在轨地球同步卫星自主工程测控研究

地球同步卫星在轨工程测控任务通常由地面测控系统完成. 随着技术水平的发展, 如果在轨地球同步卫星能够实现自主工程测控, 将大大减轻地面测控系统负担, 提高卫星独自生存能力, 降低系统运行成本, 并将成为卫星测控技术新的发展方向. 本文提出卫星自主在轨测控方案, 研究了当前地球同步卫星在轨工程测控的主要项目及实现算法. 对其进行的可行性分析表明, 尽管受到轨道测量能力的制约, 在轨地球同步卫星仍可实现完全或地面有限参与情况下的自主工程测控. 在此基础上, 设计了一种地球同步在轨卫星完全自主工程测控的原理方案, 通过分析其技术难点及存在的风险, 提出应对措施. 研究结果表明, 基于目前卫星制造水平和成熟的在轨测控技术, 实现在轨地球同步卫星自主工程测控技术可行, 其是解决卫星数量急剧增加与地面测控能力有限这一突出矛盾的有效途径.      

中继卫星系统支持中/低轨航天器飞行测控任务技术研究

随着中继测控终端小型化和高增益、宽波束天线技术的发展, 特别是中国后续 中继卫星将具备S频段多址服务能力, 使得依靠中继卫星系统实现航天器飞行 测控和所有在轨卫星的日常管理成为可能. 通过分析中继测控支持中/低轨 道卫星在轨测控的能力、优势和基于中继测控实现卫星发射弹道优化策略, 提出了定向天线中继终端应急测控方法. 研究结果表明, 中继卫星系统能够为航天器飞行任务从发射、入轨到在轨管理提供测控服务, 特别是基于多址 服务能力的中继卫星系统从数量上完全满足中国在轨卫星的测控需求, 测控效率和应急能力将得到明显提升.      

用于卫星入轨段测控的箭载天基测控中继系统

为满足卫星入轨段关键遥测参数下传和遥控指令上传的需求,设计了一种用于卫星入轨段测控的中继系统,方案主要基于火箭现成天基测控终端和卫星现成测控设备。介绍了中继系统的组成、工作原理和工作流程,研究了天基测控相控阵天线波束指向算法,设计了一种卫星遥测、遥控信号中继功能的地面测试系统。该箭载中继系统在快舟一号甲火箭上完成了两次飞行试验验证,两次飞行试验中继转发的卫星遥测数据完整,箭载卫星通信终端接收用户卫星遥测数据的载噪比大于20dB;地面测控中心接收天基遥测返向信号比特信噪比相对接收门限有3dB以上的余量。试验表明,该箭载天基测控中继系统通信链路余量充足,工作可靠,相比通过地面测控资源保障或卫星自身使用天基测控可节省一半以上成本。     

软件定义测控系统体系架构与关键技术

为了满足快速变化的民商航天测控需求和小卫星及大型星座的快速发展导致的测控任务爆炸式增长需求，将软件定义技术这一被认为改变游戏规则的革命性技术，从互联网行业引入航天测控系统，提出了软件定义航天测控系统体系架构，实现测控系统新一轮技术革新。文章首先分析了传统航天测控系统体系架构及存在问题，其次讨论了软件定义航天测控系统具有层次化设计标准，应用接口开放，系统集中控制，基础资源可灵活重组等技术特征。随后分析了该体系架构的优势及标准接口与规范、软件定义射频前端、软件定义信道和软件定义基带4项关键技术，并对软件定义测控系统发展作出了展望。研究结果表明相比传统测控系统软件定义航天测控系统架构更能满足日益发展的航天事业对测控资源的需求。     

低轨航天器天基测控方法研究

我国的航天器测控主要依赖地基测控系统实施,随着民用和军用需求的不断增加,太空运行的低轨航天器数量越来越多.仅依赖地基测控系统满足这些航天器的测控需求越来越困难,费用也越来越高.探索新的、有效且经济的测控模式势在必行.天基测控技术是航天器测控发展的方向,研究和应用天基测控技术具有重要的实用价值,可以解决困扰我国航天领域多年的测控资源紧张问题.在分析美国NASA数据与中继卫星系统相关技术的基础上,提出了我国低轨航天器天地基测控模式,讨论了该模式的运行原理,设计了该模式的仿真系统,分析了应用该模式需解决的关键技术问题,通过基于设计的仿真系统对提出的测控模式进行了验证.验证结果表明了提出的天地基测控模式可行,可以满足低轨航天器的测控需求.      

国内动态

<正>长二丙/远征一号S火箭成功发射卫星互联网技术试验卫星7月9日19时0分,长征二号丙/远征一号S运载火箭在酒泉卫星发射中心成功将卫星互联网技术试验卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。与以往相比,此次任务远征一号S上面级采用新型曲面栅格过渡段,该部段减重35%,提升了火箭运载能力。测量系统首次采用天地基一体化测控模式,可自由切换天基与地基测控时间,具备全程无盲区测控能力,任务适应性得到极大提升。     

商业卫星测控发展现状及趋势

正商业航天是采用市场化手段,运用市场机制或按市场规律开展的航天活动,具有产业链条长、服务领域广、带动作用强等特点[1-2]。当前,全球商业卫星及应用产业正处于能力和市场快速发展的鼎盛时期,各种火箭和星座计划百花齐放[3-4]。测控的主要功能包括跟踪测量卫星,确定其运行轨道;接收、处理卫星的遥测数据,     

基于方向调制的多目标卫星物理层安全测控技术

在巨型星座中，航天测控系统需对多目标卫星同时进行测控任务。由于无线信号的广播特性，全空域多波束测控系统在可视弧段内存在多个目标卫星和多个非目标卫星，有用信息在传输过程中易被非目标卫星拦截和窃听，测控链路的物理层安全问题亟待解决。考虑在地面站多波束发射机中引入方向调制技术，通过在发射信号中叠加人工噪声，并针对非目标卫星方向未知和已知两种场景分别设计基于正交投影和基于最大化信泄噪比(maximum signal-to-leakage-and-noise ratio, Max-SLNR)的波束成形算法，来有效提升测控系统的物理层安全性能。仿真结果表明，两种算法均能使非目标卫星方向上的接收信号星座图产生畸变，同时在目标卫星方向上保持标准的星座图分布。相较而言，正交投影算法更适用于非目标方向未知场景，达到无差别屏蔽非目标卫星方向截获的效果；而Max-SLNR算法综合考虑了对非目标卫星接收机性能的抑制，能够达到定向屏蔽非目标卫星的效果。     

跟踪与数据中继卫星(TDRS)跟踪用户星的条件分析

中继卫星是航天测控网发展的必然趋势.一颗中继卫星对不同轨道的用户星测控支持能力是不同的,受多种因素的影响.从理论上详尽地分析了地球同步轨道中继卫星(TDRS)对近地航天器的跟踪条件,计算了中继卫星对各种轨道高度近地航天器的测控覆盖率,给出了中继星到用户星可视算法、地球遮挡和受太阳直射的计算公式,通过专业STK软件仿真验证了所得结论的正确性,它们可以作为确定天基网的中继星数量和对在轨中继卫星进行资源分配的理论依据.      

一种基于火箭视位置与视速度的航天器初轨确定方法

为了充分利用航天器初始轨道确定的信息源,不断完善地面测控系统定轨手段和方法,提出了一种基于火箭视位置与视速度的航天器初始轨道确定方法.首先对火箭视位置与视速度测量弹道的原理进行了分析;然后利用火箭秒节点计算机字(视速度)以及某一点的初始弹道(初始位置矢量、速度矢量),通过对火箭的运动方程进行逐秒积分,以获得每秒的位置矢量和速度矢量,再转换为弹道数据,并利用此数据直接确定航天器初始轨道.最后通过某太阳同步轨道卫星实测数据仿真计算,证明了方法的正确性和可靠性.      

Development of balloon technology in China

The first stage in the development of the Chinese scientific balloon facility, commenced in 1979, has been completed successfully. The targets of the second stage, started in 1985 are: increasing balloon volume up to 4×10⁵M³ and payload carrying capacity 1000–1500 kg.; long duration flights from Beijing to the Gobi region in North west China; developing a new telemetry and telecommand system.In this paper we present the recent progress in China on balloon materials, balloon design and manufacture procedures, launch and recovery techniques, telemetry and telecommand facilities etc.     

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。     

Telemetry,telecommand and safety sub-systems for scientific ballooning from Hyderabad

Highly sophisticated balloon-borne scientific payloads have stringent requirement on the telemetry and command system. The development and fabrication of the on-board TT&C package for telemetry, tracking, command, safety and ranging for these experiments is done in-house at the National Balloon Facility (NBF) at Hyderabad. In the last few years, we have made major improvements both in the ground station and the on-board sub-systems, thereby improving the data quality, data handling speed and the general flight control along with aviation safety. The new system has telemetry data rate up to 1 Mbps. A reduction in weight, power and cost of the reengineered on-board integrated package has also lead to the ease of operation during field tests prior to launch and at remote recovery sites. In this paper, we describe the details of the new control package, its flight performance and our plans for portable S-band telemetry and telecommand system to cater to the balloon flights from Antarctic station and long duration balloon flights.     

月球背面探测任务多目标协同控制模式设计

月球背面探测需要中继卫星提供中继通信支持,实现地面测控网对月面探测器的控制。为解决月球背面探测任务过程中和环月探测卫星等多个航天器目标的相互控制及其与地面测控网之间的复杂协同控制问题,提出了协同控制关联目标描述方法,明确了控制目标和上行路由的概念和确定原则、上行路由测控网资源分配原则,设计了基于时间窗口的中继测控资源分配方法、多目标协同控制的标称计划模式、遥操作规划模式和上行控制模式。经过"嫦娥4号"天地大回路无线联试和"鹊桥"中继卫星在轨飞行证明,设计是合理可行的。     

星上数据管理中的实时多任务操作系统设计

参照欧空局的软件工程规范,研制了为星上数据管理任务服务的实时多任务操作系统ＲＴ８６,它的硬件环境是两个互为冷配份的主控单元,通过１５５３Ｂ串行数据总线与多个远置单元联接,完成星上遥测、遥控及星上多项数据库管理任务。文章介绍了其设计要点,做到了系统设计思路简单清晰,程序易于修改维护,可靠性高,它为星上应用软件开发提供了通用设计平台。     

Present status and new trends in scientific ballooning in India

The efforts in scientific ballooning in India have always been focussed towards continuous upgrading of capabilities in all aspects of balloon flights - balloon material, balloon fabrication, launch techniques, heavy payload launch, telemetry, telecommand and other ground facilities - to meet the growing demands of the scientific community. A brief account of recent progress in several of these aspects and future plans for further improvements in scientific ballooning capability is presented.     

一种无人驾驶直升机天线跟踪系统的研制

保证天线跟踪系统的正确跟踪指向是无人驾驶直升机遥测遥控系统可靠工作的关键技术问题.详细论述了一种无人直升机天线跟踪系统的设计及其实现,并讨论了其跟踪精度、可靠性、跟踪模式,以及针对直升机的特殊问题采取的方案.相对于圆锥扫描跟踪体制的系统,本系统设备简洁、高效、可靠、成本低,同时又能够满足系统的性能要求,适应车载移动地面站安装使用.该系统参加了多次飞行试验,系统工作稳定,并完成设计定型.      

Scientific ballooning in India – Recent developments

Established in 1971, the National Balloon Facility operated by TIFR in Hyderabad, India, is a unique facility in the country, which provides a complete solution in scientific ballooning. It is also one of its kind in the world since it combines both, the in-house balloon production and a complete flight support for scientific ballooning. With a large team working through out the year to design, fabricate and launch scientific balloons, the Hyderabad Facility is a unique centre of expertise where the balloon design, research and development, the production and launch facilities are located under one roof. Our balloons are manufactured from 100% indigenous components. The mission specific balloon design, high reliability control and support instrumentation, in-house competence in tracking, telemetry, telecommand, data processing, system design and mechanics is its hallmark. In the past few years, we have executed a major programme of upgradation of different components of balloon production, telemetry and telecommand hardware and various support facilities. This paper focuses on our increased capability of balloon production of large sizes up to 780,000 m³ using Antrix film, development of high strength balloon load tapes with the breaking strength of 182 kg, and the recent introduction of S-band telemetry and a commandable timer cut-off unit in the flight hardware. A summary of the various flights conducted in recent years will be presented along with the plans for new facilities.     

地球同步轨道光学遥感卫星高精度高稳定度控制技术

介绍了我国新一代地球同步轨道光学遥感卫星控制系统的组成及技术特点,给出了关键部件的技术指标.描述了高轨遥感卫星在高精高稳快速机动、适应斜切遮光罩的全自主阳光规避、地速补偿以及高定位精度设计和实现的控制策略,给出的在轨实际数据遥测曲线验证了设计和实现的正确性,为我国后续更高分辨率地球同步轨道光学遥感卫星的发展奠定了坚实基础.     

距离相关系数融合GPR模型的卫星异常检测方法

卫星在轨运行期间，遥测数据表现形式通常为多维时间序列。高斯过程回归(GPR)模型可以为重要的遥测参数提供动态门限，及时发现隐藏在工程阈值内的故障征兆，但是高维卫星数据使得GPR模型具有局限性。因此，为获取与多个遥测参数相关的动态门限，在GPR模型的基础上，融合距离相关系数对预测变量进行选择，减少信息冗余和计算量，提高模型的可解释性，并估计模型的泛化误差以设置更合理的预测区间，提高模型的泛化能力，检测数据流的持续异常。对实际在轨卫星数据进行仿真实验，验证了距离相关系数融合GPR模型的卫星异常检测方法可以在卫星故障早期检测到数据异常，而且提高了模型的预测性能，降低了虚警率。