新一代运载火箭控制系统总线

介绍了目前各种高速数据总线。主要包括火线、航天光纤数据总线、SpaceWire,光纤通道、FDDI,ATM,以太网等。对比了这些总线的特点和性能,并根据火箭控制系统的性能要求,对这些总线进行筛选。最终确定光纤通道作为新一代火箭控制系统总线的首选。     

TTE在运载火箭控制系统中的应用

提出了时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)在运载火箭控制系统中的应用设想。首先介绍了TTE,从通信机制、时间同步、实时性与容错性等方面分析了TTE在火箭控制系统应用中的优势。针对火箭控制系统的功能组成,提出一种基于TTE的双通道冗余总线拓扑结构,分析了基于TTE的控制系统总线数据流。对TTE在运载火箭中的应用进行了探索,可为TTE在航天领域的研究与应用提供借鉴。     

基于桥接模式的双网络重复使用运载器控制系统冗余技术

根据重复使用运载器因面临恶劣电磁环境而对控制系统提出的可重用、高可靠性要求,提出了一种基于桥接控制器的四余度1773A光纤总线双网络冗余控制系统方案。该方案在实时性、数据处理、缓解信息拥塞、电磁兼容性等方面具有较好的优势,控制系统实现了集控制、传感、通信、网络、故障诊断与容错处理于一体的功能。通过对计算机、综合控制器、伺服机构等关键部组件及系统级总线进行冗余设计,提高了系统的可靠性。     

基于VXI的固体火箭发动机地面试验柔性自动测试系统设计

针对固体火箭发动机不同类型的地面试验对测试的需求,提出了固体火箭发动机地面试验测试行为模型,并在VXI总线自动测试系统的基础上实现了柔性自动测试系统。系统的特点是可通用性、高可靠性和易操作性,能够满足固体火箭发动机地面试验中的测试需要,在固体火箭发动机地面试验中得到了成功的应用。     

运载火箭的一种自适应姿态开环减载控制技术

针对运载火箭在高空风区域飞行时的减载需求,提出了一种自适应姿态开环减载控制技术。此减载控制系统采用加速度计测量火箭箭体的法向与横向视加速度,采用速率陀螺测量箭体绕质心转动角速度。设计了一种门限自动切换判别结构,使控制系统能够自动从传统纯姿态控制切换到姿态开环减载控制。当火箭遭遇到很大高空风时,控制系统姿态回路开环,俯仰通道和偏航通道分别跟踪零法向、横向视加速度指令,使火箭转到来流方向,实现减小气动载荷的目的。以某型运载火箭为例对比了几种控制方案的减载效果,仿真结果表明自适应姿态开环减载控制有效提高运载火箭减载效果,具有工程应用价值。     

光纤通道在航天运输系统的应用分析

根据航天运输系统对总线技术的需求,介绍了光纤通道协议的特点,对协议结构进行了分析,并重点介绍了FC-AE协议以及MIL-STD-1553B到FC-AE-1553之间的映射,指出光纤通道在未来航天运输领域具有巨大的发展潜力。     

全向发射状态下运载火箭变结构自适应滑模控制

针对运载火箭全向发射后,系统通道间存在交连耦合问题,提出了基于解耦的变结构自适应滑模控制方法。首先建立了运载火箭全向发射姿态动力学模型;其次推导了一种工程上实用的姿态角预补偿解耦控制方法,并重点分析了残余耦合对姿控系统的影响;最后针对解耦后系统的残余耦合和火箭结构干扰,提出了变结构自适应滑模控制方法。利用Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的全局渐近稳定性。仿真校验了本文提出的控制方法能够实现火箭在全向发射情况下的姿态稳定。     

CAN现场总线在固体火箭发动机测试中的应用

通过固体火箭发动机主动引射高空模拟试验台现场总线控制系统的设计与实现,介绍了CAN现场总线通信技术的特点,主动引射试验台控制系统的总体设计,硬件、软件设计以及现场测量得到的参数分布曲线。同时给出了一种基于CAN总线技术的控制系统的设计方法。     

基于BMU/LVDS总线的闭环总检查测试技术研究

为了更好地满足控制系统总检查测试的有效性和覆盖性要求,本文提出了火箭控制系统总检查的闭环测试方案。同时,新一代运载火箭所采用的总线监控单元BMU和箭地高速串行总线LVDS等新技术使方案的实现成为了可能。本文先介绍和论述了方案提出的必要性、原理以及实现的技术支持;接着提出了几点闭环实现的设计思路;最后在某型号火箭控制系统综合实验的基础上搭建了闭环测试平台,对惯组的有效性以及迭代制导算法的适应性进行了系统级的验证,实验表明方案能够很好地满足地面测试的有效性和覆盖性。     

新一代火箭控制系统总线应用技术研究

从运载火箭控制系统工程需求出发，在研究总线技术及其在航天领域中的应用背景的基础上，分析了箭上控制系统总线应用技术的可靠性和必要性，提出了箭上总线控制系统的基本模型，探讨了箭上总线开发、应用、系统设计等有关技术问题。     

空间太阳能电站统一调度设计及电能管理分析

针对多旋转关节空间太阳能电站(Space Solar Power Station, SSPS),提出一种环形拓扑的电力系统架构。基于功率分层准则对SSPS电力拓扑架构进行设计,提出U1~U7共7个层级、母线电压5000V、功率等级为MW的太阳能电站电力系统。针对分层架构中多太阳电池阵子阵并联(U6层),提出分层功率平衡统一控制策略,对MPPT控制、MPPT控制+稳定直流母线电压混合控制、MPPT算法+下垂稳定直流母线电压混合控制三种控制方法开展仿真分析。结果表明,提出的基于虚拟阻抗的下垂控制策略可以有效调节、分配功率,解决了空间发电站母线电压无法稳定的问题。     

临近空间飞艇电源系统新型拓扑结构研究

针对临近空间飞艇高压载荷的需求,文章研究了飞艇高压动力母线控制电路的拓扑结构,提出更高效、更实用的高压拓扑控制电路,设计了三电平电压变换拓扑结构,可有效减小元器件电压应力,解决高压动力母线带来的问题,提高系统的效率和可靠性。实验表明,三电平电压变换拓扑结构适用于高输入和高输出电压中大功率的应用场合,能够满足临近空间飞艇电源系统的需求。     

基于CANoe的卫星三轴稳定控制仿真研究

CAN总线在小卫星平台系统问数据交换中得到广泛应用,为了对基于CAN总线的控制系统的设计合理性提供一种评价手段,提出了一种基于CAN总线分析软件CANoe的卫星三轴稳定控制方案仿真方法,用以分析评价系统的网络拓扑结构、应用层数据定义以及总线性能的合理性.通过仿真得出了控制系统的性能指标以及总线的负载率参数,仿真结果表明该方案运行良好,能够满足三轴稳定控制的要求.     

基于无源光网络的高速光纤总线技术研究

随着航天遥感类载荷性能的提高,其数据量大幅增加,对高速数据传输提出了更高要求.针对航天环境的高可靠性要求,提出了一种基于命令响应式协议的新型高速光纤总线结构,即把无源光网络技术与FC-AE-1553协议相结合,采用高生存性的逆向双环的冗余拓扑结构搭建了地面演示验证系统.实验表明,新的光纤总线系统通信速率可达2.5Gbps,容易隔离失效节点,所用设备简单,可靠性高,满足航天工程应用需求,具有较强的实用价值.     

ZigBee无线网络星载应用可行性研究

针对当前卫星上存在电缆多、电气连接复杂等问题,文章提出用ZigBee无线网络代替传统星载总线的设计构想。结合空间应用的特点,对ZigBee星载应用的优势进行了分析,并提出了相应的可行性设计建议,包括ZigBee星载应用的系统组成、网络拓扑、帧结构以及网络节点的实现方案,研究结果可以为未来卫星和空间站电子系统的设计提供参考。     

移动自组网MAC协议组网和业务调度算法研究

为满足无中心的移动自组网对多变网络拓扑、实时通信和网络规模可扩展的需求,提出一种网络建立时间短、时延短和信道利用率高的MAC协议策略。通过网络分簇组网算法建立健壮高效的组网模型,利用时隙动态复用算法实现基于竞争的TDMA接入协议,从而提高信道利用率和网络吞吐量。在NS2中对单簇20个节点作性能仿真,分析多种队形的网络拓扑以及端到端时延,并对固定TDMA和基于竞争的TDMA接入方式做了对比实验。仿真结果显示,各种拓扑结构的网络建立时间都很短,基于竞争的TDMA接入方式相比固定TDMA可获得更高的网络吞吐量和更短的端到端时延。     

MPPT不调节母线电源系统稳定性分析

提出了一种MPPT不调节母线电源系统拓扑结构,介绍了其控制策略。分别建立了两域控制模式下太阳电池阵源端与负载端稳态分析的等效电路模型,基于小信号等效分析及状态空间方程特征根求解方法,对系统稳定性进行分析,归纳了提高此类电源系统稳定性设计的方法,此研究结果可为MPPT控制技术在未来空间电源系统中应用提供设计参考。     

嫦娥四号中继星供配电系统设计与应用（英文）

A 28 V-half-regulated power bus topology and an integrated PCDU(Power Conditioning and Distribution Unit) were adopted to meet the energy demand for the Chang'e 4 relay satellite. This paper first introduces the mission features and composition of the PSDS(Power Supply and Distribution System) for the Chang'e 4 relay satellite. Due to this satellite's unusual orbit, operational mode and project restrictions, special analysis and design was conducted on the PSDS from the perspective of weight-reduction, power management, and reliability and so on. Extreme low temperature storage of SA(Solar Array) was considered and how the antenna affects the SA was analyzed. A new kind of high-specific-energy 45 Ah(Ampere-hour) battery cell was used for the first time. To make sure that the satellite would successfully pass the long shadow zones, a 100% DOD(Depth of Discharge) experiment was carried out on the battery. Since the sunlight is almost always available and there are very few times for the battery to charge or discharge, battery care to extend its lifetime is also discussed. PCDU is a device that integrates power conditioning and power distribution in one unit. The PCDU on Chang'e 4 relay satellite can output more power with less weight because of the adoption of a 28 V-half-regulated power bus topology which was also used for the first time and used lighter material for its mechanical framework. Experiment under low temperature on PCDU was conducted as well and a hot backup equalizing charge technique which is beneficial to keep performance of the battery is illustrated. The power distribution module, which is a module of PCDU, enhances the power utilization security by utilizing a static impedance measurement and build-in-test to avoid possible short circuits. As for EED(Electrical Explosive Device) module, a protection plug was specially designed and three switches with different functions were connected in series to prevent the EED from exploding by error. In addition, the allowable minimum EED bus voltage for each EED was evaluated in case of low battery voltage caused by the possible postponement of the launching time. Complete verification experiments on the ground were conducted to confirm the correctness of the design and on-orbit test data conformed to the expected results and theoretical calculation. The power supply and distribution system has been working normally since the day the Chang'e 4 relay satellite was launched into space.     

一种兼顾卫星导航系统星间观测及通信的链路分配算法

卫星导航系统星间采用点波束建立星间链路时,由于星上波束数量小于可建立星间链路的卫星数量,因此便产生了如何有效分配有限波束来建立星间链路的问题。针对该问题首先利用星座运行的周期性提出了一种适用于星间观测及星间通信的拓扑处理方式,并以该拓扑处理方式为基础提出了一种链路分配算法。算法在保证星间观测数量最大化的前提下,以降低整网通信代价为优化目标,尽管为了保证星间观测数量会不可避免地导致通信性能的部分损失,但是仿真结果表明算法的性能整体上优于铱星系统所采用的网状链路分配方法的性能。