地球静止轨道航天器绕飞持续观测任务轨迹规划与控制

针对地球静止轨道(geosynchronous orbit,GEO)航天器的高清观测任务,成像卫星在连续小推力作用下接近GEO航天器,对GEO航天器自然绕飞并以有利的光照条件对其持续观测。针对Clohessy-Wiltshire(CW)方程的偏差问题,通过修正非球形摄动和重力加速度二次长期项偏差对CW方程进行改进,补偿非线性偏差的长期项和主要的摄动项。在轨迹规划问题上,计算绕飞轨迹的初始相位角区间,以保证成像卫星在整个绕飞任务中都能够以良好的观测角观测GEO航天器。基于CW方程和改进的CW方程对成像卫星接近和绕飞GEO航天器全过程进行仿真,基于CW方程的仿真没有达到预期目标;基于改进的CW方程的仿真达到预期目标,全过程所需施加的总速度增量仅为4.67 m/s,工程上具有很强的可行性。

航天器轨道机动教学内容改革研究

航天器轨道力学是航天领域基础性学科。轨道机动是轨道力学课程教学的重要组成部分。教材是实施教学的载体,系统梳理典型航天器轨道力学教材及其特点,分别对国外和国内典型轨道力学教材中轨道机动相关章节的内容进行分析,研究归纳出当前轨道机动教学内容存在轨道机动动力来源不统一、轨道改变内涵不明确、轨道调整和调相机动未受普遍关注等问题,进而面向本科教学,突出高阶性、创新性和挑战度,构建轨道机动教学内容的改革思路,以期为轨道力学课程教学改革提供支撑。

交会与拦截动力学内涵探讨

交会与拦截是动力学中的两个典型应用场景,都是研究空间中两个运动质点的精确相对运动的问题。传统的课程教学忽视了两者的内在联系,教学内容存在交叉重复、不统一等问题,本文以理论力学中点的复合运动为基础,从动力学模型与制导律两个维度对交会和拦截的内涵关系进行深度挖掘和阐释,打通两类相对运动之间的壁垒,建立起教学内容的有效链接,探索了航天动力学教学的新框架,有助于提升教学效率。

星下点轨迹恒定的低轨星座构型设计方法

为探寻适用于低轨巨型星座的构型设计方法,提供了一种所有卫星共星下点轨迹,且该轨迹固定不变的低轨恒定轨迹星座构型解析设计方法。该构型用回归因子、卫星总数两个参数进行编码。首先,利用平均轨道根数思想,建立了地球非球形摄动带谐项阶数为J 4条件下的回归轨道设计解析模型。其次,根据卫星与地球相对运动规律,确立了满足共星下点轨迹条件的解析式。最后,结合回归轨道设计与共星下点轨迹设计思想,建立低轨恒定轨迹星座构型设计模型。最终仿真结果表明,该构型设计方法符合所有卫星共星下点轨迹、且轨迹固定不变的设计预期,验证了本构型设计方法的有效性。本星座构型具有形式简易、构型易维持、覆盖范围广的特点,确保了空间系统与地面系统的方位一致性,极大程度降低了星地系统协同的复杂度。

地月空间信息网络体系架构对比研究

针对载人月球探测月面全空域、全时域覆盖的通信需求,对现有直连通信和几种引入中继通信的地月空间信息网络体系架构进行了仿真对比分析,最终确定了引入中继通信并融合近月空间子网和近地空间子网的地月空间信息网络体系架构为最优方案,该体系架构兼具多重月面覆盖、长时地面测控可见时间、海外建站数量少和成本相对较低等优势,可为我国未来地月空间信息网络建设提供参考。

赤点石斑鱼雌性性腺的周期发育

据性腺组织学观察结果和繁殖生物学资料,探讨了福建近海赤点石斑鱼雌性性腺发育规律,对卵母细胞时相、性腺发育期的周年变化、性成熟特性、性转变年龄和生长等方面作了较详细的描述和分析。雌性性腺发育可分为6期,即稚龄、未成熟或产后恢复、正在成熟、接近成熟、成熟流卵和产后期。大多数功能雌性初次性成熟在Ⅲ龄组。功能雌性转变为功能雄性始于Ⅵ龄组。5—9月为生殖季节,5—6月为产卵盛期。雌性每年产卵一次,其性腺发育和成熟系数与水温关系密切。

低轨星座组网及地面IP路由技术适应性分析

随着天地一体化信息网络重大项目天基接入网、星网低轨星座系统的推进,如何解决星间互联低轨星座路由问题,已提到工程可实现的紧迫程度。深入研究低轨星座的高动态特点,分析地面IP路由技术的适应性,是研究思路之一,给出相关分析过程及结论,可为星间互联低轨星座系统路由解决方案的确定提供重要依据和支撑。

融合MEC的星地协同网络:架构、关键技术与挑战

在星地协同网络中引入移动边缘计算(MEC)技术可有效提高用户体验质量和减少网络冗余流量,同时也带来了一些挑战。首先介绍了星地协同网络和MEC技术的基本架构,并讨论了在星地协同网络中引入MEC技术的动机和MEC的部署问题;然后提出了融合MEC的星地协同网络架构,并对其关键技术及典型应用进行了概述和分析;最后总结归纳了融合网络架构中的任务调度、移动性管理等关键挑战和一些开放性研究问题,期望对该领域的后续研究提出可供借鉴的新思路。

边缘计算在星地协同网络中的应用探讨

星地协同网络被认为是一种新兴的网络体系结构,能够适应未来网络中的各类服务与应用。多接入边缘计算(multi-access edge computing,MEC)作为未来移动网络中的一种关键技术,可为星地协同网络提供进一步的服务创新和业务支持。因此,考虑赋予星地协同网络边缘计算能力,使用户能够通过星地协同网络在全球任何地方获得计算服务,从而提高用户体验质量,减少冗余网络流量。具体地,首先对MEC的基本概念和参考架构进行了概述,然后介绍了基于边缘计算技术的星地协同网络体系架构,并详细地讨论了该架构的各逻辑功能组件。最后对边缘计算使能的星地协同网络存在的问题与挑战进行了归纳和展望。

基于低轨星座的星地路由技术研究

针对低轨(LEO)卫星通信系统卫星与信关站之间的馈电链路频繁切换,且星载设备处理能力受限的特点,提出基于软件定义网络(SDN)的星地一体路由架构,星地路由计算是研究的重点;地面控制中心结合卫星运动的规律性,周期性地计算各颗卫星对信关站的覆盖时间;采用最大覆盖时间准则选取切换卫星,计算切换时间进行切换预测,并将计算结果注入星上,到达计算的切换时间激活注入的星地路由;仿真结果表明,与信关站发出切换请求后再实时进行星地路由计算的标准星地路由协议相比,基于切换预测的星地路由协议在丢包率上有明显的优势,减少切换过程对星地路由造成的影响。

低轨星座卫星通信系统的一种信道分配策略

低轨星座卫星通信系统关键技术分为切换管理技术、星际链路技术、接入控制技术、信道分配技术,而优秀的信道分配策略不仅能很好的平衡新用户呼叫阻塞率和切换失败率,也能降低系统的复杂度。通过分析固定信道预留策略的优缺点,在固定信道预留的基础上提出了一点改进,即在预留固定信道的同时,将上一个小区发生切换的用户的信道预留给下一个小区将要发生切换的用户,最后通过仿真对比,发现新的策略在保证用户切换成功率的同时,降低新用户的呼叫阻塞率,使系统获得更好的服务质量。

低轨卫星互联网星载边缘计算卸载策略

卫星网络是5G/6G移动通信系统的重要组成之一,在低轨卫星互联网中引入星载边缘计算技术,可以进一步提供低时延服务。考虑到各卫星的计算任务需求存在不均衡特点,将地面站或用户终端的计算任务直接卸载给过顶卫星会造成负载不均及降低某些卫星运行时长的问题。由此考虑在不同卫星之间合理分配计算任务,通过将计算卸载问题建模为最优化问题并求解,给出了相关计算卸载算法。经过仿真评估,所提算法在负载均衡和流量开销方面都有一定优势。

精确时间同步协议在空间无线信道下的适应性研究

IEEE1588协议定义的精确时间协议(precision time protocol,PTP)能够实现地面以太网网络节点中的时钟同步,达到亚微秒级时间同步精度;相比于稳定的地面以太网环境,深空网络环境具有长时延、时延抖动及信道不对称等特点;对PTP协议在深空邻近空间无线信道下的时间同步性能进行了研究;首先,介绍了PTP协议的同步原理;其次,对深空邻近无线网络信道环境对于适用于地面以太网环境的PTP协议时间同步性能的影响进行了分析,并提出采用卡尔曼滤波算法和设定主从时钟钟差阈值相结合的方法,对PTP协议进行适应性改进;最后,采用损伤仪和测试仪模拟深空邻近无线网络信道环境,利用时钟分析仪对软件结合硬件实现的PTP协议进行了时间同步性能测试;测试结果表明,改进后的PTP协议提高了在深空邻近空间无线信道下时间同步的精度和稳定性。

基于差分进化算法的导航星座在轨重构构型设计

针对有卫星失效下的导航星座,提出了对在轨卫星进行相位机动的方法来对星座的空间构型进行重构,以实现修复和改善星座性能的目的。首先,利用共面高轨和共面低轨变相的方式来对在轨卫星的相位进行调整,建立共面轨道相位机动的数学模型;其次,提出了除重构时间和重构能量外的其他重构指标,包括重构能量均衡度和重构构型恢复性,并建立了各重构指标的数学模型;然后,建立了重构构型的优化模型,并对优化问题中个体的评价手段与编码方式进行设计;最后,以北斗中MEO卫星失效为例,利用差分进化算法对优化模型进行求解,得到以不同重构指标为目标函数下的Pareto前沿。从结果中可以看出该重构方法对星座性能的提升最大可以达到41.2%,同时Pareto前沿中对应的所有重构策略中,重构能量、重构构型的均衡度、重构构型的健壮性的数量级均维持在-1、-3和0的水平。

基于双谱-谱图特征和深度卷积神经网络的HRRP目标识别方法

针对雷达高分辨距离像(high resolution range profile,HRRP)目标识别中有效表示和特征提取这一关键问题,提出了基于双谱-谱图特征和深度卷积神经网络(deep convolution neural network,DCNN)的识别方法。首先,提取HRRP的双谱-谱图特征表示作为CNN的输入。然后,通过网络训练提取出深层本质特征,实现对雷达目标的识别。最后,对不同特征表示的识别结果进行对比。采用卫星目标实测数据进行实验,结果表明,该方法可以准确有效地识别雷达目标,而且与其他常用特征表示相比,双谱-谱图特征表示具有更好的识别准确率和噪声鲁棒性。

分布式星敏感器下空间目标同步关联方法

将分布式星敏感器作为空间目标的监视平台,需要将多星敏感器拍摄星图中的空间目标即时关联。星图中的空间目标为没有纹理、颜色等特征的弱小目标,无法利用经典目标关联算法解决。以对极几何约束为关联依据,提出一种分布式星敏感器下空间目标同步关联方法。对极几何约束能够描述多视图的内在射影关系,广泛应用于图像匹配和拼接问题,将其应用于目标关联领域。基于实测数据,进行300组星图的关联实验,统计出空间目标关联概率达90%,验证了算法的可行性,给出了关联门限的合理参考值并分析了造成关联错误的多种原因,基于蒙特卡洛法估算误判最大概率。实验证明本文方法在星敏感器工作中的抖动、测量偏差及少量干扰点的影响下有较理想的关联效果。

基于快速响应的导航星座重构构型设计

针对有卫星失效下的导航星座,提出发射快速响应卫星的方法来对星座的空间构型进行重构,以实现修复和改善星座性能的目的.对快速响应任务中快速响应卫星的发射方式和入轨方式进行分析,建立快速响应卫星响应时间的数学模型;建立基于快速响应的重构构型优化模型,对优化问题中的优化变量、约束条件、目标函数进行分析;以北斗中MEO卫星失效为例,利用NSGA-Ⅱ算法对优化模型进行求解,并采用双层编码的方式对优化参数进行编码得到以星座性能和响应时间为目标函数下的Pareto前沿.从结果可以看出该重构方法能有效提升受损星座的性能,同时Pareto前沿中对应的所有重构策略中,响应时间均小于一天.

支撑大规模复杂体系仿真计算的技术架构研究

首先分析了大规模复杂体系仿真计算的发展需求;其次分析了云计算领域的"容器云"技术的核心功能,引入容器云相关成熟工具和解决方案,结合仿真计算自身特点提出了大规模复杂体系仿真计算云技术架构,并对技术架构的功能组成进行了详细阐述;最后对其中的关键技术进行了研究,并给出设计思路,解决在大规模复杂体系仿真计算过程中遇到的资源多租户共享、模型大规模精细化调度、计算过程高可用保障等问题。

分布式星敏感器下空间目标航迹段关联算法

针对空间目标可以断续地被分布式星敏感器观测到的特性,将不同时段空间目标在星敏感器下的观测信息关联作为基于星敏感器进行空间目标精确定轨的前提。结合空间目标运动特性,在以往双门限模糊关联的基础上,加入轨道平面法向量约束,筛选候选关联对象,简化关联运算成本,提出了分布式星敏感器下空间目标航迹段关联算法。通过仿真分析了6组噪声级别下,航迹外推误差随时间的发散情况,并且给出模糊隶属度函数中的调整系数的参考值,使长间隔下不同目标的关联相似度区别更显著。仿真表明在一定噪声下所提算法关联准确率高于最邻近关联和传统模糊关联,初定轨误差在各轴位置的标准差为6 km,各轴速度标准差为6 m/s时,可区分最小相位差为0.5°的相邻目标,间隔2 h关联准确率达98%,间隔7 h时关联准确率达90%。

基于NSGA-Ⅱ的通信星座重构方法研究

提出中高轨通信星座重构指标作为重构方案的评价标准,根据轨道机动所需能量消耗确定星座重构的轨道机动模型;然后,选择双层编码模式构建变量参数,并采用Pareto占优思想及非支配排序遗传算法构建重构优化模型,提出高轨通信星座重构方法;最后,根据设定的威胁场景分析确定重构环境,并对重构方法进行仿真验证。结果表明,该方法能够给出基于重构目标的最优重构解集,为受损星座快速恢复通信功能提供最优的可行方案,在中高轨通信星座重构问题中具有应用价值。