导航卫星单粒子软错误影响建模与仿真方法

单粒子(SEU)软错误是导致卫星中断、影响卫星可用性的重要因素。针对SEU软错误在导航卫星内部的失效传播过程描述与影响评估问题,提出一种基于有限状态机(FSM)理论/Stateflow的软错误影响传播过程建模方法,阐述了构建软错误传播过程有限状态机模型的基本元素与原则,并针对导航卫星特点提出软错误影响传播与防护恢复策略的建模思路。利用Stateflow仿真得到单星可用度与平均任务中断时间,分析了多种恢复策略时间对整星可用性指标的影响;并通过构建MATLAB与STK联合仿真平台,由单星软错误传播仿真结果得到星座位置精度因子(PDOP)可用性指标,从而评估了SEU软错误在整星与星座2个层级的影响。      

微小卫星用微型控制力矩陀螺研究

摘要： 随着技术的发展,微小卫星已经成为一种功能强大的航天器.为了进一步拓展微小卫星的应用领域,提升其任务效益,高敏捷机动能力成为了微小卫星发展的重要方向.控制力矩陀螺（CMG）因其具有高转矩能量比和低重量力矩比,将成为实现微小卫星敏捷机动的重要执行机构.介绍一种新型的可应用于微小卫星的微型CMG,其角动量为0.1 N·m·s.经过实验室测试和环境试验,结果表明该型CMG可满足微小卫星的姿态控制需求.     

美国将研发微小卫星星簇保护大型在轨航天器

2007年12月6日美国国防高级研究计划局（DARPA）向潜在竞标商介绍了名为“微小、独立、协作航天器”（TICS）概念的卫星星簇初始设计合同。在TICS计划中,DARPA希望最终建造的卫星质量为1～4kg。该计划将验证星簇改变编队执行多种任务的能力,任务范围从太空监视到卫星维修。DARPA官员认为,这种微卫星甚至可以阻拦反卫星武器或其他威胁运行中的军事卫星的物体接近。     

战术卫星-1试验计划

2005年,美国国防部军力转型办公室（OFT）与海军研究实验室（NRL）创新研制的一种兼有战术侦察与信息分发双重功能的微小型战术卫星-1（TACSAT-1）,将采用新型商用猎鹰号（Falcon）火箭从范登堡空军基地发射。该卫星原定于2004年1月发射,后因运载火箭等种种原因几度推迟。这项微小卫星试验计划是美国国防部实施航天装备转型和创新的重要举措,     

基于CCSDS 标准的遥感卫星下行数据纠错校验技术

卫星下传时难免会受到噪声干扰, 影响数据质量. 为了尽可能减少噪声干扰对卫星数据的影响, 几乎所有卫星在其数据下传时都加入了容错编码, 以提高卫星数据的抗干扰能力. 与此相适应, 地面处理系统要相应地进行纠错校验处理. 本文研究了基于CCSDS 标准的PN, CRC, RS 和Viterbi 纠错校验处理技术, 论述了纠错原理, 以Envisat 卫星为例, 给出了各种纠错校验处理技术的软件实现方法.      

基于微小卫星合作博弈的失效航天器姿态接管控制

针对多颗微小卫星接管控制失效航天器姿态运动的问题,提出了一种基于多颗微小卫星合作博弈实现对失效航天器姿态接管控制的方法。首先,面向失效航天器姿态接管控制任务需求,设计了各颗微小卫星的局部目标函数,并在考虑多颗微小卫星与失效航天器所形成组合体的动力学约束、微小卫星控制约束的情况下,建立了多颗微小卫星的合作博弈模型。其次,为实现失效航天器对时变期望姿态轨迹的跟踪,在合理设计期望姿态轨迹的基础上,通过构建组合体增广姿态运动方程,将跟踪期望姿态轨迹的要求描述为微小卫星合作博弈控制问题中的一组约束,并建立了多颗微小卫星控制失效航天器跟踪时变轨迹的合作博弈帕累托最优策略的求解框架。最后,对微小卫星合作博弈控制方法的有效性进行仿真验证,结果表明：该方法能够在不需要进行微小卫星控制分配的情况下,通过多颗微小卫星的合作博弈实现对失效航天器的姿态接管控制。与传统方法相比,这种控制方法可避免进行微小卫星之间的控制分配,能够实现微小卫星能量消耗的全局最优且设计简单便于考虑微小卫星的控制约束。     

“基于分布式可重构航天遥感技术”将促进航天研制理念转型

由中国科学院上海微小卫星工程中心承担的“基于分布式可重构航天遥感技术”（以下简称“分布式可重构技术”）项目获2016年国家重点研发计划支持。该项目紧密围绕国家“十三五”规划纲要和航天事业发展的“十三五”规划的总体部署,针对传统遥感卫星系统研制成本高、周期长、数量少,导致系统时间分辨率低、重访周期长、抗损能力弱的特点,面向应急遥感等迫切任务需求,开展分布式遥感卫星系统设计和应用研究,推动微小卫星技术进步,拓展微小卫星应用领域,实现应急观测等多种遥感应用。     

2013年世界导航卫星回顾

2013年全球导航卫星的发射数量较少,成功发射了1颗“全球定位系统”（GPS）卫星、1颗“全球导航卫星系统”（GLONASS）卫星和1颗“印度区域导航系统卫星”（IRNSS）。但是,几个发展卫星导航系统的国家或地区都在加紧卫星导航星座的研制和部署,不约而同地将全系统升级换代或投入运行的目标定在了2020年左右。     

南非SUNSAT-1立体测绘微小卫星一瞥

□□南非曾于1999年2月23日用美国德尔他－2火箭搭载发射了SUNSAT－1立体测绘卫星，主星是美国空军的ARGOS (2 500kg) 卫星，另一颗搭载卫星是丹麦的微小卫星ORSTED。SUNSAT－1是1颗微小卫星，星上遥感器是1台高分辨率成像仪(HRI)。卫星在轨运行2年，于2001年2月1月终止寿命。     

用于发展中国家的天基通信基础设施

关于发展中国家天基通信基础设施的讨论包括市场分析、通过卫星扩大国家信息基础设施（ＮＩ）的技术可行性分析、特殊技术评估和财政分析。问题在于采用多波束天线、星上处理和切换、前向纠错编码等技术的新技术卫星能否对国家的发展起到巨大的推动作用。降低用户成本是一...     

A follow-up of in-orbit observations of radiation-induced effects in commercial of the shelf memories on-board Alsat-1

This paper presents a follow-up of the results of an 8-year study on radiation effects in commercial off the shelf (COTS) memory devices operating within the on-board data handling system of the Algerian micro-satellite Alsat-1 in a Low-Earth Orbit (LEO). A statistical analysis of single-event upset (SEU) and multiple-bit upset (MBU) activity in commercial memories on-board the Alsat-1 primary On-Board Computer (OBC-386) is given. The OBC-386 is an Intel 80C386EX based system that plays a dual role for Alsat-1, acting as the key component of the payload computer as well as the command and control computer for the micro-satellite. The in-orbit observations show that the typical SEU rate at Alsat-1’s orbit is 4.04 × 10⁻⁷ SEU/bit/day, where 98.6% of these SEUs cause single-bit errors, 1.22% cause double-byte errors, and the remaining SEUs result in multiple-bit and severe errors.     

小卫星设计中软件重注入的关键技术研究

针对小卫星的一体化设计思想，采用CCSDS测控体制，星上采用CAN总线的分布网络，对小卫星软件重注入的课题做了深入的研究。     

基于气浮台的微小卫星姿态控制实时仿真

针对某在研卫星项目任务需求,以单轴气浮台为仿真平台,对单刚体微小卫星的姿态控制问题进行了气浮台实时仿真研究.介绍了微小卫星仿真气浮台系统的硬件组成,论述了仿真系统软件实现的机制,分析了姿态控制系统的基本原理.根据任务要求,对微小卫星三轴正常姿态稳定控制,大角度机动姿态控制模式进行了仿真实验.实验结果表明姿态控制系统的控制精度能够满足任务要求,从而验证了姿态控制系统方案的正确性和可行性.     

微小卫星轨道保持的混合切换控制方法

固体微推力器阵列作为一种新型推力装置用于微小卫星轨道保持具有精度高、无燃料泄漏、冲量可调等优点,但是微推力器推力不连续的特点,使得控制系统设计时与以往的连续系统有所不同。为了充分发挥微推力器高精度的特性,采用基于混合系统的切换控制思想,建立了微推力器混合切换系统控制模型。首先,根据固体微推力器的推力特点推导了卫星离散动力学模型;其次,以李雅普诺夫稳定性定律为基础,设计了混合系统脉冲切换控制律;最后,针对小卫星轨道控制进行了仿真验证。结果表明,基于混合系统建立的控制模型能准确反映微推力器的特点,轨道保持精度能达到0.2m,而且推力器消耗量满足卫星长时间在轨运行要求。     

运用信息融合式高阶UKF的微小卫星姿态确定算法

为提高微小卫星微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度,基于磁强计/太阳敏感器/陀螺仪的姿态敏感器配置以及无迹卡尔曼滤波方法（Unscented Kalman Filter,UKF）,设计了一种基于高阶UKF算法并且融合磁强计与太阳敏感器观测信息的微小卫星姿态确定算法.为提高系统状态方程非线性函数的一步预测精度,采用基于五阶UT变换的高阶UKF算法,增加了Sigma采样点数量,提高了系统状态预测精度.单一观测向量滤波算法不能同时满足多个不同量纲观测数据,本文提出一种同时利用两个观测向量的信息融合式滤波算法,根据磁强计和太阳敏感器的观测信息,通过卡尔曼滤波原理中的增益计算,分别得出地磁矢量和太阳矢量对应的卡尔曼增益信息.采用高斯概率密度准则进行信息融合,进而完成预测值的修正,得到同时满足磁强计以及太阳敏感器观测需求的四元数估计值,降低了观测误差的影响.仿真分析验证了算法的优越性.      

Jitter reduction of a reaction wheel by management of angular momentum using magnetic torquers in nano- and micro-satellites

Nowadays, nano- and micro-satellites, which are smaller than conventional large satellites, provide access to space to many satellite developers, and they are attracting interest as an application of space development because development is possible over shorter time period at a lower cost. In most of these nano- and micro-satellite missions, the satellites generally must meet strict attitude requirements for obtaining scientific data under strict constraints of power consumption, space, and weight. In many satellite missions, the jitter of a reaction wheel degrades the performance of the mission detectors and attitude sensors; therefore, jitter should be controlled or isolated to reduce its effect on sensor devices. In conventional standard-sized satellites, tip-tilt mirrors (TTMs) and isolators are used for controlling or isolating the vibrations from reaction wheels; however, it is difficult to use these devices for nano- and micro-satellite missions under the strict power, space, and mass constraints. In this research, the jitter of reaction wheels is reduced by using accurate sensors, small reaction wheels, and slow rotation frequency reaction wheel instead of TTMs and isolators. The objective of a reaction wheel in many satellite missions is the management of the satellite’s angular momentum, which increases because of attitude disturbances. If the magnitude of the disturbance is reduced in orbit or on the ground, the magnitude of the angular momentum that the reaction wheels gain from attitude disturbances in orbit becomes smaller; therefore, satellites can stabilize their attitude using only smaller reaction wheels or slow rotation speed, which cause relatively smaller vibration. In nano- and micro-satellite missions, the dominant attitude disturbance is a magnetic torque, which can be cancelled by using magnetic actuators. With the magnetic compensation, the satellite reduces the angular momentum that the reaction wheels gain, and therefore, satellites do not require large reaction wheels and higher rotation speed, which cause jitter. As a result, the satellite can reduce the effect of jitter without using conventional isolators and TTMs. Hence, the satellites can achieve precise attitude control under low power, space, and mass constraints using this proposed method. Through the example of an astronomical observation mission using nano- and micro-satellites, it is demonstrated that the jitter reduction using small reaction wheels is feasible in nano- and micro-satellites.     

Mapping seasonal trends of electron temperature in the topside ionosphere based on DEMETER data

The diurnal, seasonal and latitudinal variations of the electron temperature in the Earth‘s topside ionosphere during relatively low solar activity period of 2005 – 2008 are investigated. In order to examine seasonal variations and morphology of the topside ionospheric plasma temperature, CNES micro-satellite DEMETER ISL data are used. Presented study is oriented on the dataset gathered in 2005 and 2008. Within conducted analysis, global maps of electron temperature for months of equinoxes and solstices have been developed. Furthermore, simultaneous studies on two-dimensional time series based on DEMETER measurements and predictions obtained with the IRI-2012 model supply examination of the topside ionosphere during recent deep solar minimum. Comparison with the IRI-2012 model reveals discrepancies between data and prediction, that are especially prominent during the periods of very low solar activity.     

基于FPGA的高效机载视频采集及预处理方法

为提高机载视频编码系统的数据采集及预处理性能,以现场可编程门阵列(FPGA)为硬件平台,研究了多模式机载视频采集、颜色空间转换和视频数据传输的高效处理方法.针对机载应用需要实时采集不同模式视频的特点,设计了一种可靠的视频采集策略,通过引入错误自检机制,可以实时监测视频采集的正确性,避免视频数据的错误积累;针对机载视频颜色空间转换预处理中浮点乘法浪费计算资源和增加系统功耗的问题,设计了一种基于高低位分离的截断式查找表乘法器,减少了存储空间和计算位宽,结合流水线处理技术实现了一种高效视频颜色空间转换方法,在保证计算精度和性能的同时,处理功耗最大降低了27%;针对FPGA处理器与系统核心编码处理器(DSP)之间存在大量视频数据的频繁传输特点,结合SRIO(Serial Rapid I/O)链路的传输方式,设计了一种以FPGA为控制核心的数据交互机制,减轻了DSP的处理负担使其专注于视频编码运算,提高系统性能.      

基于Gauss-Newton和UKF结合的微小卫星姿态确定算法

为提高微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度,文章基于磁强计/太阳敏感器/陀螺的姿态敏感器配置,设计了高斯牛顿（Gauss-Newton,GN）迭代算法和无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）有机结合的微小卫星姿态确定算法,先用Gauss-Newton算法融合磁强计和太阳敏感器的数据,迭代计算最优四元数,然后以最优四元数联合陀螺数据作为观测量,以姿态四元数和惯性系下的角速度为状态量进行UKF,降低观测维数,并将观测方程转化为线性方程,显著减小计算量,同时克服了测量误差对姿态确定精度的影响。     

Propagation errors analysis of TLE data

Orbit position uncertainty is an important factor for collision avoidance issues. For a single object with high frequency historical data, we can attain its position uncertainty easily. But sometimes data is not enough for errors analysis, orbits need to be classified. In this paper error analysis is made from two-line element sets data (TLEs). The Simplified General Perturbations-4 (SGP4) propagator was used. Statistical errors of debris and R/B are given for lower-altitude orbits which are classified by perigee altitude and eccentricity. The errors results and analysis for SSO (the Sun synchronous orbit) typical orbits are obtained. At last atmospheric drag as a main cause of downrange errors in lower-altitude orbit is analyzed. BSTAR in TLEs is modified to improve prediction precision.