航天任务控制中心容灾模式研究

航天任务是一项高投入、高风险的活动,作为管理所有在轨飞行航天器及资源的航天任务控制中心,要求具备很高的可靠性与较强的容灾能力。国际航天大国对地面系统,特别是任务中心级的备份均非常重视,也开展了相关建设和系统运行。在对我国航天任务控制中心容灾模式进行探讨的基础上,提出容灾中心的技术要素、需求分析以及运行机制。     

我国空间站运行的测控通信工作模式初探

在分析我国载人空间站在轨运行的任务特点和对测控通信提出的新要求的基础上,对测控通信工作模式进行了探讨。针对任务中心,采用分布式模式进行任务的组织和实施,建立常态化工作体系;针对测控通信资源的使用,对资源进行简化、优化,发挥天、地基各自优势,并实现天地基资源统一调度;针对在轨故障诊断和应急处置,提出了“天地联合,以地为主”的载人航天故障诊断模式和实现途径;针对空间站遥操作需求,提出了一套工作模式和实施流程;针对测控通信长期执行任务的可靠性,提出了任务中心容灾备份工作模式和通信路由的备份模式。以期为后续任务工作模式设计提供参考。     

中国空间站分布式运行控制模式

空间站任务飞行事件密集、参与单位众多、协同关系复杂,为高效、可靠、安全组织空间站运行控制工作,提出了优化一种模式、建好一个平台、形成新型机制的总体思路,运用系统工程思维设计了以5类中心为骨干、异地容灾中心备保的分布式空间站运行控制体系架构。给出了关键任务段适当集中、长期运行段完全分布的联合运行控制模式,进一步提出分布式运行控制平台、容灾备份系统等重点发展完善方向。该模式具有较高的可靠性、安全性和实施效率,能够较好地适应空间站长期在轨、航天员连续驻留的任务场景,可保障中国空间站运行控制工作可持续运转。     

基于BDD的航天测控系统任务可靠性分析

针对航天测控系统任务可靠性分析问题,提出了基于二值决策图（BDD）的航天测控系统任务可靠性分析模型和算法。将航天测控系统视为一个多阶段任务系统,采用任务剖面描述任务时序逻辑关系。根据各阶段的可靠性逻辑结构建立了单阶段的BDD,依次对各阶段的BDD进行运算得到系统的BDD,据此计算系统的可靠度。最后给出了一个算例,验证了算法的有效性。     

卫星测控应用中心远程容灾系统方案设计

随着航天技术的发展,各种卫星如综合侦察卫星、气象与海洋监视卫星、数据与中继卫星等,其数据的信息速率存储、处理的数据量越来越大,对卫星测控应用中心大容量、高速率数据的安全性、可靠性要求也越来越高。在自然灾害,如地震、洪水;人为破坏,如恐怖活动、战争等条件下,确保卫星测控应用中心的安全与快速恢复能力,将非常重要。本文从原理上设计了一套远程数据容灾系统方案,以保证卫星测控应用中心在自然灾害或人为破坏后能够快速恢复其基本功能。分析表明,该方案具有很好的可靠性、安全性。     

基于DSPN的航天测控系统任务可靠性仿真建模

提出了基于确定与随机Petri网（deterministic and stochastic Petri nets,DSPN）的航天测控系统（tracking,telemetry and command,TT&C）任务可靠性定量分析方法,旨在对相关航天测控方案进行可靠性预计.通过对TT&C系统任务剖面进行时序弧段划分,考虑实际系统中测控单元阶段依赖、单元故障可修以及各单元参与任务起止时间不同等其他建模方法难以处理的复杂因素,建立了“单元层-系统逻辑层-阶段层”3层相互关联的TT&C系统任务可靠性DSPN模型.通过对模型仿真运行,实现了对给定测控方案下TT&C系统任务可靠性定量化评估.分析表明:仿真结果随着仿真次数增加逐渐收敛,与Markov解析方法求得的精确值对比误差控制在1%以内.      

航天测控虚拟现实系统的设计实现

利用虚拟现实系统进行航天测控监视，能够直观表现航天器的空间位置、轨道、姿态、外部件工作状况、以及日地星相对运动规律、设备跟踪情况，为指挥和技术人员分析掌握航天器的运行情况提供监控手段，同时能够对各种岗位人员进行任务培训。本文介绍了虚拟现实（VR）的一般概念，分析了航天测控系统的需求，详细论述了航天测控虚拟现实系统的设计实现方法以及主要的技术问题。     

航天测控系统自主运行的关键技术

航天事业发展趋势和未来需求指明,航天测控系统应该向以自主运行能力为代表特征的智能化方向发展。基于此,提出了标准化的支持与服务、映射现实的体系架构、实时响应的运行模式、服务化的基础平台等4项关键技术。通过将测控系统和卫星系统之间的接口、测控系统和用户系统之间的接口标准化,从而在此基础上建立最优化的操作逻辑。通过在计算机中映射现实系统的思想方法,从而产生稳定性和灵活性兼备的、支持自主运行的,并具有良好进化性能的系统架构。通过实时响应的运行模式可以很好满足全时段和突发性等具有挑战性的测控服务需求。通过大数据和云计算技术构建基础计算服务平台实现基础层与业务层分离,有利于整个系统的持续改进,提高服务质量改善的速度,建立竞争力优势。由此说明,在当前技术条件下实现自主运行的航天测控系统是可行的。     

基于自适应粒子群算法的航天测控系统任务可靠性分配

采用测控时序图描述任务时序逻辑关系,建立了各阶段的任务可靠性模型,讨论了可靠性分配时的约束条件和分配目标,从而构建了航天测控系统任务可靠性分配模型.在此基础上,设计了自适应粒子群算法,算法在迭代过程中通过惯性权重系数ω进行自适应调整,初始时能快速搜索全局解,后期能有效地搜索局部解.通过算例仿真,表明自适应粒子群算法在用于航天测控系统任务可靠性分配问题时具有分配结果优、收敛速度快等优点.      

远程逻辑卷复制系统的状态机设计

在容灾系统数据中心和备份中心分别设计了事件驱动型状态机；备份中心启用日志卷，保证了DCM操作中系统数据的一致性不被破坏；采用循环DCM，提高系统的响应速度。基于该机制的状态机可以保证状态转换的正确性，降低系统的复杂度，有效地维护数据的一致性和系统的高可用性。     

靶场实时测控软件系统现状与发展趋势

实时测控软件系统是航天测控系统的信息处理中心,在航天任务中担负着实时信息处理、设备数字引导、指挥显示和安全控制等任务。随着计算机与通信技术的飞速发展,实时测控软件系统向信息融合、分布处理、高可靠性和逼真的多媒体显示等方向发展。本文介绍了实时测控软件在航天任务中的地位厦作用,详细阐明了实时测控软件系统的发展历程、系统组成、功能特点和未来的发展趋势。     

中继卫星系统在我国航天测控中的应用

中继卫星系统高覆盖、数据传输能力强,是航天测控网的重要组成部分。随着我国中继卫星系统的建设和不断完善,其对优化我国航天测控网结构、提升中低轨道航天器测控能力的作用日益明显。本文结合中继卫星系统的特点,分析了我国航天测控任务对中继卫星系统的应用需求,提出了在运载火箭测控、航天器入轨段测控、载人航天测控、卫星在轨长期管理等方面开展中继卫星系统应用的思路,梳理了运载火箭测控、航天器入轨及早期轨道段测控、飞船返回段测控、多址链路测控等方面需要解决的关键技术。     

新形势下航天测控系统建设转型思考

针对航天测控系统建设目前所面临的角色定位转换、功能体制转型,以及任务要求不断提高、测控技术快速发展等新形势和新要求,分析了航天测控系统的建设管理和功能体制现状,提出了坚持一体规划、推动系统建设,坚持与时俱进、提升建设标准,坚持信息主导、突出建设重点的系统建设转型思路.并在此建设思路的基础上,提出了装备研制向型谱化、标准化转型,维修保障向全寿命、体制化转型,软件开发向产品化、装备化转型,以及推进一体化网络化、强化综合能力、重视安全性可靠性等建设举措.     

CCSDS SLE系统原型方案研究

基于测控系统数据在SLE(空间链路扩展)服务提供方与使用方的传输包括2个流向——前向遥控指令和返向遥测数据——这一特点,从总体方案、软件体系结构和传输协议等3个方面对SLE系统提出设计方案。通过对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)SLE系统的研究和CCSDS SLE传输协议原型软件的实施验证,利于将此协议应用于今后的工作中,便于实现与国外航天机构的相互合作。     

国际空间站测控通信系统研究

测控通信系统是国际空间站的重要组成部分,可靠的测控通信系统是确保空间站长期稳定在轨运行的基础。对国际空间站测控通信系统进行了较为深入的研究,介绍了国际空间站测控通信系统的组成,梳理了国际空间站中继S系统、中继Ku系统、空空通信系统的链路特性与工作方式,并总结归纳了国际空间站测控通信系统多手段备份、采用高性能编码等特点,以及对我国的启示,能够为我国测控通信系统的发展提供借鉴与参考。     

基于RBFNN自适应混合学习算法的航天测控系统任务可靠性分配

为解决执行航天测控任务的各设备存在复杂的时空关联、可视与信息关联等动态约束关系,使得航天测控系统任务可靠性分配建模和分析极其困难,同时模型求解效率低的问题,提出了自适应混合学习算法的径向基神经网络建模方法.算法通过训练样本相关性矩阵的主成分分析确定网络隐含层初始节点数;在此基础上,利用梯度信息衰减因子改进了迭代过程中网络参数的梯度信息计算方式,避免了学习过程早熟的不足,且加快了迭代收敛速度.最后,通过采集航天测控系统输入-输出数据,将自适应混合学习算法应用于参数训练,并给出了具体实现步骤.通过算例仿真,表明算法在解决航天测控系统任务可靠性分配问题时具有较高泛化能力和分配结果稳定等优点.      

基于测控系统的质量信息监测系统设计与应用

在测控试验现场,针对测控设备状态和测控数据的质量信息,采用智能自动监测技术对设备和测控数据进行实时监视以及动态分析,提出了科学的异常判决方法和处理方案,开发了试验质量信息综合分析实时监测系统,实现了测控流程智能化管控、测控信息自动分析处理和质量信息自动化管理。在多颗卫星的跟踪验证中,质量信息监测系统对卫星长期管理的宏参数宏配置下发、标校和目标捕获与跟踪等任务过程能够进行准确监视,可以及时监测到测控数据和测控时间的异常并报警,并能够自动生成任务实施登记表等测控质量报表。实验表明,质量信息监测系统软硬件设计完善、状态监测点设置合理、判读测控事件方法有效。     

基于虚拟无线电技术的航天测控系统设计

为了适应未来航天测控系统的发展趋势,提出了VRTCS（虚拟无线电测控系统）硬件平台和软件系统的基本结构。以通用高性能计算机作为系统的硬件平台,采用分层结构模型设计系统体系结构,使得航天测控系统具备更好的通用性和灵活性。阐述了VRTCS的基本概念和总体结构,对系统各组成部分的功能、组成和用途进行了分析;对测控系统中构件进行分层设计,开发原型软件实现测控系统的核心应用;以统一载波测控系统为模型,通过测控信号接入试验,验证了VRTCS的可行性。     

航天测控系统发展与宽带相控阵雷达技术

基于技术发展历程和不断提出的新的航天试验任务,本文分析了航天测控系统面临的机遇和挑战;提出了需要进一步提升航天测控系统测量能力的几个方面以及在实现升级转型中,宽带雷达(包括宽带机扫雷达和宽带电扫雷达)应用的重要作用;并对宽带雷达,特别是宽带电扫(相控阵)雷达的特征和性能进行了系统分析。     

基于工作流技术的测控信息会签系统设计

为了解决地面测控中心采用纸质方式会签测控信息工作量大、效率低、多航天器支持能力差的问题,论述了测控信息会签系统的设计方法、实施效果。通过分析载人航天测控信息会签的需求和特点,采用工作流技术对测控数据处理过程进行阶段划分和抽象建模,设计用户、岗位和任务的多对多映射方式,规划层次化的会签流程模板,实施会签流程多层次复用和动态组装,构建基于B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)模式跨平台的系统架构,以数据库实时同步为基础,建立对称的实时热备工作模式,设计多任务通用的数据库结构,实现了测控信息的在线会签。实际应用表明,基于工作流技术的在线会签系统大幅缩短了测控数据处理周期,提高了航天器上行控制效率,有较高的推广价值。