导航卫星在轨管理与服务系统

针对北斗卫星导航系统卫星数量多,连续、稳定运行要求高的特点,卫星系统建设了导航卫星在轨管理与服务系统,旨在加强在轨数据管理与分析,提升卫星系统服务能力,开展了故障诊断、故障及对策验证、健康评估与维护几方面工作,丰富了在轨卫星监测手段,加强了卫星系统与用户之间的沟通协调.该系统目前已应用实践,有效提升了卫星系统对用户的技...     

导航卫星在轨运行分析与管理

为加强导航卫星在轨管理,提高在轨处置效率,提升星座服务整体性能,在充分总结导航星座在轨三方协同管理经验的基础上,创新性地开展了星座在轨分级管理工作实践。通过在轨组织分级管理、异常问题分级处置、遥测参数分级监视、支持系统分类管控等管理实践,对星座卫星星上产品特性及趋势分析进行周期性评估、关注卫星长期稳定运行健康状况、持续开展卫星使用策略优化,有效保证星上状态可控,最大程度提高卫星在轨处置能力。通过在轨分级管理实践,提高了异常处置效率,确保判读全面、处置准确,实现了在轨管理的模式化、专业化运行,对星座系统在轨管理工作具有重要的参考价值。     

低成本高可靠综合电子系统集成技术

我国现有的卫星电子产品的传统研制模式已很难适应卫星快速增长,型号对于平台的管理控制核心的电子系统提出低成本、高可靠、快速响应、快速研制的迫切需求。通过构建低成本、高可靠计算机系统体系架构,设计基于COTS器件的星载计算机,并采取包括系统、模块、器件的多级可靠性冗余设计及验证技术,为实现低成本、高可靠、长寿命的产品研制,满足型号长期在轨任务要求奠定基础。     

高分七号卫星GPS接收系统多层级健壮设计方案与验证

高分七号卫星GPS接收系统作为整星高精度立体测绘目标实现的重要手段之一,具有为整星提供高精度时统、辅助有效载荷指标实现、协助高速数据传输天线准确指向及实现高精度事后精密定轨的功能。针对其稳定运行和持续服务的要求,基于故障预测与健康管理(PHM)技术,提出了GPS接收系统多层级健壮设计方案,从单机/分系统级、整星级和星地级为GPS接收系统在轨健壮运行提供支撑,通过层级内部形成独立PHM系统实现自主、直接的健壮运行管理,同时借助低层级向高层级的状态信息传递实现全面、及时的故障补充处置和故障隔离。高分七号卫星在轨运行结果表明:该多层级健壮设计降低了故障处置对接收系统功能实现的影响,保障了GPS接收系统在轨提供服务的连续性。     

一种导航卫星的系统效能建模与分析方法

针对导航卫星的轨道机动调控、星地联动运行、可靠性要求高等特点以及整体性能评估问题,提出一种综合考虑各类中断、随机型与耗损型故障、性能等多种因素的系统效能建模与分析方法。该方法采用马尔科夫链构建导航卫星可用性模型;考虑威布尔分布和正态分布构建导航卫星可靠性模型;采用应力—强度算法将性能进行归一化处理;综合可用性、可靠性和性能归一化值开展系统效能建模与分析,使导航卫星系统效能研究由单因素(性能)拓展为多因素(可用性、可靠性和性能)。中轨道(MEO)导航卫星仿真算例表明,该建模与分析方法可为导航卫星设计优化决策提供量化依据,并可拓展应用于通信、气象、遥感等系列卫星,为其研制建设提供重要专业技术支持。     

北斗三号卫星综合电子系统设计

作为在轨网络化与智能化信息处理的中心,北斗三号卫星综合电子系统采用分级分布式网络体系结构,以网络化、扩展性、高可靠为原则,实现星座复杂业务信息统一处理和共享。基于标准空间链路协议、空间子网与星内子网分级网络拓扑实现通信网络化,基于接口标准化实现软硬件模块灵活扩展,基于分级故障检测与处置、功能与信道容错、可靠重构与维护及自主健康与任务管理技术保证卫星服务连续性。工程实践表明,北斗三号卫星综合电子系统有力支持分组分批研制及长期可靠智能自主运行,为未来大型复杂航天器电子信息系统的设计提供参考。     

面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系

针对我国在轨卫星数量迅猛增长、健康状态复杂各异、测控管理难度日趋增大的态势,提出了面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系。分析了北斗短报文的应用现状,构建了“用户→北斗卫星→在轨卫星”前反向数据流向。考虑到北斗短报文的容量限制,优化设计了测控数据传输格式和内容;针对北斗短报文单向传输特性,探讨了可靠通信技术;针对星座大规模安全传递分发数据需求,研究了通用掩码技术。以北斗三号系统为对象,仿真计算了在轨卫星前反向数据时间特性。结果表明:基于北斗短报文的在轨卫星健康监控技术,可以为提高在轨卫星科学使用和寿命的精细化管理提供参考。     

高轨卫星锂离子蓄电池组自主管理系统设计

针对高轨卫星锂离子蓄电池组在轨管理问题,文章在分析锂离子蓄电池组特性及在轨使用需求的基础上,提出了锂离子蓄电池组自主管理系统的设计,并在某高轨卫星上进行了验证。根据在轨数据,从工作模式转换、充放电管理、均衡管理、搁置管理等方面对管理系统的验证情况进行总结。提出的自主管理系统可为后续高轨卫星锂离子蓄电池组自主管理系统的设计提供参考。     

高分三号卫星图像质量指标设计与验证

图像质量指标是衡量合成孔径雷达(SAR)卫星成像能力及定量化应用水平的重要指标。在进行高分三号(GF-3)卫星总体设计时,根据海洋、减灾、水利、气象等应用领域的需求,提出了能够兼顾各行业用户典型应用及定量化反演的图像性能要求,确定了几何质量指标和辐射质量指标2类共13项图像质量指标,分析了卫星平台、SAR载荷、空间传输、地面定标及处理等各项因素对图像质量指标的影响,总结了通过卫星总体设计保证各项图像质量指标的方法及手段。GF-3卫星的在轨测试及业务化运行,验证了图像质量指标的符合性,可为后续SAR卫星的研制提供设计参考。     

基于载荷共基准的高分七号卫星构型设计与验证

针对高分七号卫星载荷质量大、数量多,在轨工作环境要求高,总装时间短等特点,以一体化支架为整星成像测绘任务基准,采用载荷共基准的卫星构型布局方法及模块化设计原理,提出"π"平台、整星总装构型和星敏感器载荷一体化安装构型总装设计方案,并得到了卫星研制实践验证。经高分七号卫星在轨运行,结果表明:卫星构型总装方案设计合理可行,能满足卫星需求,可为我国后续高分辨率国土测绘卫星的构型、总装设计提供参考。     

GEO卫星GNSS导航在轨长期性能验证与分析

为对地球静止轨道(GEO)全球卫星导航系统(GNSS)自主导航性能进行验证,用通信技术试验卫星二号实际在轨工作数据,在我国首次对GNSS导航的长期在轨性能进行实测和试验,并对导航精度进行评估。介绍了GEO上GNSS导航原理和通信技术试验卫星二号的GNSS导航系统。设计了转移段(GNSS天线未展开)和定点后GNSS天线展开前后的导航性能试验。给出了转移段GPS/GLONASS的可用星数、GNSS的位速解算结果,以及定点后GNSS天线展开前后GNSS捕获的星数与可用星数、位置精度因子和位速精度,并说明了性能试验的有效性。结果表明:在转移段,在GNSS接收机在部分弧段可捕获到导航星4颗以上,位速解算结果正确,且位速一致性好,GNSS导航系统可用;定点后GEO上观测到的GNSS星数量满足自主导航使用要求,获得的位速精度符合仿真预期,GNSS天线展开后位置精度因子和位速精度明显优于展开前。连续48h数据获得的实测位置精度优于30m,速度精度优于0.05m/s。本次在轨试验证明了GNSS用于GEO轨道卫星是可行的,为我国高轨卫星自主导航和在轨自主管理提供了重要支撑。     

基于能力分析的天基资源虚拟化方法的设计与实现

随着小卫星技术以及卫星组网技术的飞速发展,天基资源的规模呈爆发式增长,依赖多种类卫星节点提供的卫星能力,完成多星协同的复杂空间任务,向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务,成为未来发展的趋势。针对多类异构卫星,提出一种面向用户的应用层天基资源能力虚拟化方法。分析了即时观测信息服务的用户需求及天基资源的属性特征,综合时间、空间、能源、存储等约束条件,将天基资源按照时空逻辑,分层抽象虚拟化成面向用户的服务能力,建立了适用于大规模异构卫星、统一标准的应用层天基资源虚拟化方法,并设计了计算模型。选取具有代表性的卫星平台、载荷等,针对在轨实时虚拟化的需求,设计并实现了在轨虚拟化算法。试验证明,算法时效性可以满足星上实时计算要求。     

硬X射线调制望远镜卫星系统级自主功能设计与在轨验证

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星在轨长期连续观测、全天球任意姿态指向、观测目标频繁切换、观测载荷工作温度要求高等多任务、多约束的特点,使卫星的功能设计和传统卫星不同。为确保卫星好用、易用、安全、可靠,HXMT卫星从任务需求和特殊要求出发,以系统化、模块化的设计思路,遵循可交互性、可服务性、开放性的原则,设计了12种系统级在轨自主功能,其中9种为全新设计。卫星在轨运行结果表明:各项自主功能在轨应用效果良好,满足了用户对于卫星长期在轨运行高观测效率、高可靠、高自主、数据下传及时、使用简便灵活的需求。     

硬X射线调制望远镜卫星总装设计与实现

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星有效载荷质量大、探测器数量多、地面存储和在轨工作环境要求高的特点,设计了HXMT卫星总装方案,提出了多种探测器电接口集成优化设计、望远镜外热流抑制总装设计、望远镜杂散光消除总装设计和望远镜总装全周期环境保障设计,并得到了研制实践验证。HXMT卫星在轨运行结果表明:总装设计合理可行,能满足望远镜的需求,可为我国后续空间X射线天文卫星的总装设计提供参考。     

导航卫星镍钴铝酸锂电池组在轨自主管理及特性分析

针对导航卫星寿命长,地影天数多且周期长的特点,分析并设计了镍钴铝酸锂(NCA)蓄电池组在轨自主管理系统,包括其充电管理、地影期管理、长光照搁置管理、均衡管理、热控管理和自主安全管理等,并成功运用在北斗导航MEO卫星上。通过详细的在轨数据分析,验证了所设计系统的正确有效性,可为后续其他航天器锂离子蓄电池组的在轨自主管理技术提供参考。     

高分三号卫星总体设计验证

高分三号(GF-3)卫星是我国民用"高分辨率对地观测系统重大专项"中唯一一颗微波成像卫星,也是我国第1颗1m分辨率C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星,其定量化指标要求高,同时具有雷达天线质量、尺寸大,热控要求高,脉冲功率大,构型布局复杂等技术特点和难点。文章围绕GF-3卫星技术难点,系统阐述了卫星高定量化、高扩展性等总体设计特点及设计验证方法,并采用系统建模、模拟分析、地面试验和在轨测试等多种措施,确保卫星优良的图像质量和定量化应用能力,使其具备一定的在轨扩展能力。GF-3卫星设计和研制过程中采用的验证方法,可为后续SAR卫星的总体设计提供参考。     

服务“一带一路”沿线国家的卫星综合智能管控系统设想

本文为了统筹管理和协调使用"一带一路"沿线国家的通信、导航、遥感卫星和地面站资源,提高星地资源的综合使用效能,针对沿线国家不同类型用户复杂多样的卫星使用需求,开展了卫星综合智能管控系统的需求分析、设计与仿真评估,重点研究多类型用户需求智能化辅助分析、多星多任务协同规划与调度、星地一体化的效能评估等关键内容。提出了"一带一路"智能化卫星综合调度和管控总体架构设想,设计了与通信卫星、气象/海洋/资源卫星、导航卫星、沿线国家卫星的运行流程及接口关系。通过综合调度沿线国家通导遥卫星,提供覆盖"一带一路"沿线的通信、遥感、导航服务,可以在应急减灾、气象预报、海洋监测等方面提升服务能力,在"一带一路"发展框架下,更好地利用空间资源为沿线国家和地区提供服务。     

高分三号卫星测控分系统设计与验证

高分三号(GF-3)卫星具有大角度快速机动及复杂电磁环境的特点,测控分系统常规设计难以满足卫星需求。文章提出射频设备的抗干扰设计及验证方法,介绍了GF-3测控分系统的设计、技术特点,并给出了地面试验及在轨运行验证结果,实现了测控分系统高灵敏度接收与大功率合成孔径雷达(SAR)之间复杂环境的电磁兼容性,同时首次采用高精度实时快速导航定位算法和自主健康管理方法,实现了导航子系统快速连续定位。     

北京三号B卫星数据处理与传输分系统设计与验证

针对北京三号B卫星高速数据和在轨智能处理需求,设计数据处理与传输分系统。提出标准化、智能化、模块化的设计思路,开发路由、高速存储、通用处理、电源等标准单元的智能处理器,实现数传产品对数据流向灵活可控、功能高集成、在轨可重构的需求。配置高性能FPGA和智能计算芯片,系统实时图像压缩、处理速度达到20 Gbit/s。采用云检测、辐射校正、目标识别、目标提取、目标定位等星上数据智能处理技术,可为在轨图像智能处理建立指标体系提供参考。数据处理与传输分系统通过在轨验证,测试结果满足用户需求。     

月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术及性能分析

针对月球卫星工作模式多,功率需求变化大,自主控制能力要求高的特点,防止蓄电池出现欠充电、过充电,确保卫星供电安全,文章提出了以电子电量计控制为主、压力控制为辅的氢镍蓄电池在轨自主管理技术,包括充电控制模式、多模式多速率充电管理、全光照期充电管理和月食充电管理等内容,并给出了电池在轨测试情况。在整个任务飞行过程中电池以优异的性能在轨运行,实践证明月球卫星氢镍蓄电池在轨管理技术合理、有效。