题,提出基于遗传算法和序列二次规划法的结构稳健性优化设计方法。将结构产品的质量特性作为优化目标,性能函数的可靠度指标作为约束条件,建立稳健性优化设计模型。利用序列二次规划法计算其性能函数的可靠度指标,在此基础上,利用遗传算法进行迭代计算,得出最优设计结果。最后,将某型导引头导轨齿轮设计作为工程案例,验证了使用此结构稳健性优化设计方法能够降低产品重量,提高结构稳健性。     

固体火箭发动机装药不确定性优化设计

介绍了不确定性优化设计思想和方法,考虑装药优化设计过程中推进剂性能参数不确定性,开展了固体火箭发动机装药不确定性优化设计研究。采用Powell方法和并行遗传算法组成的混合优化方法,提高了优化问题求解的效率和质量;采用Taylor级数一阶展开近似计算性能参数的均值和均方差,通过可靠性指数计算满足约束条件成功的概率。与确定性优化设计结果相比,不确定性优化设计结果更可靠、更稳健,为固体火箭发动机总体方案设计提供了更好的方法和手段。     

不确定条件下采用协方差描述函数法的再入轨迹鲁棒优化

Uncertainties are taken into account in reentry trajectory optimization and a robust trajectory optimization model is constructed based on the robust optimization theory. There are computational difficulties in solving this robust trajectory optimization problem due to the random variables associated with the uncertainties. To overcome these difficulties, the covariance analysis describing function technique (CADET) is employed to convert the robust trajectory optimization model into an equivalent deterministic trajectory optimization formulation, which is then solvable by using the existing pseudo spectral method. In the case study, a robust reentry trajectory optimization problem considering the uncertainties of aerodynamic parameters is solved to obtain the robust optimal trajectories. By comparing with the traditional deterministic optimal trajectories, the robust optimal trajectories are significantly less sensitive to the uncertainties of aerodynamic parameters, showing the effectiveness of the presented method.      

采用伴随星接收LEO到GEO上行信号的一种方案

随卫星上部署动态跟踪天线,难以进行卫星姿态控制,为此提出了一种采用两颗伴随卫星部署非跟踪天线的接收方案,用于接收低轨圆轨道星(LEO)到地球同步静止卫星(GEO)的上行信号。理论分析及STK(SatelliteToolKit)软件仿真结果表明,伴随星姿态只需在惯性空间内稳定,就可实现动态信号接收,大大降低了系统的实现难度。     

整体壁板结构弯曲成形分析的等效塑性模型

大型整体壁板结构参数及成形工艺参数优化需要对壁板成形进行大量的非线性仿真计算,详细模型在计算时间和资源消耗方面难以接受,且不易收敛。通过弹塑性力学及回弹分析,基于应力和回弹后的变形等效,考虑了材料塑性变形强化效应,将整体壁板简化为某一虚拟材料的平板进行弹塑性弯曲等效分析。压弯和滚弯成形数值算例分析表明:在工程常用的弯曲半径范围内,变形计算误差在3.5%以内,应力误差在5%以内;等效模型大大减小了建模时间和资源,计算效率提高了70%以上,且计算易收敛;等效模型可以替代详细模型,为大型整体壁板结构参数及工艺参数优化、大型复杂形状壁板成形提供了快捷的分析方法。