在轨运行热环境下的天线镜面热变形对空地激光通信链路的影响

针对光学天线镜面热变形对空地激光通信链路性能产生影响的问题进行了理论和仿真分析。采用ANSYS有限元分析软件仿真得到的结果表明：低轨卫星在轨运行热环境条件下，采用潜望式结构且暴露在卫星舱外的光学天线反射镜镜面热变形将导致天线镜面法向偏转，其偏转量在不能释放热应力条件下可达几十μrad量级，经其传输的光束将产生较大的指向偏差；对所提出的释放热应力效果较好的天线镜体安装方式进行的相应分析表明：镜面变形受到镜体固定方式的影响非常大，在一定的参数条件下，和压板法固定方式相比较，压圈固定方式受到热变形影响形成的法向角度偏转较小。     

基于多天线中继的卫星-地面混合无线通信系统上行链路性能分析

研究了Rayleigh Rician非对称衰落信道下,以基站作为固定增益放大转发(AF)中继的卫星-地面混合无线通信系统上行链路性能。首先利用信道状态信息(CSI)得到中继配置多天线时系统的最大输出等效信噪比(SNR)。基于特殊函数推导出系统中断概率(OP)和概率密度函数(PDF)的解析表达式,并进一步得到各种调制方式下系统平均误符号率(ASER)的理论计算公式。最后通过无穷级数展开推导出高信噪比时平均误符号率的渐近闭合表达式,分析系统能获得的分集增益和阵列增益。计算机仿真表明所提出的性能分析方法的正确性,分析了天线数量和信道参数对卫星-地面混合无线通信系统性能的影响,为实际系统设计提供了参考和依据。     

航天器间无线通信链路中断的预测研究

研究了持续相对运动中,主、从航天器之间的无线通信链路中断问题,提出了其通信中断情况的仿真分析方法。基于Friis传输方程,根据主、从航天器天线的发射功率、带外抑制和接收机灵敏度等,解算接收信号强度余量。以此模型为基础进行仿真,得到了航天器间无线通信链路中断情况的分析结果,并与实际在轨情况进行比较。结果表明,文章提出的仿真分析方法能够对持续相对运动航天器间的无线通信链路中断情况进行预测,可为实际任务的顺利完成提供技术支持。     

基于2×2 MIMO的星地双圆极化通信系统验证

卫星通信因通信距离远、覆盖面积大、机动灵活等优势,广泛应用在抗震救灾、广播电视与移动通信中。然而,卫星通信因长距离通信和环境对信号的阻塞等问题,导致通信质量下降。为提高卫星通信质量,可以增加地面站发射功率或者采用分集技术。由于电磁波具备极化特性,左旋圆极化电磁波与右旋圆极化电磁波相互正交,利用其正交特性可实现长距离通信中传输路径相互独立,可以应用于星地MIMO通信中。主要研究双圆极化分集2×2 MIMO相关内容,对开阔环境和城市环境的信道参数进行研究,建立了窄带卫星双圆极化卫星2×2 MIMO信道模型,设计了一套具备在地面模拟双圆极化卫星和个人移动终端收发系统,并在该系统上验证双圆极化分集2×2 MIMO,相比于SISO获得的信噪比改善。     

近地轨道航天器编队仅测距相对导航方法

针对地球中高轨道卫星导航信号不可用或不可信赖情况下的航天器编队自主相对导航问题,提出一种基于星载数据链仅测距的航天器相对导航新方法。首先,在地球非球形J2引力摄动条件下建立适用于椭圆轨道的线性化相对运动动力学模型,并建立基于星载数据链的飞行时间测距模型。然后,通过理论推导与数值仿真结合的方式对建立的仅测距相对导航系统进行可观测性分析,得出至少存在三种镜像模糊轨道的结论。接着,建立可用于提升系统可观测性的几何拓扑一致性约束模型,设计基于一致性无味卡尔曼滤波的分布式估计策略,并研究对应的相对导航误差传播规律。最后,通过标准蒙特卡洛打靶对所提算法进行仿真校验。仿真结果表明,相比于Tschauner Hempel(TH)动力学模型,利用建立的J2摄动相对运动动力学模型设计的仅测距相对导航系统能达到更高的相对导航精度,一致性无味卡尔曼滤波算法也能够有效提高编队导航的可观测性。     

宽带低轨卫星网高效组播中的部分网络编码算法

通过引入逻辑位置的概念,将宽带低轨卫星通信网的动态网络拓扑等效为多个静态拓扑的循环更替。针对静态网络的高效组播,提出部分网络编码算法。该算法只在有编码增益的节点处进行网络编码,其它节点直接路由转发。从等效的多个静态网络拓扑中提取连接关系不变的恒定网络拓扑,提出在恒定网络拓扑中采用部分网络编码实施组播。该方法能克服拓扑变化引起的路由和编码方案频繁变换问题,对应的吞吐量约为组播树路由的2倍,且优于多径路由,组播目的节点数越多,优势越明显。算法对于链路的失效具有较好的健壮性。研究成果对提高宽带低轨卫星通信网的组播吞吐量和健壮性具有一定的理论意义和实用价值。     

基于 AODV路由协议的 Ad Hoc战术通信网络攻击研究

AODV协议是目前战术通信网络使用的比较多的一种Ad Hoc网络路由协议。针对AODV协议下的Ad Hoc战术通信网络提出了两种路由攻击办法,并用OPNET 进行了仿真和性能分析。在这两种攻击模式下,观察Ad Hoc战术通信网络的丢包率、时延、吞吐量等网络性能指标。     

航天器姿态机动规划技术研究进展

以航天器多约束姿态控制为背景,围绕姿态机动路径的复杂约束处理问题,对姿态机动规划技术的规划模型、方法研究现状与未来发展趋势进行了论述、分析与归纳。首先介绍了航天器姿态机动规划模型,随后梳理并总结了航天器姿态机动规划技术发展历程及现状,从方法逻辑、设计思想等方面对姿态机动规划方法进行分类和关键技术分析,进一步根据技术发展脉络和未来航天任务需求,提出了航天器姿态机动规划技术的若干发展趋势。     

Debris area distribution of spacecraft under hypervelocity impact

Cross-sectional area is an important parameter for spacecraft breakup debris as it is the directly measured data in space observation. It is significant for observing and analysing the spacecraft breakup event to accurately modelling the area distribution of the breakup debris. In this paper, experimental study has been performed on debris area distribution characteristics of spacecraft under hypervelocity impact. The tests are carried out at the ballistic ranges of CARDC. Aluminium projectiles are launched to normally impact the simulated spacecrafts at about 3.0 km/s. The simulated spacecrafts are made up of aluminium plates, filled with some simulated electronics boxes, each of which was installed with a circuit board. “Soft-catch” devices are used to recover the breakup fragments. The test results show that: 1) the relationship between the cross-sectional area and the characteristic length of debris, which can be obtained in the logarithmic coordinates by linear fitting, represents the debris shape characteristic in a certain extent; 2) the area-to-mass ratios of fragments show normal distributions in the logarithmic coordinates; 3) debris made of different materials can be distinguished by different peaks on the distribution curves; 4) the area-to-mass ratio distributions can be expressed by a linear superimposition of several normal functions which represent the main materials of the spacecraft.     

Autonomous attitude coordinated control for spacecraft formation with input constraint,model uncertainties,and external disturbances

To synchronize the attitude of a spacecraft formation flying system, three novel autonomous control schemes are proposed to deal with the issue in this paper. The first one is an ideal autonomous attitude coordinated controller, which is applied to address the case with certain models and no disturbance. The second one is a robust adaptive attitude coordinated controller, which aims to tackle the case with external disturbances and model uncertainties. The last one is a filtered robust adaptive attitude coordinated controller, which is used to overcome the case with input con- straint, model uncertainties, and external disturbances. The above three controllers do not need any external tracking signal and only require angular velocity and relative orientation between a spacecraft and its neighbors. Besides, the relative information is represented in the body frame of each spacecraft. The controllers are proved to be able to result in asymptotical stability almost everywhere. Numerical simulation results show that the proposed three approaches are effective for attitude coordination in a spacecraft formation flying system.