软件定义卫星技术概念及发展

针对在轨卫星呈现海量化、网络化、智能化发展的趋势,重点探讨了软件定义卫星技术的产生背景、概念、内容与挑战。通过历史回顾,归纳卫星系统研制的3个阶段,指出目前卫星系统正在从平台、载荷优先向算法优先演进,这一趋势推动了软件定义卫星技术的产生与发展;阐述软件定义卫星技术的概念与边界,指出研究软件定义卫星技术的目的不是研制一类新型卫星,而是利用软件定义技术实现硬件资源虚拟化、系统软件平台化、应用软件多样化,提升卫星系统的网络化与智能化;分析软件定义卫星技术的主要内容与挑战,并对未来的发展进行展望。     

基于学科链的卫星系统工程方法与实践

目前,绝大多数的卫星系统都是按照分系统来设计的,这种方法的弊端在于分系统内部重复的功能模块对整星而言是冗余的。因此,为了摒除按照分系统设计的卫星系统缺点以提高系统可靠性,我们设计了一个全新的卫星系统,其基于学科功能链。按照学科功能链,我们将卫星系统划分为控制学科链、结构热学科链、电子学学科链、载荷学科链,显著提高了卫星系统的性能、可靠性和功能密度,同时有效降低了研制成本,缩短了研制周期。最终,基于学科链的卫星系统已成功应用于北斗导航全球系统的首发卫星上。本文阐述了基于学科链设计的核心思想和四个主要的学科链内涵。     

卫星用粒子探测系统

设计了一个卫星用电子和质子探测系统,电子和质子能量范围各为0.5～4MeV 和5～60MeV。系统具有质量轻、功耗低及可靠性高特点。     

基于深度强化学习的软件定义卫星姿态控制算法

深度强化学习（DRL）作为一种新型的基于机器学习的控制算法,在机器人和无人机等智能控制领域展现出了优异的性能,而卫星姿态控制领域仍然在广泛使用传统的PID控制算法。随着卫星的小型化、智能化以至软件定义卫星的出现,传统控制算法越来越难以满足姿态控制系统对适应性、自主性、鲁棒性的需求。因此对基于深度强化学习的姿态控制算法进行了研究,该算法使用基于模型的算法,比非基于模型的算法拥有更快的收敛速度。与传统控制策略相比,该算法无需对卫星的物理参数和轨道参数等先验知识,具有较强的适应能力和自主控制能力,可以满足软件定义卫星适应不同硬件环境,进行快速研发和部署的需求。此外,该算法通过引入目标网络和并行化启发式搜索算法之后,在网络精度和计算速度方面进行了优化,并且通过仿真实验进行了验证。      

大气密度变化对卫星返回轨道参数的影响

本文在考虑大气密度(90km高度以下) 随地理纬度、高度及时间(月份)随机变化的基础上,沿卫星的返回轨道建立了随机大气密度的统计模型。并应用该模型产生的随机大气密度样本,进行返回轨道的Monte Corlo法模拟计算。通过对模拟计算得到的返回轨道参数样本的统计处理,本文分析了大气密度变化对卫星返回轨道参数的影响。另外,本文还介绍了近似估计大气密度变化对返回轨道参数影响的影响系数法。     

用Nocilla模型计算卫星气动力系数和热流密度分布

本文用Nocilla粒子-表面作用模型计算卫星在运行轨道中整体气动力系数和星体表面热流密度分布,文中列出了详细计算公式和一个算例。     

卫星综合软件的体系结构研究

分析国内外卫星综合软件的现状和发展趋势,阐述设计软件体系结构的重要性．提出一种卫星综合软件的分层模块化体系结构,对此体系结构进行详细地分析和说明,并对其在软件复用、软件开发和测试方面的应用以及优点进行分析,表明分层模块化软件体系结构是提高卫星软件开发效率的有效途径．     

HY-2卫星定标检验场多波段微波辐射计系统设计

Oceanic Multiband Microwave Radiometer（OMMR）是针对中国HY-2卫星扫描微波辐射计的定标和检验而设计的五频段十通道微波辐射计. 由于工作环境恶劣以及仪器长期稳定连续360°观测的需求,使其研制具有较大挑战. 本文重点介绍该微波辐射计的系统构成、技术指标设计与实现,阐述了系统指标测试和定标过程. 测试结果表明其满足设计要求.     

虚拟化技术在综合化航电系统中的应用

将虚拟化技术应用于航空电子系统的设计,利用虚拟机系统来实现硬件资源的共享管理和软件子系统的划分,并符合ARINC 653规范的要求——模块化、可靠性、隔离性与开放性.构建由硬件平台、虚拟机监视器(VMM,Virtual Machine Monitor)和分区操作系统、航电应用软件所组成的3层软件架构,可以满足综合模块化航电系统(IMA,Integrated Modular Avionics)的功能要求与接口要求.其中,为实现符合ARINC 653要求的VMM,传统分区操作系统需要进行多项关键性调整,包括处理器特权级和特权指令、中断、内存地址空间分配、设备驱动等方面,从而可以构造基于VMM的综合化航空电子系统.     

基于AFDX的航空电子系统可调度性分析

航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)是新一代大型飞机机载网络的首选方案,构建其上的航空电子系统应保证强实时应用在时限内完成.针对现有AFDX实时性研究仅给出网络延迟上界的不足,综合考虑了任务的响应时间以及实时消息在AFDX网络中的传输延迟.建立了使用AFDX网络的航空电子系统模型,分析了分布式任务序列的整体时间需求.应用全局分析思想,给出任务序列的最坏情况响应时间,为系统实时性的评价和优化提供了理论依据.仿真结果表明该分析给出了紧凑的任务序列响应时间上界.     

兼顾控制流量的软件定义卫星网络路由策略

软件定义卫星网络（SDSN）通过解耦数据与控制平面,实现网络态势与控制的逻辑集中,为管理卫星网络提供了一种新的思路。在SDSN中,控制报文和数据报文同时在网络中传输,海量、动态、高优先级的控制流量将对数据报文传输产生极大的干扰。因此,提出了一种数据流退让路由（DFRR）策略。在计算数据报文路由时,DFRR将链路上控制流量大小作为影响链路代价的一个因素,以减少选择控制流量较大的链路;在网络操作控制中心（NOCC）连接的过顶卫星切换导致控制流量分布发生较大变化之前,DFRR预测可能发生拥塞的链路,并选出链路上部分数据流进行重路由,从而避免拥塞。在开发的SDSN研究平台OpenSatNet上对DFRR的性能进行了评估。实验结果表明,DFRR能够有效减少网络中的链路拥塞,以及控制报文和数据报文的分组丢失。      

电子吊舱环境控制系统设计的新技术

针对我国军用电子设备吊舱载机电源紧张,国产电子元器件耐温性能相对较差,对环境控制系统要求较高的特点,本文提出了一种新型用冲压空气驱动的环境控制系统.该系统采用"蓄冷节能"的设计思想和逆升压回冷技术,并配备具有智能功能的测控子系统.为克服冲压空气压头低的困难,利用空气动力学理论,提高进气道总压恢复系数,扩大系统进出口压差,从而获得较大涡轮膨胀比.试验结果证明所设计的吊舱环控系统具有良好的制冷性能和经济性.     

低功率N_2H_4电弧加热发动机高空模拟试验系统

介绍了用于低功率肼(N2H4)电弧加热发动机(Arcjet)的高空模拟试验系统,阐述了该系统中的高空模拟真空系统、推进剂供给系统、电源调理单元(PCU,Power ControlUnit)、微推力全弹性测量装置、数据采集系统以及其它配套设施.针对低功率肼电弧加热发动机地面试验的特殊要求,重点介绍了有毒推进剂肼(N2H4)的供给、微小流量测量、微小推力测量的方法与原理,并在该套系统上进行了系统功能验证性试验.试验证明,该套系统满足低功率肼电弧加热发动机高空模拟试验要求,为推进肼电弧加热发动机的研究与工程应用提供了保障.     

资源三号卫星高精度控制分系统地面试验验证系统

针对资源三号(ZY-3)卫星高精度控制分系统地面试验验证需求,设计一整套完备的验证系统,通过对控制分系统各外接口、部件级故障诊断和切换、系统功能、姿态控制精度指标实现情况及在轨故障预案的试验验证等几个方面完成地面试验验证.ZY-3卫星发射后,控制分系统在轨稳定运行且姿态控制精度和时统精度满足整星指标要求.     

无人直升机系统CAN总线应用层协议设计

为了将CAN(Controller Area Network)总线应用于无人直升机系统,设计一种具有通用性的CAN应用层协议.针对CANaerospace V1.7版协议在无人直升机系统应用的数据定义、测控带宽等问题进行改进.重新设计定义了基本帧格式和数据标识号,提出一种适用无人直升机系统应用的CANauh协议.为了对CANauh协议进行验证,以一种基于CAN总线的无人直升机航空电子系统为对象进行CAN总线数据内容、调度表、总线负载的设计和CANoe数字仿真.CANauh协议在10 ms基本周期的总线负载为40.83%,数据可扩展定义空间为67.4%,测控系统带宽具有66.7%的占空比,满足无人直升机系统的指标要求.CANauh协议可以促进CAN总线在无人直升机系统中的应用,避免重复性设计,增加各个系统间的互操作性,降低开发维护成本.      

A novel system parameters design and performance analysis method for Distributed Satellite-borne SAR system

As a promising new technology emerged in recent years, the Distributed Satellite-borne SAR (DSS) system with Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) imaging capability has been recognized by the remote sensing community as an integrated part of the spaceborne earth observation system. However, most researches on DSS were focused on individual aspects of system design/analysis and data processing, while few studies have been dedicated to establishing a standard methodological framework for universal DSS system design. Aiming at this problem, the topics of DSS system error analysis and design method are investigated in this paper. Firstly, a rigorous error propagation model of height measurement is theoretically derived from the DSS InSAR imaging geometry, and the impact of each error sources in this model on the height measurement accuracy is analyzed individually. In particular, the baseline length and its measurement error in the InSAR imaging plane are identified as the dominant factors. Second, a new method for DSS system design is proposed based on our analyses with the error propagation model. This method consists of two important phases, namely collaboration design and monostatic design. The major objective of collaboration design is to determine the configuration and parameters for the coordination between satellites in the DSS system. Afterwards, the key parameters for single satellite and the payload are determined by the monostatic design. Thirdly, a system performance analysis method is developed to comprehensively evaluate the performance of the pre-designed DSS system. In the next section, a typical example of DSS system design is given to demonstrate the effectiveness of the proposed system design and analysis methods. The target DSS system has the same goal and hardware configuration as the TanDEM-X mission. Finally, the conclusion is drawn with our major findings are presented.     

捕风一号卫星总体设计与技术特点

捕风一号卫星是中国首次实现基于星载导航卫星反射信号测量(global navigation satellite system-reflection,GNSS-R)技术的气象卫星,采用新型L波段海面风场信息探测技术,在风场测量、海面飓风风速反演等方面为国家气象、防灾减灾等行业提供服务.从系统设计角度介绍了捕风一号卫星的总...