卫星VLBI观测时延和相位条纹旋转模型研究

空间卫星在绕地球或月球等星体运行时，为了跟踪和控制卫星就要时刻掌握其在空间的位置和运动状态．但由于地球的自转和公转使得卫星和地球之间的相对运动描述关系变得复杂，目标卫星相对地球任意两个观测站的时间差(时延)和多普勒频移(相关条纹旋转)时刻都在改变．VLBI相关处理机是卫星观测和空间探测极为重要的技术手段，其原理以FX和XF两种相关模型处理观测数据．以FX相关模型为基础修正VLBI观测数据的时延补偿和相关条纹旋转的模型，提出对称“1／n Multiplier”时延补偿模型和条纹旋转模型，并且对实际观测数据进行操作和详细分析，对相关相位谱的剩余时延变化趋势和方差分布进行分析，从中找出优选时延补偿和条纹旋转模型．对于精确描述卫星轨道运动状态提供更准确的方法．     

大时延力反馈遥操作系统的PID控制

如何保证稳定性和透明性是时延力反馈遥操作系统面临的主要问题.本文把最简单的PID控制应用于这类系统,由绝对稳定的莱威林准则和电路阻尼理论推导出保系统稳定性和透明性的参数约束条件.最后进行实验验证,在时延6秒的情况下完成了硬结触曲面跟踪任务.理论分析和实验都表明这种方法能保证系统的稳定性和透明性.     

空间遥控作业系统的自适应无源控制

遥控作业系统是实现空间危险环境中作业的有力手段。由于空间工作站和地面控制站之间的通讯时延，造成了遥控作业系统的不稳定和操作性能的降低。本文利用二端口网络理论，提出了可定量评价系统操作性能的指标函数，并导出操作性能最优（临场感状态）的无源控制算法，同时针对环境的不确定性，给出参数自调节的自适应无源控制器的结构。实验验证了本文提出的无源控制算法的有效性     

空间遥控作业机器人系统的内模控制研究

针对空间遥控作业机器人系统通讯时延严重破坏系统性能的问题，为力反馈遥作业系统建立了内模结构，对系统的透明性和稳定性进行分析并给出了控制器设计结果。给出的控制方法不仅能兼顾系统在时延下的稳定性和透明性，而且可以实现主从机械手速度与力的动静态跟踪，使系统具有良好的力觉临场感。借助于内模结构，以透明性为目标的控制器设计独立于稳定性来进行，降低了设计的复杂度，增强了控制的灵活性。理论分析和仿真实验证明该方法有效。     

存在外部干扰的网络控制系统故障检测和优化

针对存在时延和丢包的网络控制系统,研究了系统的故障检测滤波器设计和优化设计问题.通过泰勒展开将未知时延处理成外界干扰,采用伯努利随机过程来描述丢包现象.设计观测器产生残差信号,将故障检测问题转化为H∞滤波问题.通过Lyapunov函数方法分析了系统的稳定性.以线性矩阵不等式的形式给出了滤波器存在的充分条件和求解方法.为进一步提高系统对故障信号的灵敏度,采用了一种优化设计方法对故障检测系统进行了优化.最后通过仿真验证了算法的有效性.     

离散拓扑业务模型中多媒体LEO网络性能分析

针对快速发展的多媒体卫星网络,提出一种新的低地球轨道卫星网络性能的定量研究模型。该模型考虑了星座动态拓扑变化和全球业务需求变化的复杂特点,建立了离散时间下的业务和拓扑映射关系;依据马尔科夫过程理论和卫星链路带宽约束条件,对实时和非实时两种类型业务采用概率分析方法,推导出定量计算阻塞概率、排队时延等网络性能参数的公式。大量仿真结果表明理论分析方法的正确性和有效性。该研究方法可用于多媒体低地球轨道卫星网络QoS路由管理和资源分配设计的参考。     

基于时延的高精度泄漏点超声定向检测方法

针对当前气体泄漏点检测定向精度低的情况,提出一种基于时延的高精度超声检测方法.该方法利用3个呈等边三角形分布的超声传感器接收由泄漏点产生的超声波,根据3路信号的相对时延值确定泄漏点的方向.为克服采样间隔对时延估计精度的限制,采用基于三次样条插值的时延估计算法估计信号时延值,并对不同核窗长度下的各100组实验数据的时延值进行误差统计,得到其均方差并与其Cramér-Rao下界比较,发现二者的变化趋势具有良好的一致性.在此基础上研究了时延值均方差,超声传感器间距和泄漏点距离对定向精度的影响.结果表明:定向误差随时延值均方差增大而增大,随超声传感器间距增大而减小,随泄漏点距离增大而增大;定向精度比单超声传感器检测方法提高7～10倍.     

基于轮询的高级在轨系统多路复用包时延分析

目前的高级在轨系统(AOS,Advanced Orbiting Systems)多路复用研究主要以仿真为主,很少有文献给出专门的理论分析.针对基于轮询的AOS多路复用包时延进行研究,通过采用排队论中非空竭限量服务的休假排队系统建立模型,并采用循环再生法进行分析,得到了多路复用包时延计算公式,并给出包时延的下限值.仿真结果表明,在包到达率取值分别为1,2,3包/s,在各种不同的下行速率(范围240~330 bit/s)之下,包时延的仿真值曲线均高于理论下限值曲线,从而论证了理论推导的正确性.研究结果可以为工程设计提供一定的参考作用.     

一种新型路径共享真时延波束合成架构的设计

为满足宽带天线通信系统多输入多输出的要求,提出了一种新型路径共享真时延波束合成架构。通过真时延单元提供的一定延时差弥补信号到达天线的时间差,合成多路信号来提高输出能力。相比于传统的波束合成架构,该架构通过真时延单元共享,节省芯片面积。该架构具有中心对称性与可扩展性,可支持2M个输入和2K个输出。基于HHNEC 0.18 μm CMOS工艺设计四入四出波束合成器单元,对提出的架构加以验证。仿真结果表明,工作频带为0.5~1.5 GHz,延时分辨率为80 ps、最大延时为720 ps。在天线间距为10.5 cm的情况下,能够提供±43°和±13°四个扫描角度。输入输出回波损耗≤-10 dB,带内整体增益为约26 dB,增益平坦度≤3 dB。版图面积（包括I/O焊盘和ESD）为3.69 mm×3.62 mm。      

干涉测量宽带相关处理算法与验证

阐述了一种用于航天器精确角位置测量的干涉测量宽带相关信号处理算法,通过仿真验证了算法的有效性,并搭建卫星干涉测量实验系统,采集某地球同步卫星信号进行宽带相关信号处理,获得清晰干涉条纹,准确估计出反映测站与卫星位置关系的时延观测量。结果表明宽带相关信号处理的估计时延与卫星信号链路标定时延、测距时延组成系统时延闭合回路,初步验证了干涉测量实验系统的有效性,为后续飞行任务中航天器高精度干涉测量积累了技术和经验。