航天器地面伴飞系统遥测遥控数据接口设计与实现

航天器地面伴飞系统由遥测遥控数据接口和高精度的数字仿真模型组成.在伴飞系统工作过程中,通过数据接口实时接受在轨航天器遥测遥控数据,并注入航天器数字模型进行同步仿真,进而实现在轨航天器的地面孪生系统.对航天器地面伴飞系统中遥测遥控数据接口的设计与实现问题展开研究.对地面伴飞中涉及的遥测遥控数据标准化封装、数字模型与遥测遥控数据双向映射技术进行了介绍.给出了遥测遥控数据接口的设计与实现过程,对其中的数据对接模块、数据驱动与状态同步模块进行了详细介绍.通过实际工程案例对所设计接口进行了验证.结果表明遥测遥控数据接口工作正常,为地面伴飞系统提供了有效的数据支撑.     

基于迁移学习的航天器遥测数据异常检测技术

航天器遥测数据异常检测是识别航天器状态、保障航天器安全可靠运行的关键技术.然而,航天器遥测数据异常检测通常面临时序数据维度大、异常不平衡、标签样本缺乏等问题.基于数据预测的异常检测思想,提出一种基于迁移学习的深度异常检测模型.根据遥测数据时序相关性强的特点,采用具有注意力机制的长短期记忆网络建立遥测数据预测模型.为了克服航天器遥测数据异常标签少、数据维度高的问题,采用微调的迁移学习方法对预测模型进行优化,同时采用全连接层统一不同数据集维度,从而提高了迁移学习模型精度,提升异常检测水平.以美国宇航局公开的两个航天器数据集为实验对象,利用提出的异常检测方法对该数据集异常状态进行识别,结果表明,与经典异常检测算法相比,引入迁移学习能明显提升模型性能,实验结果优于目前常见的异常检测模型,证明了方法的有效性.     

基于多特征融合的航天器锂电池健康评估技术

传统的航天器蓄电池可靠性试验按照最大放电深度进行定额充放电，所构建的失效模型用于支撑航天器总体可靠性设计，不能用于在轨锂离子蓄电池健康评估任务；航天器在蓄电池遥测的采样率、精度、样本量方面无法与民用领域相比，基于高采样、大样本的民用蓄电池健康估计方法也不适用于在轨锂离子蓄电池健康评估。针对该问题，从在轨航天器蓄电池数据特性出发，挖掘在轨状态下所能提取的退化特征，并采用多特征综合评价方法，设计了一种基于多特征融合的在轨锂离子蓄电池健康评估方法，实现了在轨蓄电池放电内阻、同放电深度下的终端电压、恒压充电时间3项退化特征融合的健康量化评估，应用于某型号卫星的在轨监测与健康评估，具有良好的工程实用性，可作为国内航天器健康评估技术的参考。     

基于无监督聚类与LSTM网络的航天器健康状态预测方法

健康状态预测是从系统层面保证航天器在轨安全稳定运行的关键技术.针对机电类关键部件存在性能退化过程的特点,提出一种基于无监督聚类与长短时记忆(LSTM)网络的航天器健康状态预测方法.该方法首先提取航天器单部件多维参数的高维时域特征,通过PCA方法将高维特征融合为反映部件运行状态的健康因子,再结合无监督聚类算法识别出故障的不同演化阶段,最后采用LSTM网络分别对各退化阶段构建其健康状态演化预测模型,实现对航天器部件健康状态预测.本文以控制系统关键部件控制力矩陀螺(CMG)为例对上述算法进行试验验证,验证了方法的有效性.     

中国首次火星探测任务有效载荷地面综合测试系统设计

介绍了中国首次火星探测任务有效载荷分系统的试验矩阵,以及地面综合测试系统的技术要求。面向2个探测器、5种场景的测试任务需求,设计由接口适配、业务处理、数据管理组成的3层统一架构,实现了不同场景下测试系统的功能和外部接口适配;根据星上科学数据处理与传输机制,设计地面科学数据处理流程,满足了13类载荷科学数据判读需求;针对单星1 900维工程遥测、400条数据注入指令的高维特性,设计基于规则的数据判读软件,实现了载荷遥测数据及数据注入指令的自动化判读。任务执行结果表明该系统满足不同试验模式下有效载荷测试任务的需求,有效保障了载荷测试任务的顺利实施。     

基于有限状态机的交会对接飞行任务规划方法

为实现多约束条件下载人航天器交会对接（RVD）飞行任务的快速、准确规划,提出了一种基于有限状态机（FSM）的飞行任务规划方法。通过飞行过程与有限状态机的映射关系建立图形化任务规划模型,以飞行事件为状态,以测控、光照等约束条件为输入信号,驱动有限状态机的状态转移,进行模型求解,实现交会对接飞行任务的自动规划。以中国神舟十号飞行任务中航天员手控交会对接试验为例,进行了规划验证。经对比,规划计算结果与任务实施结果一致,表明所提方法可以实现交会对接飞行任务的快速、准确规划。      

基于虚拟现实技术的无人直升机实时监控系统

引入虚拟现实技术,结合遥测数据的快速有效滤波和插补方法形成可视性和可靠性良好的无人直升机远程实时监控系统.有效地提高飞行状态显示形象性,动态性,遥测数据的可靠性和实时性.使离机驾驶员对无人直升机的控制更加直观有效,提高飞行任务成功率.      

航天器测试需求描述及其自动生成

航天器作为一个典型的安全苛刻系统,其可信性研究需求迫切,支持可信性评估的数据来自于航天器测试用例的执行,而航天器测试需求是测试用例生成的重要依据.在实际应用中,对航天器这类复杂系统,面临测试需求庞杂、测试需求编制周期长、人工经验编制方式难以保证测试需求的充分性、完备性及可复用性等问题.针对这些问题,通过分析航天器组织结构特点,建立航天器形式化模型,基于航天器测试任务流程,给出了航天器静态测试需求和动态测试需求形式化描述规范,并给出航天器测试需求自动生成方法,保证了测试需求的充分性和完备性,提高了测试需求复用性,与人工编制方式相比,缩短了测试需求编制周期.最后设计并实现航天器测试需求生成应用系统,验证所提出方法的有效性.      

基于包应用标准的紫外极光成像仪通信控制系统的设计与实现

在中国传统航天器中，通信系统格式通常各不相同。随着载荷越来越复杂，通信系统的格式往往需要重建，而且由于缺乏灵活性，会产生许多限制。对于SMILE卫星中的紫外极光成像仪（UVI）工程任务, 为与国际对接，提高数据处理的效率，设计实现了基于遥控遥测包应用标准（PUS）的通信与控制系统，根据通信与控制系统的构成及工作原理，PUS业务的选择和实现，对通信功能进行设计，按照PUS标准完成遥测遥控功能，并基于PUS业务提出故障诊断和处理方法。通过对系统进行集成测试，结果表明电控箱通信与控制系统工作稳定，能够完成指令处理、科学数据接收存储、故障诊断以及多种数据包发送，满足任务需求。      

基于PLS-SEM的航天器控制系统能力建模方法

为提升航天任务完成品质,航天器需根据任务及环境针对性调整自身能力,而对航天器控制系统高层次能力的定量刻画,即系统能力建模是实现上述调整的重要理论依据。针对一类航天器姿态控制系统,提出一种基于偏最小二乘-结构方程模型(partial least square structural equation model, PLS-SEM)的航天器控制系统能力建模方法,实现对包括控制能力、观测能力等抽象能力的定量描述。首先,根据航天器闭环控制系统的结构要素,综合设计能力建模所需的指标类型,生成建模数据样本。在此基础上,设计并构建SEM框架下的能力变量体系,进而通过PLS算法完成模型路径、载荷、权重等关键参数的确定,并对所得PLS-SEM能力模型的结构方程与测量方程的有效性、可信性等分别进行评估。最终,根据航天器PLS-SEM能力模型对控制系统的各抽象能力进行定量描述与分析,验证本文所提出建模方法的可行性。     

基于模型架构的航天器控制软件研制方式研究

开展基于模型设计研究,旨在解决当前航天器控制软件研制所面临的需求描述准确性、设计验证充分性以及软件产品可靠性等问题.针对基于模型设计过程中的代码胶合接口复杂且操作繁琐问题,提出一种基于模型架构的航天器控制软件研制方式,搭建软件模型驱动框架,通过模型封装方式将既有代码资产或新编写代码嵌入到软件模型驱动框架,简化代码胶合过...     

一种空间燃料电池电源系统设计与实现

面向空间应用,依据某航天器任务期间的功耗需求,采用燃料电池和蓄电池的架构,对1kW燃料电池电源系统的设计与实现进行研究。构建了1kW燃料电池电源系统仿真模型,对系统设计原理进行了仿真验证,并研制了1kW燃料电池电源系统样机,对系统典型的负载阶跃工况进行了试验测试。试验测试结果表明,1kW燃料电池电源系统在半载阶跃变化时,母线电压波动小于5V,调节时间小于25μs;整个运行过程系统工作正常稳定,能够满足航天器空间应用需求。     

空间结构轻量化的新进展

实现航天器的小型、轻量、低成本以至微型化，以达到大量发射和应用航天器，提高效费比，是即将来临的２１世纪航天技术发展的战略目标之一。航天器是由有效载荷、结构、热控制、电源、姿态与轨道控制、数据管理、跟踪与遥测遥控以及电缆等分系统所组成。航天器轻量化的基...     

基于集成学习的遥测数据互相关结构知识发现

针对传统遥测数据相关性分析方法仅能发现相关程度知识，无法提供相关结构丰富信息的问题，提出一种神经网络与极限梯度提升（XGBoost）集成的遥测数据互相关结构知识发现方法。在对遥测时间序列进行线性、单调性、序对一致性、散点图形状4个维度相关结构信息标注的基础上，将混合采样、代价矩阵、神经网络、XGBoost算法相结合，直接对遥测数据进行分类得到其相关结构类别或相关关系有无的知识。采用量子卫星任务数据进行实验的结果表明:较之于原始XGBoost模型、融合混合采样与代价矩阵的XGBoost模型，所提方法在受试者工作特征（ROC）曲线、F1-score等性能指标方面具有更高的分类精度，且对类别不平衡数据不敏感，是一种适用于遥测数据互相关结构知识发现的有效方法。      

万虎遗愿终须偿(下)

7　载人飞船是对卫星技术的全面继承□□载人飞船与人造卫星都属于在太空自动运行的航天器。二者有许多共同之处。它们都必须备有电源、姿态与轨道控制、推进、热控制、数据管理和无线电测控 (跟踪、遥测和遥控 )等系统 (所谓“系统”,是指实现某一共同功能或任务的若干设备、部件的有机集合 )。载人飞船的这些系统与卫星上的同类系统在组成和功能上大同小异 ,因此可以充分继承卫星的技术。电源是一切航天器的“心脏”。航天器的绝大多数系统及其设备都需要耗电。飞船所需的电功率一般比卫星大 ,但工作时间短 ,所需的总瓦时数小 ,所以 ,不仅…     

基于深度迁移学习的航天器故障诊断

随着航天科技的发展,智能故障诊断技术是确保航天器控制系统安全、自主运行的关键技术之一.由于在轨航天器遥测数据样本少、噪声高、未标记,因此缺乏自适应能力、学习能力的传统故障诊断方法难以准确诊断在轨航天器故障.本文针对上述问题提出一种基于深度迁移学习的航天器故障诊断方法,为在轨航天器实时故障诊断提供了可行方法.首先,对航天...     

基于遥测数据动态特征的卫星异常检测方法

基于遥测参数分析异常是保证卫星正常在轨运行的基础,通常采用阈值法判断遥测参数是否超差来判断卫星工作状态,由于其无法检测在阈值范围内变化的卫星遥测数据异常,因而会导致故障漏报.本文利用遥测参数动态变化特性,提出一种基于遥测数据变化规律检测异常的方法.利用周期图谱法求解遥测参数周期,根据遥测数据各周期之间参数值的相似性,按照遥测参数周期对数据进行采样,得到平稳差分序列,对其建立自回归移动平均混合模型,通过精确的预测结果与实测遥测数据比较来发现异常.利用该方法对实际在轨运行的某卫星2012年5月太阳能帆板转动异常故障进行验证,结果表明其能够有效避免故障漏报.      

一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计

航天器综合电子系统通用功能集成并芯片化是目前航天器电子系统的发展趋势. 针对中国航天器电子系统小型化、综合化的应用需求,提出一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计方案,分析了ASIC芯片设计中的关键技术,包括芯片系统工作模式、IP核的开发应用、可靠性和低功耗设计,1553B简易终端控制模式是芯片的技术特色和典型应用. ASIC芯片的功能设计、系统仿真验证、FPGA验证和物理设计均已完成,进入流片状态. 芯片的FPGA验证结果证明了芯片设计的有效性和可靠性. ASIC芯片旨在达到国军标548S的要求,应用场景是航天器内数据总线接口单元和遥测遥控.      

非合作机动目标交会的相对位置控制

研究目标航天器存在机动的情况下追踪航天器与目标航天器的交会问题.只利用两航天器之间的相对位置测量信息,考虑目标机动、外部干扰以及状态耦合,提出一种改进的特征压缩方式并建立相应的解耦特征模型,基于该特征模型设计解耦的自适应控制方法实现追踪航天器与机动目标航天器的交会.仿真结果验证了算法的有效性,并表明其优于传统的PD控制方法.     

基于星联网的深空自主导航方案设计

为了降低地面测控系统的负担、提高深空探测器的导航效率,提出了基于星联网的航天器自主导航概念,对星联网的应用体系进行了设计。借助脉冲星、星间链路等手段实现星联网系统中基准航天器完全自主的高精度导航,用户航天器通过与基准航天器或其他用户航天器的交互通信与测量就可以实现自身状态估计。以地月转移任务为例,设计了星联网系统在地月空间的具体应用方案,分析了地月空间基准航天器的配置与自主导航方法,阐述了用户航天器的单层与多层导航策略。对基于脉冲星与星间链路观测的基准航天器自主导航进行了仿真,验证了观测基准航天器或者其他用户航天器时,地月转移段航天器自主导航的可行性。结果表明:基准航天器可以达到20 m的定位精度,用户航天器可以达到优于30 m的定位精度。基于星联网的航天器自主导航是可行的,发展星联网可以为我国构建天基自主基准导航系统提供有力支持。