航天器自主运行技术的进展

阐述了航天器自主运行的概念、目标和任务。对自主运行和传统测控方式进行了比较。最后重点介绍了航天器自主运行技术的进展情况。文章分4个部分介绍自主运行技术。首先介绍了2种自主运行体系结构，它们是自主运行各种功能集成的基础。第2部分介绍了2种智能规划与调度技术。第3部分介绍了基于模型的故障诊断与系统重构技术。第4部分介绍了有效载荷数据自主处理的进展情况。最后进行了总结并介绍了与自主运行相关的其他技术。     

多Agent自主系统结构及其在分离模块航天器中的应用

针对分离模块航天器对于灵活构建和组织多个卫星协同工作,实现自主运行的需求,提出基于"Agent容器程序"管理的多Agent自主运行系统结构。以多个规划Agent的组织为基础,综合使用多种类型的通用及专用Agent,实现了自主运行系统的适用性、灵活性和健壮性,为多卫星协同工作的仿真和实际应用提供可行的方法。     

航天器预测与健康管理技术研究

从研究进展、体系结构和关键技术三方面概述了航天器预测与健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)技术。概括了国内外航天器PHM研究进展,总结了PHM通用方法体系和逻辑分层、视情维修等通用性PHM体系结构,在此基础上提出采用星地协同三级闭环的模式构建卫星PHM系统;结合航天器技术特点,分析了航天器PHM各个功能层级的关键技术,并对我国航天器PHM技术的发展提出了建议。     

航天器地面测试监控管理系统的设计

分析了航天器地面综合测试监控管理系统的特点和任务,并对本系统进行了体系结构设计和软、硬件开发。其专用测试语言为航天器自动化测试提供了有力的支持。实际应用表明。该系统具有较强的工程实用性和通用性。     

星载标准接口业务在航天器中的应用方法

对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)星载标准接口业务(SOIS)的产生历史、研究现状以及体系结构进行了分析。针对中国航天器中星载接口协议不统一、设备和软件通用性差等问题,探讨了在中国航天器中如何应用SOIS标准。文章从星内节点协议配置、SOIS业务选择、与空间链路协议配合等方面,探讨了SOIS标准在中国航天器上的应用方法。应用SOIS标准,将有助于实现星载接口及协议的标准化,以及航天器上设备和软件的通用化。     

航天器遥测信息传递通用接口设计

针对国内各航天器研制方与测控中心在遥测信息处理传递过程中面临的设计不统一、结构不规范、处理周期长、交互难度大等问题,采用分层模型的遥测参数处理方案,设计航天器遥测信息传递通用接口。参照空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换(XTCE)标准,实现航天器遥测信息由顶层至底层、从总体结构到单个元素的规范设计。首先,建立通用规范的航天器遥测信息分层表示模型,明确航天器各分系统的分支节点;其次,详细定义航天器遥测元素标记,包括属性、可选属性、下属元素等;最后,实现了遥测信息传递通用接口软件。设计验证结果表明:航天器遥测信息传递通用接口可实现遥测信息从航天器研制方到测控中心的无损传递,提高航天器设计制造、测控管理和应用效能。     

航天器新型固态配电技术研究

为了满足航天器电功率不断增加及对可靠性提高的需求,基于固态配电和计算机综合管理技术,设计了关键器件固态功率控制器和配电中心原理样机.各种状态的试验结果表明固态配电技术可以为电源系统提供更全面的保护功能,可以减轻配电系统的体积和重量,实现电源系统高度自主运行.配电中心为航天器的健康管理提供大量的有用信息,大大提高了航天器的可靠性,采用模块化设计技术便于不同型号航天器配电系统的扩展.     

信息非完备下多航天器轨道博弈强化学习方法

针对信息非完备约束下航天器轨道博弈难以自主决策的问题，基于多智能体强化学习提出一种多航天器轨道博弈决策方法。首先建立轨道博弈动力学和信息非完备约束。其次建立用于训练和决策的神经网络模型，依据分布式系统架构对网络的输入输出结构进行设计，并引入具有记忆功能的长短期记忆网络(LSTM),根据航天器轨道运动在时间、空间连续的属性，补偿位置、速度测量信息的非完备性。然后采用近端策略优化(PPO)算法开展红蓝左右互搏式学习训练。最后通过三组对比训练实验，验证了所提出的方法在信息非完备约束下能够有效增强学习训练过程的稳定性，并提升任务完成率和降低燃料消耗。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。     

软件定义航天器系统架构设计

软件定义技术的高速发展有望引发航天产业新一轮的技术革新。文章分析了未来航天器发展的总体趋势和软件定义航天器的发展现状;针对未来航天器灵活、自主和快速的发展需求,提出了一种软件定义航天器系统架构,其具有设计分层化、接口规范化、硬件通用化、功能软件化和资源虚拟化等技术特征。相比以往的航天器系统架构,它将软件定义扩展至整个航天器,并充分考虑了航天器的固有特征。文章分析了该架构对未来航天器发展需求的满足情况,梳理了开放架构与规范、器载操作系统、器载超算平台和安全机制4项关键技术,并提出进一步细化系统架构、形成标准规范的发展建议。     

基于分离策略的航天器多故障模式诊断方法

针对定性模型诊断方法在处理多故障模式复杂系统时计算量大,不能满足航天器自主诊断实时性要求的问题,提出了新的诊断方法。为了减小冲突识别的实时计算规模,引入冲突识别的分离策略,提出了解析冗余计算方法。扩展了候选产生算法,先识别可能的异常部件,再通过冲突环境对异常部件的故障类型进行确定,在实现多故障模式系统故障诊断的同时,缩小了匹配空间。以某卫星一次电源系统为例,通过与现有算法进行对比,验证了本文的方法能够有效地减小诊断的规模,提高诊断效率,满足航天器自主诊断的需求。     

基于深度神经网络的无限时域型航天器追逃策略求解

航天器追逃博弈是当前航天领域的一个研究热点,传统上多采用微分对策来获取追逃双方的最优控制策略,但是方法求解复杂、计算量大,难以满足复杂任务和对抗类任务的实时性要求。随着机器学习技术的发展,利用深度神经网络结构实现全部或部分的在线决策成为可能,因此研究了基于深度神经网络生成无限时域型追逃博弈最优控制策略问题。首先基于CW方程建立追逃博弈相对运动模型,采用微分对策理论得到追逃最优控制策略,得到训练数据集和测试数据集;基于TensorFlow环境搭建了4层神经网络,采用Adam优化算法对网络进行训练。仿真结果表明,经过训练的深度神经网络生成的控制策略与传统方法的策略基本一致,虽然长时间追逃的控制差异逐渐增大,但变化趋势相同,说明利用深度神经网络生成航天器追逃博弈的机动策略是有效的。     

应用有向图的航天器信息流设计方法

针对多任务、多舱段、任务时序不可逆的复杂航天任务信息流设计需求,文章分析了传统基于文档驱动的信息流设计方法存在的问题以及复杂航天器信息流设计规律和特点,并结合系统工程的设计理念,提出了一种应用有向图的分层航天器信息流设计方法。将传统的非结构化文档设计模式转换为用数字化模型描述的设计方法,建立了典型的遥控遥测信息流的数学模型,并在航天器信息流设计的工程实践中进行了应用验证。该方法具有一定的通用性、可扩展性和可复用性,实现了信息流设计过程的数字化和可视化,可为后续复杂航天器信息流设计和自主健康诊断等提供参考。     

北斗全球系统自主导航地面模拟测试系统设计与实现

针对北斗高精度自主导航性能指标的测试验证,设计了支持北斗全球系统星座的自主导航地面模拟测试系统。利用标准航天器链路通信终端接入星载自主导航计算机,实现以远程仿真测试服务器为核心的模拟测试系统架构,从通信机制、时间同步策略、结果评估方法等方面阐述系统设计原理。工程实践结果表明:文章设计的自主导航地面模拟测试系统,支持在模拟建链场景及误差源的条件下对卫星自主导航进行"跑合"验证,可应用于北斗全球组网卫星设计、测试及在轨运行阶段。其设计方法对其它卫星自主智能任务的测试系统构建亦具有借鉴意义。     

航天器测试控制语言设计与实现方法研究

提出以航天器测试系统监控管理软件为运行环境的结构化航天器测试控制语言的语句定义和采用专用编译器、解释器实现的一种方法,可作为研制测试语言和在测试系统监控管理运行软件环境中增强测试序列管理和功能的设计参考。     

一种开放式模块化星载综合电子系统的设计与实现

为了提升卫星综合电子系统的标准化、通用化设计能力以及智能化、网络化应用水平,本文提出并设计了一种开放式模块化星载综合电子系统,通过了工程型号的实际应用验证。该综合电子系统以层次化的总线体系结构以及通用化的硬件模块、软件构件为基础构建形成一套标准服务功能包,能够根据不同的任务场景按需选装所需的功能单元,显著提升综合电子系统的货架式集成组装研制能力,同时借助统一的信息通信服务网络和软硬件基础组件,为综合电子系统的模块化升级扩展、设备级的功能重构与重组、系统级的故障容忍和恢复能力奠定了坚实的基础,为实现航天器整体的高质量、高效率、效益研制与运行提供了有力的技术支撑。     

航天器测控通道抗干扰通用化测试系统设计

在直接序列扩频(简称直扩)体制抗干扰测试中,传统的抗干扰测试系统通常只涵盖了同频异码多址干扰与同频单载波干扰2种干扰信号,无法充分验证航天器测控通道的抗干扰能力。为此,文章提出一种适用于直扩体制的抗干扰通用化测试系统设计,将干扰信号的种类扩充至8种。同时,利用虚拟仪器与远程技术,实现对地面测试设备的集中式管理、程控与实时监视的功能,具备良好的人机交互能力。测试结果表明:抗干扰通用化测试系统具备干扰信号种类全面、通用性强的特点,能够提高测试效率,可应用于后续航天器测控通道抗干扰性能试验。     

一种高可靠模块化的航天器通用接口单元设计

以综合电子系统的层次化设计模型为基础,提出并实现了一种基于模块化可伸缩的高可靠航天器通用接口单元设计.该设计以标准通用硬件模块、ASIC芯片、层次化总线体结构作为技术支撑,既可实现面向多种平台与载荷航天器的多任务接口适应性,也可实现数据接口单元内部模块资源的交叉重组与系统重构.该航天器通用接口单元已在多个航天器综合电子...     

分离模块化航天器系统评估和优化设计研究

对分离模块化航天器系统评估和优化设计进行了研究。定义分离模块航天器的成本与价值,建立成本模型、价值模型和不确定性模型。考虑模块的物理约束、功能约束和用户需求对功能组件进行模块设计,并在发射运载能力内制定航天器的模块组合发射方案。按航天器生命周期流程对生命周期的模块研制、发射运载、在轨操控三个阶段中考虑不确定性因素影响的风险成本和功能模块的价值收益进行计算,得到分离模块航天器生命周期内的总成本、总价值收益和净现值(NPV)。用蒙特卡罗方法分析不同不确定性因素的分离模块航天器的成本与价值分布。设定优化目标和优化条件,用遗传算法优化分离模块航天器设计方案,提高分离模块航天器的投入产出比。     

基于贝叶斯网络的飞机变流器故障诊断决策系统的设计与实现

文章在介绍飞机变流器维修决策特点的基础上,给出了一种基于贝叶斯网络的变流器故障诊断决策系统的软件结构,并分析了模型建造、知识库管理、模型推理、诊断决策、实例收集、模型学习等模块的功能和算法,以实现面向不确定性信息时的诊断决策功能。