GNSS接收机在探月三期中的应用研究

探月工程对飞行器导航系统的性能提出了更高要求,因而有必要研究GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)接收机在探月任务中的应用。以探月工程三期为应用需求,开展地-月-地转移过程中的GNSS接收机可用性分析、GNSS信号特性分析;并针对低信噪比环境下的高灵敏度接收机系统应用进行设计,采用弱信号捕获算法和弱信号跟踪算法实现-175dBW的灵敏度;最终采用基于轨道动力学模型的卡尔曼滤波方法实现了GNSS自主定轨算法。仿真表明:GNSS接收机在60 000km以下的地-月转移和月-地转移弧段能够为探月飞行器提供100m以内位置精度的导航服务。     

大数据高性能排序算法的设计与实现

针对大数据排序算法的需求,提出了基于任务驱动的并行排序算法。该算法采用任务驱动、AIO(Asynchronous Input/Output,异步输入/输出)和双缓冲区机制等技术充分利用系统资源;通过构造等价排序键,优化快速排序算法;并在算法实现上,采用多线程处理任务,通过控制线程个数控制并行度。综合利用这些技术,该算法使得大数据的排序性能接近理论极限值,在CPU(Central Processing Unit,中央处理器)资源充裕的情况下,利用异步压缩技术,还可以突破这一极限,最终实现的系统2 000s就可以对超过500Gbyte的磁盘数据做一次完整的排序。在数据库设计中充分利用此思想,将会实现连接和线程的分离,数据库将可以支持更大的连接数,从而提高数据库支持的并发度。     

基于北斗接收机的车载卫星导航系统的设计

基于北斗卫星导航系统、北斗地基增强系统、移动通信网络,设计开发了 一款小体积、高精度车载导航系统。主要在接收基站差分信息以及实现高精度定位方面 进行探索。通过单点定位和差分定位的野外跑车对比试验得出,该系统性能稳定、可靠 性高,其差分定位精度能够满足车辆导航的要求。     

时滞系统内模控制器参数整定方法研究

针对内模原理对时滞系统控制的局限性,利用一阶泰勒级数逼近模型的时 滞部分, 推导了工业上常见的一阶时滞和二阶时滞模型的内模控制参数表达式, 结合 ITAE 指标和系统鲁棒性设计了新的目标函数, 通过对目标函数的寻优实现了内模控制 器参数的整定。仿真结果表明,该方法具有较好的动态跟踪性能、较强的抗干扰性和鲁 棒性,具有一定的工程应用价值。     

直扩测控系统抗多址能力分析与验证

为了防止多址干扰造成接收机出现误捕和假锁,改善直接序列扩频测控系统抗多址干扰性能,在Gold码特性和扩频接收机性能分析的基础上,结合最大似然原理,对采用扩频体制测控系统的抗干扰能力进行了分析。为契合工程应用,采用仿真遍历结合理论分析的方式,对Gold码的互相关抑制能力理论值进行了工程修正。在分析捕获阶段的抗干扰捕获门限后,还分析了载噪比估计结果在正常锁定和假锁两种状态下的差异,给出了接收机对假锁状态的判决方法和门限。根据分析和仿真的结果,给出了系统设计约束条件和优化的接收机设计流程,作为测控系统和接收机设计的参考。     

全球卫星导航星座网络协议体系与运行模式

针对全球卫星导航星座网络建设初期或论证阶段所涉及的网络体系结构、协议体系及相关组网等技术问题,开展了基于导航星座星间链路构建空间信息网络的技术研究,分别提出了由子网、接入网、骨干网等节点及其相互之间星间、星地无线链路构成的分层网络系统结构,设计了兼容遥控、遥测、测量与网络交互支持等业务的基于IP over CCSDS(基于空间数据系统咨询委员会标准的空间链路承载互联网协议业务)的协议体系,给出了全系统基本通信业务运行模式等。与传统高轨卫星通信系统相比,该星座网络具有高覆盖、低时延、随遇接入等优点,可实现星座导航性能与中低轨及地面用户通信性能的全方位提升,相关结果对我国全球卫星导航星座网络技术研究具有一定的参考意义。     

开源数据库在卫星控制中心的应用研究

实现信息系统的自主、安全、可控已成为测控中心系统的研究方向和建设目标。研究应用自主可控数据库是实现测控中心系统全面自主可控的重要环节。目前,卫星控制中心的数据存储系统大多以Oracle数据库为主,软件和技术服务费用昂贵,更新维护成本高,且可能带有信息安全和任务安全方面的风险。针对上述这些问题,研究分析了开源数据库MySQL在卫星控制中心系统中应用的可行性,对MySQL数据库做了全面测试,包括功能、性能、系统级的高可用测试,以及MySQL与Oracle数据库的性能对比测试。研究和测试结果表明,MySQL开源数据库可以用于卫星控制中心系统以及类似的测控中心应用系统,对今后测控中心系统应用自主可控数据库具有参考价值和借鉴意义。     

粗糙表面偏振二向反射分布函数的影响参数及其反演

针对目标偏振二向反射特性研究中模型参数难以准确确定的问题,分析了粗糙表面偏振二向反射分布函数的影响参数,并通过理论推导和仿真计算,研究了各参数对粗糙表面散射特性的作用机理。总结分析了现有参数反演方法,针对现有方法存在的理论缺陷,在P-G(Preist-Germer)模型的基础上,提出了利用"相对偏振分量-角度"的相关关系进行参数反演的方法,设计了参数反演算法,进行了标准反射板和绿漆表面的偏振二向反射特性测试实验,并根据实验数据进行了参数反演和模型验证。实验结果表明,改进的参数反演方法可准确反演所有模型参数。利用反演参数进行模型验证,结果显示模型预测数据与实验数据具有较好的吻合度,验证了模型的准确性。     

锚固站数量及布局对导航星座自主定轨影响分析

针对导航星座自主定轨中的星座整体旋转问题,采用增设少量地面锚固站的方法可有效解决该问题。通过推导星地距离对卫星轨道升交点赤经的偏导数,证明了星地距离对卫星轨道升交点赤经可观。仅考虑在我国大陆范围内布设锚固站的条件下,仿真分析了锚固站数量以及布局对导航星座自主定轨精度的影响。仿真实验结果表明:采用3个以上的锚固站,即可有效控制星座整体旋转,在14d的仿真时段内卫星自主定轨精度保持4m以内;锚固站数量越多,自主定轨精度越高,但随着锚固站数量的增加,自主定轨精度改善程度越来越小;在保持4个锚固站的情形下,采用不同的锚固站布局方案,自主定轨精度并无明显差别。     

用户星中继终端在轨应用策略

在介绍在轨用户星中继终端的分类、功能和使用现状的基础上,重点对用户星中继终端多约束条件进行了梳理分析。为缓解常态化应急测控带来的资源紧张矛盾,提出了用户星中继终端在轨应用策略,即Ka/S模式下影随测控,小S模式下定时捕获。针对Ka+小S模式下实现影随测控的可行性问题,利用STK(Satellite Tool Kit,卫星开发工具包)软件进行了仿真计算分析,结果表明:为实现影随测控,满足测控快速响应需要,要求星载S频段中继测控天线对中继卫星的覆盖范围,应大于星载中继数传天线对中继卫星的覆盖范围。