基于CCSDS标准的卫星遥控LDPC编码方案探讨

随着天地一体化及遥控可靠性需求的不断提高,传统卫星遥控标准中广泛采用的BCH码很难满足未来卫星遥控链路复杂多样的需求。为此,文章将卫星遥控指令分为短指令模式和内存上注指令模式两大类,设计低密度奇偶校验(LDPC)编码方案。对于帧长较短的遥控指令,采用3种码长较短的LDPC码,与目前空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控标准推荐的BCH(63,56)码相比,在误码字率为10~(-5)量级时,可以额外获得4～6dB的增益。对于大数据量的内存上注指令,应用现有CCSDS遥测标准推荐的LDPC(8160,7136)编码方案,当误码字率为10~(-5)量级时,所需信噪比(Eb/N0)约为3.8dB,编码增益约为7dB。为了实现LDPC编码方案,文章设计了与BCH码相似的协议格式,改动量较小且具有良好的兼容性,不会对已有遥控系统产生影响。译码方案采用并行的FPGA译码器架构及最小和译码算法,其译码复杂度较低,硬件实现资源占用较少,具有可行性。     

一种卫星通用遥控指令译码器设计

针对卫星传统遥控指令译码器已经无法满足通用性、适应性、好用易用及批量生产的要求,提出了一种新型遥控指令译码器设计。与传统遥控指令译码器相比,新型遥控指令译码器能够同时适应脉冲编码调制(PCM)遥控体制和空间数据系统咨询委员会(CCSDS)分包遥控体制的两种标准;并且配置了两种输入接口,既能直接接收地面发送的直接指令帧进行译码输出,又能接收星载计算机发出的间接指令帧进行译码输出。新型遥控指令译码器配置的与星载计算机的接口以及具备的自主健康管理功能,非常适用于有智能化自主运行管理需求的卫星。该译码器通用性和适应性强,非常适用于高集成度的抗辐照专用集成电路(ASIC)器件研制,以及高可靠性和长寿命产品的批量生产。新型遥控指令译码器设计已在新遥感平台及相应的卫星研制中得到验证。与传统遥控指令译码器相比,新型遥控指令译码器的功能、性能均得到显著提高。     

面向任务的小卫星自主指令设计

为了提高卫星的安全性、可靠性和可用性,在分析小卫星遥控指令特点的基础上,提出了面向任务的小卫星自主指令设计,把以往多条独立的间接指令组成封装系列指令,星上可以自动判断指令的执行条件,发现指令执行异常时进行处理,从而简化了卫星遥控操作。封装系列指令可以由程控指令以及星上自主产生的事件启动,文章所设计的自主指令已在多颗小卫星上成功应用。     

航天器遥控FPGA片上容错设计技术研究

结合深空探测项目研制任务研究遥控数据接收处理电路FPGA片上容错设计技术。在研究航天器遥控数据接收处理电路数据模型的基础上,提出遥控数据接收处理电路FPGA片上小粒度自主备份容错设计方法;应用此新方法进行遥控指令通道FPGA设计优化;针对FPGA缺陷成团性,进行遥控指令通道FPGA布局优化,最终设计出能够自主容错,容错能力更强,可以应对缺陷成团性影响的新一代遥控指令通道FPGA。这一FPGA的实现,验证了文中提出的新方法,也为未来深空探测项目、微小卫星等提供新的遥控产品。     

基于CCSDS空间数据链路安全协议的星载遥控认证保护

在国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)规定的空间遥控系统数据传输体制下,对星载遥控认证保护进行了研究。选择了遥控数据认证保护层次,并设计了认证保护数据范围。针对上行遥控的认证保护机制与国际空间数据系统咨询委员会的空间遥控链路命令操作过程(COP-1)之间存在的"闭锁"风险,设计了重传请求保护机制。基于空间数据链路安全(SDLS)协议体制,提出了一种遥控认证帧结构模型。在该模型中,通过插入随机序列码段,使相同指令/数据帧经认证算法计算后,其结果的非线性度扩大;通过插入毫秒级精度的时间序列码段,抵御重放攻击,并极好地适应不同地面控制中心对航天器的并行控制。提出一种针对遥控认证保护的,涉及"常态"和"应急态"的安全关联(SA)周期管理的方法、密钥生存周期管理的方法,有效实现各虚拟信道的独立保护及密钥的科学管理。同时,提出一种开展星载遥控认证保护业务的算法设计方法。     

基于XTCE改进模型的遥控指令生成系统设计

提出了一套改进的基于可扩展标记语言的遥测遥控信息交换(XTCE)遥控元数据模型,重构了空间任务遥测遥控信息描述模型,引入了指令集合元素,使其能够支持更广义的指令,具有更高的扩展性;以该模型为基础,文章设计了一种通用化遥控指令生成系统,采用了自动化软件技术和数据库技术,使遥控数据定义更加便捷、高效。实践证明本系统达到了增强数据处理软件通用性、减少开发成本、降低开发风险的效果。     

一种遥控异常情况下的卫星安全管理方法

针对卫星在轨管理过程中出现的数管直接指令和地面直接指令无法正常执行的遥控异常,从卫星遥控信息的传输流程、遥控译码的工作原理入手,对导致直接指令执行异常的因素进行了排查,定位了异常原因为遥控译码故障。提出了对于单一频段遥控通道的卫星,通过调整部件的指令控制策略和将直接指令转换为数据指令的方法来实现卫星管理;对于多个频段遥控通道的卫星,除以上两种方式外还可以通过拓展遥控上行通道的方法,增加遥控上行冗余度来降低遥控译码通道异常的风险。所提出的安全管理方法经故障卫星在轨管理阶段的试验验证,在一定程度上有效控制了因一路译码故障给卫星安全带来的风险,可为卫星其它重大故障的及时发现、定位和有效规避提供参考。     

最佳PCM群同步码的最新发展成果

在遥测、遥控、遥感和数字通讯等PCM信息传输系统中,群同步(含字同步、帧同步、格式同步)十分重要,同步的优化取决于同步码的优化和良好的检测手段,而以前者为主。群同步码的最佳化可以提高系统的抗干扰能力,减少指令错漏和数据错误或丢失等等。该文找出N=31～42位最佳PCM群同步码,指出它们在E=0～5时的误同步概率、列表给出有关字长、码组图样、误同步概率的详细结果。     

功能分布式遥控遥测系统

分布式处理是提高微机应用系统性能的有效途径。本文讨论一种功能分布式双遥系统的设计方法。以功能专用化在处理机间形成遥控遥测两大功能的任务级并行;用流水线方法在遥测处理机内部实现作业步的重迭;时间冗余基础上的差错控制方式改善了遥控指令误字率。这种系统既解决了单机操作的瓶颈,又避免了一般多机系统的软件复杂化和机问通信问题,它非常适合测、检、数据处理综合体制这种本身就具有分布组织模式的场合。     

无人直升机遥控系统关键技术研究

遥控系统是无人驾驶直升机控制系统的主要组成部分。文中对其遥控指令、可靠性、实时性和安全性等关键技术进行介绍。这些技术已用于某型无人驾驶直升机的设计 ,这些技术简单、实用 ,实施结果运行情况良好 ,能较好地满足飞行控制要求。     

一组新的遥控指令错误概率计算公式的推导

在文 [1]研究的基础上 ,指出遥控指令的误指令概率和漏指令概率不相互独立。并基于这一论断 ,推导出一组新的误指令和漏指令概率的计算公式。     

对遥控系统误指令概率计算近似公式的推敲

在关于遥控指令错误概率的讨论中 ,提出了一些误指令概率近似计算公式 ,文中对此做了进一步的推敲 ,在概念上作了清理 ,分析它们各自可能产生误差的原因 ,并用实例比较它们的大小。最后也提出一种近似计算公式建议     

再分析现有遥控指令错误概率计算公式的缺陷

对现有的遥控指令错误概率的计算公式作进一步的分析。分析指出 ,现有的计算公式中的误指令概率计算公式难于成为好的工程近似计算公式 ,同时它还存在一种概念性缺陷。所以应该重新构建指令错误概率的计算方法。最后 ,给出此前推导出的一组能消除上述问题的计算公式     

一种性能优越的纠错码——Turbo码

Turbo码是一种性能优异的纠错编码方式 ,已引起广大学者的高度重视。文中介绍了 Turbo码的编码方式和迭代译码原理 ,详细推导了 MAP算法。给出了目前用于 CCSDS标准中的 Turbo码结构。对 Turbo码和卷积码的异同点做了比较。最后给出了一些目前关于 Turbo码研究的热点问题。     

基于多目标规划的交会对接推力器指令分配方法

将由控制律得到的控制量转化为推力器控制指令的过程称为推力器指令分配。由于交会对接涉及的推力器配置复杂,且对追踪航天器姿轨控精度的要求很高,因此其推力器指令分配问题十分重要。本文针对该问题,分析了基于线性规划的指令分配方法存在的不足,提出了将推力器指令分配问题转化为非线性多目标规划问题,并应用分枝定界法进行寻优的新方法。新方法可以在指令分配的误差和燃料消耗之间进行折衷,并且考虑了推力器最小开机时间的限制。仿真结果验证了新方法的有效性。     

惯性信息辅助高动态接收机捕获问题的研究

高动态环境为GPS接收机快速捕获信号带来了困难,通过外部的惯性信息辅助,接收机能预先估算高动态栽体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围,减小捕获时间.本文在GPS信号捕获原理的基础上,介绍了多普勒和码偏移误差对检测概率的影响,给出了惯性信息辅助接收机捕获的方法,着重分析了GPS接收机在冷启动和温启动的情况下有惯性辅助和无惯性辅助的平均捕获时间.结果表明在高动态环境下采用惯性信息辅助GPS接收机捕获的方法可以明显地减少接收机捕获的时间,提高接收机捕获的性能.     

基于FFT的扩频码快捕模块的设计实现

介绍基于FFT的扩频码快速捕获原理,给出一种利用探测数据跳变来降低数据调制带来的检测信噪比损失的方法,并对快捕模块的核心单元——采样率转换单元和FFT/IFFT计算单元的FPGA实现进行详细的论述。仿真和实验结果表明,该方法在高数据率调制和低信噪比的情况下实现了扩频码的快速捕获和硬件资源的合理利用。     

航天测控系统卫星鉴定技术研究

针对基于卫星的航天测控系统精度鉴定技术开展了深入的分析和研究,提出了较为全面的卫星鉴定的思路和技术途径。在时序比对统计方法的基础上对利用卫星进行系统误差分离的方法展开了深入研究,并将比对估计统计方法和"EMBET"自鉴定方法有机结合起来。通过可行性分析和工程应用充分验证了利用卫星对航天测控系统进行精度鉴定的可行性、正确性和优越性。     

多载波CDMA技术在航天测控通信系统中的应用

针对传统航天测控通信系统在测距精度、数据传输速率和抗干扰等方面的不足，将多载波码分多路存取(MC—CDMA)应用于航天测控通信系统。该方法不仅可以使测距精度达到数米，数据传输速率达到几十兆字节每秒，而且还具有抗干扰能力强、易于实现多目标测控和系统实现简单等优点。     

航天器交会对接中GPS的应用

卫星定位和卫星通讯是正在寻求的空间飞行器高级自主交会系统的首选测控手段。本文概述了航天器的交会对接基本要求和过程以及美国全球定位系统（ＧＰＳ）和组成、定位原理、精度和差分原理后，列出了两种形式的相对运动方程。利用运动方程求解、单纯ＧＰＳ、差分ＧＰＳ的结合，可以完成追踪航天器向目标航天器接近的整个导引过程，且可以省去庞大的地面遥控遥测、星上雷达等设备，减少误差源。仿真计算证实了这一设计思想的可行性和