开放式超高速空间智能数传系统研究

开放式超高速空间智能数传系统具有针对超高速载荷数据输入、基于开放式架构设计实现在轨智能信息处理的特点。文章中研究超高速复杂数据流控制与路由交互技术,采用具备空间环境适应性的高可靠光电模块等高速传输接口,先进的星型路由处理拓扑架构,制定统一数据标准协议,构建开放式超高速星载处理系统平台的方法。通过平台集成共用、架构在轨重构、软件上注更新方式实现各种先进智能处理算法应用。研究多源数据分类存储和管理技术,解决了海量多组高速数据存储和检索问题,满足高达数百Tb的超大数据存储检索能力。通过设计仿真和试验验证了系统功能性能。实现了具有数百Gbps高实时性载荷数据信息处理能力、灵活空间智能处理功能和开放式架构的新型空间智能数传系统。     

狭义数字孪生卫星构建应用平台的开放性研究

分析了国内外基于模型的系统工程、体系工程、数字孪生和数字工程在卫星工程上的发展过程，从系统论的角度提出了狭义数字孪生卫星的概念，不同单位、不同人解决不同问题时，要根据问题的需要，调整各组成部分的仿真粒度，形成研究问题的数字工具。这些数字工具都具有系统完整性，都是数字孪生卫星概念的实例化外延。提出了用所有岗位构建应用和交流成果的总工作量来度量数字孪生卫星构建应用平台开放性的概念，分别从建模和使用模式、星上源代码一致性、卫星集群多平台分布式仿真3个方面给出了平台的开放性度量准则。针对软件平台开放性设计目标，论述了数字孪生卫星构建应用平台专用的开放性设计技术，包括软件层次模块划分、多粒度模型库、建模和模型管理工具包。通过工程实践案例，证明了开放性度量准则可以有效评估数字孪生卫星建模和模型管理的总工作量，为各单位的平台设计和研制过程的各种决策提供依据。     

面向应急管理的天基系统需求与构建设想

针对应急管理对天基系统提出的增强现场灾情信息传递保障能力和尽快完善天空地一体化应急观测体系的需求,在分析天基系统应具备的先进感知使能、通信使能、导航定位使能及智能使能基础上,提出了我国天基应急管理支援体系构建设想。通过发射中轨观测系统、高分光学强机动星座,以及增加地面机动测控数传站,加强和完善灾害应急遥感观测能力;通过天地一体化应急管理云平台实现灾情观测数据的处理和分发。为了尽快实现天基应急管理支援体系建设,提出应发展高、中、低轨协同的天基通信、导航、遥感卫星的建议。     

一种星载电子设备嵌入式集成管理单元设计

根据批量化的低成本卫星以及快速响应卫星对星上电子设备接入及管理的灵活性,电子设备功能密度、可靠性以及成本等提出的新要求,研究开发了一种基于系统级封装(SIP)技术的国产化星载通用电子设备嵌入式管理单元。将卫星电子设备的运算单元、通信接口、遥测信息采集、遥控执行、程序存储、数据存储、模拟与数字转换集成到统一的接口管理单元中,并构建通用的调度与功能软件中间件,实现星上接口和测量管理的标准化,提高了系统集成度,降低了系统功耗。     

侦察卫星星座覆盖性能仿真分析软件设计

为了快速、便捷分析天基侦察系统的对地覆盖性能,开展综合对比分析,设计开发天基侦察卫星星座对地覆盖性能仿真分析系统。仿真系统基于VS2010平台开发,通过软件交互接口调用STK引擎完成计算,使用Matlab编译的库函数完成仿真数据处理及可视化输出。仿真系统采用Redis数据库实现输入参数和仿真结果的存储,并提供与外部程序静态和动态交互功能。仿真系统提供独立仿真和协同仿真两种工作方式,可独立运行分析星座覆盖性能,也可作为其它仿真系统的一部分,在外部命令控制下运行。经应用测试,该系统可以快速、有效完成卫星星座对地面目标的覆盖性能对比分析,为天基侦察系统星座构型设计论证提供支撑。     

基于容器云的地面测控资源池日志管理系统的研究

新型航天地面测控装备基于商用服务器集群，采用虚拟资源池架构和容器云技术，按需进行测控资源调度和测控业务能力生成。和众多服务设备一样，日志是系统故障诊断的主要途径，由于海量日志可能分散在资源池系统中的不同位置，传统的流式日志采集和分析模式难以大批量管理信息，经常导致系统异常发现不及时、排查效率低、定位难度大等问题，日志的检索和统计缺乏行之有效的手段，弊端明显。针对这种地面测控资源池系统的运维管理需求，本文设计了一种基于容器云的日志管理系统，将平台日志和应用日志聚合管理，根据用户需求和运维目的分类检索并定制可视化日志显示，为使用者精准分析系统异常、快速进行系统维护提供有效支撑。     

基于数字孪生的火箭结构设计制造与验证技术研究

对数字孪生技术和运载火箭结构设计制造与验证的数字化技术现状进行介绍,在此基础上对基于数字孪生的火箭结构设计制造与验证技术开展论证,主要包括基于数字孪生的结构设计技术、基于数字孪生的结构制造仿真技术和基于数字孪生的结构试验仿真与控制技术3个方面。与现有技术相比,基于数字孪生的火箭结构设计制造与验证技术增加了面向过程的虚拟映射、模型驱动和数字管理等关键要素,加强了模型和数据对结构研制过程的预测、监测和控制作用,能够进一步提高设计效率,加快试验周期,提升结构的精细化和轻量化水平。     

美国“天基自适应通信节点”项目进展及启示

<正>2022年8月,美国国防高级研究计划局(DARPA)“天基自适应通信节点”(Space-BACN)项目进入技术验证阶段,开始进行硬件风险降低验证和软件设计仿真。该项目研究构建星间光通信链路,连接低轨异构军民商及盟国卫星系统,形成跨系统的天基信息传输网络,以加速数据回传与融合共享,提升太空系统弹性抗毁能力,高效支撑美军联合全域作战。     

空间电源数字孪生系统

数字孪生系统是一种详细描述现实系统的数字化模拟系统,基于虚拟空间中的模型理解、预测、优化和控制现实系统,与现实系统具有实时性、同步进化性和交互性.为满足未来空间飞行器智能化、高机动性、多目标任务的特点,需要提升空间电源系统智能化监测管理能力.本文分析了空间电源数字孪生系统的构成要素,从数字孪生模型构建、新型传感技术以及...     

巨型星座高效管理及智能应用关键技术研究

针对未来万颗规模巨型星座资源管理、互联互通、即时协同、自主运控和安全可信等共性基础功能需求,提出一种基于操作系统实现上述功能需求和构建巨型星座信息基座的技术方法,满足天基系统前向兼容和持续扩展需求。通过研究体系架构、高效内核、融合组网、安全可信、生态体系等巨型星座高效管理及智能应用关键技术,为构建面向巨型星座复杂应用场景的统一基础软件平台巨型星座操作系统提供解决思路以及发展建议,将支撑我国卫星互联网等大规模星座高效建设及能力快速形成。     

基于数字孪生的航天电推进器优化设计方法

针对以引力波探测为代表的空间科学任务和以“国网星座计划”为代表的商用卫星网络任务对推进器的特殊需求，本文提出了一种基于数字孪生的推进器优化设计方法。该方法首先建立由机理模型模块和测试数据集模块组成的数字孪生体。机理模型模块依据推进器的物理过程建立模型，对难以测量的数据进行仿真模拟；测试数据集模块通过实验对推进器进行测试，依靠测试数据建立可测参数的数学模型。将数字孪生体与实验进行对比，通过对比结果反馈调节机理模块从而不断提高孪生体的准确性，最终为优化设计提供依据。结果表明：(1)该方法能够构建微波离子推进器的数字孪生体；(2)该数字孪生体的预测结果存在一定差异，通过分析发现该差异与机理模型的精细度以及测试数据集的数据量有关。     

发射场地面发射支持系统数字孪生架构及应用

针对航天发射场地面支持系统远程监测诊断、智能维护保养和自主决策控制等应用需求,提出了面向地面发射支持系统的数字孪生参考架构,提炼了实现数字孪生的关键技术。结合我国首型固液捆绑运载火箭塔式吊装对接工作,开发了基于参考架构的运载火箭塔式吊装对接仿真平台。经实际运行考核,该平台基于虚实空间交互映射和实时动力学仿真,通过丰富吊装场景监控信息,能够提高吊装对接工作的安全性和效率;同时,验证了数字孪生参考架构设计的合理性及技术路线的可行性。     

数网一体化航天测控体系结构研究

针对现有航天测控装备数字化水平偏低、结构冗杂、接口不统一等问题,提出一种数网一体化测控体系结构.该种结构依托射频数字化设备将模拟信号转换为数字信号,并设计完整的网络传输和资源池体系,优化了网络结构.为进一步提高系统的便捷、抗毁、自愈能力,设计统一接口、动态重组、故障诊断与处理、备份恢复策略.最后通过数据分析计算了新的体...     

硬X射线调制望远镜卫星数字伴飞系统设计与应用

设计了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星数字伴飞系统,具有与在轨卫星相同的运行策略和控制模型。卫星发射后,通过配置参数使地面虚拟空间中的数字孪生体卫星与现实空间中的实体卫星状态一致,可"镜像"卫星在轨状态。结合数字模型状态量丰富、可加速运行、可反复运行的特点,在数字孪生体上开展卫星状态判读、卫星控制参数优化、卫星任务方案迭代仿真,得到上注至实体卫星的飞控数据,完成了卫星的任务规划和性能改善。     

大数据技术综述与发展展望

以大数据、云计算等为代表的新一代信息技术正拉开中国航天数字化能力建设的崭新篇章,数据治理工作正处在勇开新局的关键时期。如何合理应用大数据存储、处理、分析、管理、流通与安全技术,构建航天大数据基础平台传输架构、存储架构及技术架构,保障数据治理规划与标准框架落地,沉淀航天数据资产,构建与航天型号研制体系特点相匹配的数据应用,是一个重要的命题。总结提炼了大数据的主要特征,全面梳理大数据技术体系,并面向不同数据处理场景,归纳适用的大数据技术手段,为航天数据治理的技术架构设计、技术选型等工作推进奠定坚实基础。     

数字仿真实时接口

为解决实时数字仿真中仿真数字机与控制系统实物或等效器的对接而研制的全并行数字仿真实时接口,程序设计简单,工作可靠,可以完成相当规模的半实物实时数字仿真试验。为适应大型实时数字仿真试验而研制的单片微机管理、双向RAM存取的数字仿真实时接口,高速、多通道、总线结构、系统易于扩充。试验表明,这两种数字仿真实时接口,结构简单,使用方便,具有较好的实时仿真能力。     

大规模天基组网演化建模及效能评估方法

针对未来天基体系所呈现出的大规模、网云化和智能化等发展趋势,文章围绕大规模天基体系架构,对大规模天基组网演化建模开展研究,并对大规模天基体系综合效能评估方法进行分析,提出了一种天基体系效能评估总体思路架构,主要包含三个部分：大规模天基体系高动态演化特性分析,网络化指标体系构建方法设计以及天基体系效能评估方法设计。从模拟验证平台构建支撑演化以及效能评估分析的角度进行了探索,为我国大规模天基体系的设计和研究提供参考。     

一种高传输带宽海量数据高性能固态存储技术

基于高分辨率对地观测卫星高数据带宽及海量存储的需求,介绍了一种高性能固态存储技术。以多路高速串行数据总线作为对外接口,以非易失性存储器阵列作为数据存储介质,实现了高速海量载荷数据的传输、存储和文件管理。经高分七号卫星验证,结果表明:采用该技术的存储系统具有传输速率高、存储容量大及数据多维检索等能力,可为今后卫星载荷数据存储提供新的设计思路和方法。     

冲压发动机控制系统的半实物仿真试验研究

将燃油调节器、电子控制器以实物形式接入半实物仿真试验系统,将控制回路另外部分包括对象发动机和导弹的动态特性在数字仿真器上实现。数字仿真器通过输入输出接口与冲压发动机的控制器进行联接,从而搭建了冲压发动机控制系统的半实物仿真试验平台。通过一系列半实物仿真试验表明,构建的平台可以实现考核控制系统设计的目的。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。