电推进GEO卫星的改进粒子群轨道保持优化设计

针对地球同步轨道(GEO)卫星轨道保持问题,提出了一种基于改进粒子群算法(PSO)的序列电推力轨道保持方法。首先,建立了GEO卫星高精度非线性轨道动力学模型和序列电推力模型。然后,设计了GEO卫星相对轨道保持策略,建立了以燃料消耗为性能指标的序列电推力轨道保持问题优化模型并进行了离散化。接着,通过引入差分进化算法和维度学习策略对粒子群优化算法进行了适应性改进,同时对推力大小和作用时间进行寻优计算。最后,通过数值仿真对所提出的改进粒子群优化算法进行了对比校验。结果表明,该方法在完成GEO卫星轨道保持任务的同时具备燃料消耗低和收敛速度快等优点。

基于功能链的北斗三号卫星控制技术

为适应卫星研制技术和规模空前发展,在卫星高可靠的同时做到低成本,将传统的分系统设计方法按特点和学科进行了重新梳理,提出国内首创的功能链设计理念和方法,并成功应用于北斗三号首发试验星、组网星及备份星中,实现了北斗三号卫星的快速批产组网.阐述基于功能链的设计理念,重点介绍基于功能链的北斗三号卫星姿态及轨道等控制技术,在轨运行结果表明,卫星实现了连续可靠的工作,全面适应ka及激光星间链路的高控制精度要求以及导航卫星对高连续性的要求.

基于CATPCA的优化Transformer卫星电源消耗时序预测研究

提出一种由基于最优尺度量化的分类主成分分析数据处理模块和优化Transformer时序预测模块组成的卫星电源消耗预测方法.针对卫星工程数据的高冗余问题,建立了基于赫斯特指数分析(Hurst)、灰色关联分析以及分类主成分分析(CATPCA)的卫星高维数据处理模型,对百维度时序数据进行有效提取,重构输入数据.采用对抗学习网络架构,建立多学习Transformer的卫星电量预测模型,模型综合考虑影响卫星能源消耗的多种因素以及时序数据依赖,可以在较短的时间内完成高精度卫星电源消耗时序预测.实验部分采用卫星真实运行数据,综合考虑影响卫星能源消耗的多种因素,12 h预测拟合优度达到94%,比BP神经网络,长短期记忆网络(LSTM)精度更高.可以有效克服常规工程数据的冗余、缺失以及脏数据问题,解决了常规时序预测需要依赖长期数据的不足缺陷,有效完成卫星能源短时消耗高精度预测.这对卫星在轨任务规划、卫星在轨健康管理等后续任务提供可靠支持.

超低轨卫星的空间环境特性及其力学与热学关键问题研究进展

超低轨道飞行器在遥感、科学研究等领域具有广泛的应用需求,已成为研究热点之一。由于超低轨的特殊空间环境限制,超低轨道飞行器需要面临和解决很多技术难点,主要集中在大气环境预测、气动力、气动热等方面。本文针对典型超低轨飞行器任务,研究了主要的大气模型及反演方法,并对模型数据进行了比对。结合多种气动被动稳定的案例,阐述了气动力计算的方法及气动结构设计的重要影响。介绍了气动设计及在气动干扰下的稳定控制方法,阐述了超低轨卫星的气动热环境、仿真算法以及多种防热复合材料及其应用场景。详细分析了针对超低轨卫星的防热散热可变切换技术,并简要评述了各个方案的优缺点。研究结果有助于推动超低轨道卫星关键技术攻关和试验验证,将超低轨飞行器从试验任务尽快转向空间应用任务。

某型号卫星控制力矩陀螺隔振装置设计和试验技术研究

针对某型号卫星控制力矩陀螺(control moment gyroscope,CMG)在轨工作产生的微振动对星载光学遥感载荷成像产生扰动的问题,文章对CMG扰振特性及卫星基频分析,建立了CMG隔振系统模型,基于CMG扰振特征频率完成了系统错频及隔振装置参数化优化设计,并通过地面单机级及整星级微振动试验对有限元建模结果进行验证。试验结果表明,在主要扰振方向上,主要扰振频点处最佳可实现97%隔振效果,系统的固有频率在仿真与敲击实验对比中误差低于3 Hz,对其他型号卫星的微振动隔振装置优化设计具有参考价值。

基于MBSE的卫星能源系统设计与验证

卫星的能源分系统设计和验证是卫星设计的关键环节。能源分系统具有高安全和高可靠的要求,其设计过程与卫星轨道、光照、工作模式等多重因素耦合,同时需要与机械、热、供电、控制等多学科关联设计。为快速、便捷、全面实现复杂系统的设计和仿真,提出基于模型的系统工程(model-based system engineering,MBSE)方法,通过模型实现能源分系统多耦合、多产品、高安全系统的显式一体化表达,围绕需求展开多个功能点和性能点的设计、验证与优化。结果表明,所提方法构建的设计验证一体能源设计模型可对系统需求做精细化分析,进而进行功能和结构设计,实现和优化系统性能指标设计,并完成对需求的闭环和验证,在工程中具有高效、明确的应用价值。

面向多类型土壤有机碳定量反演的天基高光谱探测参数研究

星载高光谱仪器的光谱通道以及光谱分辨率和信噪比等核心参数设置直接影响土壤有机碳定量反演精度。本研究开展了卫星载荷光谱分辨率、信噪比、光谱特征波段对不同土壤类型有机碳反演影响的研究,提出了基于大气传输模型、光谱分辨率分析模型、信噪比分析模型、特征波段的提取分析模型以及偏最小二乘回归反演模型的面向不同土壤类型有机碳监测的高光谱卫星“地面-大气-仪器-观测-反演”全链路仿真分析方法,实现了土壤类型、大气效应、仪器特性参数、反演方法的耦合影响分析。结果表明:①3种类型土壤有机碳反演的最佳光谱分辨率均在10~20 nm。②不同土壤类型对观测的信噪比需求不同。对于Phaeozem的有机碳监测,较另外两种土壤有更高的信噪比需求。③在不同特征波段提取分析方法下所需的最佳光谱分辨率和信噪比一致。不同类型土壤光谱数据提取出的特征波段不同,其中反演效果最佳的土壤类型为Chernozem,特征波段数为26个,R^(2)=0.8265,RMSE=3.4389 g/kg。④反演模型与仪器特性参数无耦合关系,同一类型土壤不同反演算法的最佳光谱分辨率和信噪比需求一致。⑤Chernozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率15 nm,信噪比大于506.66,特征波段提取数为26个;Kastanozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率17 nm,信噪比大于331.42,特征波段提取数为22个;Phaeozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率15 nm,信噪比大于432.51,特征波段提取数为19个。

空间引力波探测无拖曳卫星有限频域抗扰控制器设计

在空间引力波探测任务中,有限测量频域约束以及高精度控制指标使双参考质量无拖曳卫星控制器设计面临诸多技术难题.基于此,本文提出了一种基于广义Kalman-Yakubovich-Popov(GKYP)引理的有限频域抗扰控制器设计方法.针对探测任务中指定频段内的性能约束,结合灵敏度和补灵敏度控制指标,在指定频段下构建了具有频率响应函数形式的有限频域控制性能指标.提出了具有固定阶数特性的输出反馈控制结构,并基于GKYP引理建立了控制器参数选取方法,构建了有限频域抗扰控制器设计方法.不同于现有的无拖曳控制器设计方法,该设计方法可以有效降低控制指标的保守性,同时在指定频段下实现了控制器的精确设计,从而降低控制器阶数.数值仿真表明,本文所提方法在复杂扰动和噪声影响下可以满足无拖曳系统各回路控制性能指标.

基于北斗导航系统的三频载波相位高精度时间长距离传递方法研究

全球导航卫星系统(GNSS)是高精度时间长距离传递技术重要应用手段。针对高精度时间长距离传递受限于全球定位系统(GPS)载波信号组合的问题,该文提出一种基于北斗导航系统(BDS)的三频载波相位高精度时间长距离传递方法。分别对BDS不同载波信号B1、B2、B3进行两两组合,通过二次叠加无电离层,消弱各种全链路误差影响,验证了B12和B13组合时间传递精度最低,B13和B23组合时间传递精度最高,3种组合的时间传递均方根(RMS)误差差异不超过0.03 ns。与国际精密钟差产品比较,结果表明在2600 km的时间链上,基于BDS的三频载波相位的时间传递均方根误差小于0.244 ns,基于BDS的三频载波相位长距离时间传递可以实现亚纳秒级,可为全球导航卫星系统应用提供技术支撑。

基于峰值多层级支持向量机的X射线通信解调技术研究

X射线通信技术是一种以X射线为载波的空间通信方式,它具有通信带宽大、重量轻、体积小、功耗低、保密性高等优势。通过设计多靶材X射线信号调制装置可以提高X射线的通信速率,在信号接收端要保证X射线能谱的识别准确率,才能真正发挥基于能量负载的X射线通信的优势。本文针对多靶材X射线特征能谱精确识别问题,提出基于峰值多层级支持向量机的X射线通信解调方法,设计了适合四码元通信的峰值多层级支持向量机分类器,通过参数调优和验证确保了高准确率和泛化能力。仿真结果证明:支持向量机为基于能量负载的X射线通信方法提供了高效、准确、鲁棒的信号识别解决方案。

面向低轨卫星通信的低复杂度CA-SCL译码优化算法

基于硬件资源有限的低轨卫星通信环境,以极化码作为信道编码方式,将循环冗余校验(CRC)辅助连续取消列表(SCL)译码器(CRC aided SCL,CA-SCL)结合关键集以及自适应算法,提出一种优化的CA-SCL译码器(optimized CA-SCL,OCASCL),该译码器的译码性能优于经典CA-SCL译码器,运算复杂度可降低65%~70%。

基于发射波束旁瓣零陷的低轨卫星干扰规避策略

随着宽带低轨卫星系统的迅速发展,Ku、Ka等通信频段逐渐趋于饱和,非静止轨道(NGSO)卫星在工作时难免对采用相同频率工作的静止轨道(GSO)卫星产生干扰。目前常采用空间隔离的策略来规避干扰,NGSO卫星始终会对共线区域产生最强的干扰,增大隔离角可以减少干扰但会大大损失卫星波束的有效覆盖范围。基于此,提出一种基于发射波束旁瓣零陷的干扰规避策略,通过建立LEO卫星坐标系将天线阵面按行、列阵元划分,在列阵元维度上采用稳健LCMV算法实现宽零陷,在行阵元维度上结合波束指向进行扩展,最终在共线区域方向上形成一条“零陷带”。通过仿真分析,所提策略能在规避共线干扰的同时有效减少LEO卫星的干扰规避隔离区,算法复杂度低,在卫星上易于实现。

卫星用EPS系统在轨自主故障管理技术分析

卫星电源系统(EPS)的在轨稳定运行是卫星可靠工作的关键,对EPS系统故障快速识别、诊断和处理,对于提高卫星业务连续性以及保证高可靠性而言非常重要。本文详细分析并提出了一种卫星EPS系统在轨自主故障识别与恢复技术,包括EPS控制模块设计、功率模块(BCDR)设计以及防BCDR意外触发保护功能设计,最后经某高轨卫星在轨应用验证,该故障诊断与恢复技术准确可靠,可为其他卫星型号的EPS自主运行管理设计提供参考。

基于层次分析法的元器件选型研究

为严格控制研制成本,低成本卫星和商业卫星无法选择传统宇航级元器件,而是选择普军级、工业级,甚至是商用货架(Commercial Off-The-Shelf, COTS)元器件。同时为了保证卫星满足高可靠、长寿命的基本要求,有效手段之一是根据应用等级的要求选择元器件以及合适的可靠性冗余设计。但是,研制成本、布局包络和可靠性冗余设计之间存在互相制约的关系,为此在确定元器件可靠性冗余设计与应用等级关系的基础上,结合层次分析法,确定了一种元器件选型流程,该流程可为后续低成本卫星和商业卫星的元器件选型及可靠性冗余设计提供支撑。

微小卫星可展式刚挠结合板太阳电池阵设计

文章设计的可展式刚挠结合板太阳电池阵,将太阳电池阵电路与基板高度集成,省去电线、电缆连接,具有基板薄、质量小、电路连接简化及挠性可弯曲折叠等优点,可满足微小卫星太阳电池阵高质量比、高体积比功率的需求。以某卫星太阳电池阵为例,在185 mm×420 mm×20 mm 且收拢后板间距不大于5 mm的包络内,采用刚挠结合板设计,可实现输出功率不小于60 W,比使用传统太阳电池阵功率输出提高了1倍以上。其在轨应用结果表明,太阳电池阵功率输出稳定,可为微小卫星太阳电池阵设计提供参考。

中国首颗综合性太阳探测卫星

作为中国首颗综合性太阳探测卫星的先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory,ASO-S)于北京时间2022年10月9日7时43分在酒泉卫星发射中心成功发射.扼要介绍ASO-S卫星提出的背景、卫星的研制历程、科学目标、载荷构成、任务总体以及卫星研制的组织架构,并对卫星的运行和科学产出略作展望.

导航卫星载荷自主健康管理研究

传统的基于卫星遥测的故障定位方式,存在故障发现时间晚、故障定位难、故障恢复时间长等问题,不适应于导航定位的高可用性、高连续性的要求;为了提高导航卫星的服务能力,提出了一种导航卫星载荷自主健康管理的方法,设计了全系统的健康管理策略,具有全系统自主监测、逐级定位、快速恢复的优势,同时采用冗余对比的方法排除监测单元自身故障所引入的虚警,提高了系统的可靠性。

批量卫星流水线自动化测试系统研究

随着世界各国快速进入太空的需求增加,卫星大规模组网应用不断增多;批量生产、并行测试、一箭多星、密集发射已经成为当前卫星技术的发展趋势,对卫星的批量快速测试提出了新的需求;为了提高批量卫星的测试效率、缩短卫星研制周期、降低卫星研制的测试成本,研究并建立一套适用于批量卫星流水作业自动化测试系统至关重要;通过对批量卫星AIT流程的优化设计,提出了一种适用于批量卫星流水作业自动化测试系统的体系设计方案,为批量卫星的流水作业自动化测试系统的建设提供参考。

星座卫星在轨长期管理测控策略研究

近年来,低轨大型卫星星座蓬勃发展,使得在轨卫星数量急剧增加,卫星在轨长期管理任务面临巨大挑战;首先分析了卫星星座在轨长期管理面临的挑战,针对星座卫星在轨长期管理面临的几种常见应用场景,通过理论分析扩频体制测控应答机的抗干扰机理,结合地面概念星卫星平台模拟验证,在微波暗室通过地面概念星卫星平台对星座卫星在轨长期管理可能出现的情况进行模拟;模拟不同星座卫星在轨运行场景以及相应的测控应对策略,验证了多星同时入境时的卫星长期管理策略的可行性,给出星座卫星在轨长期管理的有效应对策略,为卫星在轨长期管理问题提供参考。

量子科学实验卫星微振动地面测试与估计方法

介绍了卫星微振动地面测试和信号估计方法.根据量子科学实验卫星特点,对动量轮运行状态下光学载荷的微振动线位移及角位移进行估计.通过地面微振动测试系统,测量了动量轮运行下光学载荷的微振动加速度;应用小波积分方法,精确估计了卫星结构敏感点的振动线位移和振动角位移.通过工程实测证明了微振动测试与估计方法的有效性.研究结果对于高精度科学实验卫星微振动地面试验具有一定工程应用意义.