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。     

高分多模卫星控制分系统设计及在轨验证

高分多模卫星(GFDM-1)对控制分系统姿态测量精度、姿态确定精度、卫星姿态控制能力、卫星机动能力、可靠性和地面验证方面都提出了更高的要求。文章针对高分多模卫星的特点,对控制分系统的体系结构、技术方案、可靠性设计、寿命试验等方面进行了概述,重点论述了卫星控制分系统基于二级总线的轻小型化体系结构、高精度高稳定度姿态控制技术、敏捷机动姿态轨迹规划技术、长寿命高可靠设计方案。根据卫星在轨运行数据,给出了控制分系统单机和系统性能指标在轨验证情况。     

中低轨道卫星多星测控存在的问题及其改进措施

在分析了中低轨道卫星的测控特点与难点的基础上，讨论了地面S频段测控网多星测控存在的问题，并提出了采用高效动态的测控资源调度方法、建立完善的服务等级体系、完善远程监控体系、简化USB测控站面向任务的实时处理过程、增配多星同时测控的S频段测控设备、充分利用USB活动站、租用(或建设)高纬度测控站等改进措施，以提高多星测控能力，适应“在轨卫星数量多、卫星相继过境时间间隔短、多星同时过境”的多星测控需求。     

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。     

皮卫星姿态确定与控制系统的半实物仿真

卫星姿态确定与控制系统(ADCS)半实物仿真是地面模拟卫星在轨运行情况的一种试验方法,用于检验系统方案以及性能指标。针对皮卫星的特点提出一种可行的姿态控制系统地面半实物仿真方案,利用MATLAB对卫星动力学、卫星运动学进行仿真建模,并模拟输出卫星轨道环境姿态参考矢量(太阳和磁场)供卫星姿态敏感器采集。结合硬件系统完成对皮卫星姿态控制系统的方案验证。仿真试验结果表明设计的半实物仿真方法是有效可行的,解决了皮卫星地面仿真的困难。这种低成本、易实现的半实物仿真平台可广泛用于其它小卫星ADCS系统的检验。     

嫦娥四号着陆器测控通信系统设计与验证

嫦娥四号着陆器测控通信系统负责搭建着陆器与地面站、中继卫星之间的测控通信链路,是任务工程目标实现的关键组成部分之一。针对嫦娥四号着陆器任务对测控通信系统任务需求,提出系统方案,给出测控通信系统关键环节的设计方法、实现技术路径、地面验证和在轨工作结果,可为未来的深空探测任务测控通信系统的设计与验证提供参考。     

统一S波段卫星测控系统的仿真实现

通过分析统一S波段(USB)卫星测控系统工作原理,设计了USB测控系统的仿真结构,对USB测控系统的接收与发射进行了仿真实现,并对仿真信号、采样率、组合干扰、锁相环、滤波器等几个关键问题进行了分析.该仿真设计为卫星测控系统的研制提供了仿真论证基础.     

GEO卫星在轨故障条件下测控应急措施

地球静止轨道卫星在轨故障时,完成卫星故障现象的排查与确认,实施其后的处理工作,对保证星地测控链路通畅至关重要。根据地球静止轨道卫星的工作特点,描述了保证卫星能源供应、保证测控链路通畅等4项卫星在轨故障处理原则。简要介绍了地球静止轨道卫星平台测控分系统的主要技术状态,进行了测控链路分析;根据测控链路余量,从卫星、地面测控站两个方面,提出卫星在轨故障时测控上行、下行链路的处理措施。这些措施均经过卫星的飞行验证,证明行之有效。     

基于STK的GPS卫星可见性仿真分析

GPS卫星在现代信息化战争中的作用日趋重要。针对GPS的观测应用需求,以目前在轨的31颗GPS卫星为研究对象,分析GPS卫星轨道的特征,研究GPS卫星对地面系统的可见性。结合STK和Matlab软件进行仿真分析,为地面GPS观测系统的天线波束宽度、波束个数设计提供参考。     

单太阳翼放气干扰力矩分析

针对静止轨道单太阳翼卫星在转移轨道段,太阳翼展开对日定向稳定控制过程中,太阳翼结构的初期放气干扰力矩对姿态影响的问题,利用卫星姿态动力学模型、姿态变化和推力器等参数,估计太阳翼放气产生的干扰力矩。通过理论仿真,验证了估计方法的正确性。以风云四号(FY-4)卫星为例,在轨实时估计结果表明:FY-4卫星太阳翼放气持续时间近11个小时,初期最大干扰力矩达37mN·m,比光压力矩约大2个量级,其对姿态影响不可忽视。文章的研究结果可为地面控制系统设计和在轨控制参数修改提供数据参考。     

高分三号卫星控制分系统设计与在轨验证

高分三号(GF-3)卫星是国内首颗设计寿命8年且转动惯量最大的低轨遥感卫星。与以往同类卫星相比,文章针对GF-3卫星的特点,对控制分系统的体系结构、技术方案、可靠性设计、寿命试验等方面进行了概述,重点论述了卫星控制分系统基于二级总线的轻小型化体系结构、高精度姿态全零多普勒导引技术、高精度高稳定度姿态控制技术、长寿命高可靠设计方案。根据卫星在轨运行数据,给出了控制分系统单机和系统性能指标在轨验证情况。     

一种高精度中继卫星捕获跟踪外场无线试验方法

为了验证中继卫星捕获跟踪系统设计,充分考虑地面环境和在轨应用的差异,提出基于近似远场条件下的中继卫星捕获跟踪技术验证方案。利用中继卫星设备、用户航天器模拟设备、高精度二维轨道模拟设备、光学指向设备、天线重力卸载设备以及地面测试设备等组成的验证系统进行捕获跟踪试验,给出了静目标和动目标捕获跟踪试验结果,并与仿真跟踪过程进行了比对。试验结果和仿真结果一致,验证了文章提出的中继卫星捕获跟踪技术验证方法的有效性,进而验证了捕获跟踪技术方案、单脉冲角跟踪体制、跟踪策略等,为中继卫星在轨可靠工作提供技术支撑。     

中国海洋一号卫星在轨管理及问题分析

对中国海洋一号卫星一年来的测控管理进行了总结,初步分析了中国海洋一号卫星在轨管理期间的轨道姿态、电源温控、星上时钟以及载荷使用情况,研究了相关参数的变化规律,并就红外状态变化对姿态精度的影响以及姿态翻转对轨道的影响进行了分析,找出了卫星单、双红外地球敏感器工作条件下姿态精度的差别,提出了进一步改进卫星姿控方式的建议。为提高地面测控管理的效率,减轻地面卫星管理人员的工作压力,对小卫星平台提出了卫星自主故障定位等建议。     

一种基于地标的星敏感器低频误差在轨校正方法

针对星敏感器低频误差影响卫星姿态确定精度的问题,根据有效载荷提供的地标信息,提出了一种星敏感器低频误差的实时在轨标定算法。文章给出了地标信息的测量误差模型并以其作为观测量,采用状态扩维的方式,建立了星敏感器低频误差的在轨校正系统模型。根据在轨校正系统模型的特点,推导了简化的平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法,有利于其在轨实时运行。仿真结果验证了文章提出算法的有效性,研究结果可为高精度的姿态确定系统设计提供参考。     

高轨移动通信卫星系统支持低轨航天器测控应用研究

<正>随着商业航天的不断发展,在轨航天器数量大幅增加,这对航天器测控提出了更高的要求,呈现出管理航天器数量多、实时性要求高、测控资源调度响应快等特点。如果采用地基测控方式,则需要建设遍布全球、数量众多的地面测控站,不仅建设投资高,同时支持目标数量有限,且测控资源调度使用不灵活,并不能解决海量低轨航天器在轨测控资源缺乏的难题。如果采用基于中继卫星系统的天基测控方式,其多址能力有限,以美国“跟踪与数据中继卫星系统”(TDRSS)为例,单星最多形成6个返向波束和2个前向波束,很难满足大量低轨航天器随机接入和并行服务的需求。     

遥感卫星在轨故障统计与分析

对遥感卫星1988年—2014年的在轨故障数据进行分类研究发现:控制、载荷、测控和数传是遥感卫星在轨故障发生比例最高的4个分系统;故障主要发生于在轨第1年;环境、设计和器件类故障为主要的在轨故障类型;大多数故障可以通过在轨自主诊断、地面操作等方式及时予以解决, 对遥感卫星完成任务的固有能力影响较小;各分系统的在轨故障特点各不相同。文章最后针对故障原因, 提出了增加遥感卫星的地面试验与测试、加强抗辐射加固设计和开展基于在轨故障规律的分系统技术状态控制等对策, 以降低卫星的在轨故障率, 保证卫星在轨可靠、安全运行。     

一种基于北斗RDSS短报文的天基测控方法

主要针对未来商业卫星大规模发展需求,基于天地一体化测控网络体系,探索研究了北斗短报文测控的可行性。以北斗导航星座作为天基测控平台,以低轨卫星作为测控服务对象,研究了基于北斗短报文的新型天基测控方法,进行了该天基测控系统总体方案设计和测控数据流程设计。提出在低轨航天器上搭载北斗短报文终端作为测控载荷,利用北斗卫星无线电测定业务(RDSS)短报文基本通信通道,充分考虑RDSS数据协议约束,采用兼容当前测控协议帧结构的方式,对帧结构进行适应性移植,证明RDSS短报文测控体制可以满足一般民商用小卫星、立方星等航天器测控通信需求。最后根据系统设计及体制论证结论,对基于北斗RDSS短报文的测控服务能力进行了综合分析,证明该测控应用模式可满足卫星日均在轨测控通信数据量需求。     

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。     

基于倾角修正的太阳同步轨道降交点地方时主动控制及应用

研究通过近圆太阳同步轨道卫星倾角修正控制使卫星降交点地方时反向漂移的方法,给出了控制动力学方程,分析了倾角控制的电源、轨控推力器和地面测控系统等约束条件并提出了轨道控制方案。介绍了我国首次太阳同步轨道卫星大倾角修正控制的在轨实践,对轨道倾角控制精度进行了分析和评估。修正过程中利用陀螺常值漂移对姿态机动的影响,使倾角控制对半长轴产生有利的耦合作用,减少了推进剂消耗。在轨实测结果验证了该法对降交点地方时漂移控制的有效性。     

卫星测控系统的信息融合技术研究

研究了在轨卫星的运行状况和测控信息系统的主要内容,结合信息融合技术,全面地提出开发具有分析决策、知识发掘和智能推理等功能的实时测控系统,进一步保障在轨卫星的运行和提高地面测控信息系统的可靠性与鲁棒性.