国际航空网络的空间结构特征

航空运输具有快速、高效益和长距离运输的特点,可打破地理限制,促进人员、技术、资金和商品等经济要素的跨国流动,能将单个城市串联为城市网络,降低往来成本,推动世界经济发展。通过分析2010—2020年的航空客运班次数据所构建的航空网络,并运用复杂网络理论和社会网络分析法研究航空网络的空间结构和演化规律。结果表明,2010—2013年欧美地区占据航空网络霸主地位,芝加哥、纽约一直霸榜;2013年中东地区由于地理位置优势开始崛起为航空枢纽;2018年得益于旅游政策与经济崛起,东亚、东南亚和东非地区航空地位不断提升,而欧美发达国家的航空地位下降,全球航空布局趋于均衡。2020年全球航空布局更加均衡,中国在全球航空网络中的地位逐渐提升。航空网络具有小世界和无标度网络的特点,可以促进城市间的互动和连接,打破地理和距离的限制。这些研究结果有助于优化我国航空网络,提升航空客货流的通达性和可靠性,实现民航强国的目标。

皮卫星星载计算机存储模块的容错结构设计

空间单粒子翻转现象对航天飞行器中电子设备特别是静态存储器的可靠性具有重大影响,而星载计算机的可靠运行在很大程度上依赖于系统中存储模块的可靠设计。就皮卫星星载计算机存储模块的可靠性及提高其可靠性应采取的技术进行了论述,提出了使用汉明纠错码作为星载计算机存储模块的容错控制策略,并简要描述了存储模块的硬件结构。该设计具有可靠性高、兼容性强等特点,使皮卫星满足体积小、重量轻、功耗低等工程应用要求。

光电系统对空间目标探测能力综合评估方法

对空间目标实际探测过程中,光电系统的探测能力不仅与其可探测信噪比有关,还与其所成图像的质量有关,即空间分辨能力有关。针对现有光电系统探测能力分析不足,提出了一种基于调制传递函数下的信噪比探测模型(MSNR),给出了基于MSNR下的系统极限探测能力综合评估方法,实现可定量分析大气、像差、目标运动等对系统探测能力的影响;利用实测数据完成对MSNR模型的完善,对不同条件下光电系统的极限探测能力进行了仿真,仿真结果表明:大气条件、系统像差、目标运动等条件对系统的探测能力影响明显,目标运动导致探测能力降低近1.0等星;该方法实现定量对光电系统的探测能力进行综合评估,可为系统优化设计与实际工作开展提供一定的科学依据。

高速倾斜镜建模与传递函数辨识

为了在光束稳定控制系统中更好地对高速倾斜镜(FSM)实现稳定、精确地控制,对于由超磁致伸缩材料(GMM)作为位移产生元件的高速倾斜镜,根据GMM材料的特性和倾斜镜的运动机理,经推导建立了倾斜镜的传递函数模型,并结合实测的倾斜镜幅频和相频响应特性,在Matlab软件中利用Levy法对倾斜镜的传递函数进行了辨识,得到了精确的倾斜镜传递函数。与实测结果相比,在中低频段,幅度辨识误差在0.3 dB以内,相位辨识误差在5°以内,结果表明:通过理论推导建立的倾斜镜模型是合理有效的,对于改善该倾斜镜在应用系统中的稳定性和精度提供了依据。

采样时钟抖动对伪码测距精度的影响

在皮卫星的伪码再生测距中,大量采用数字信号处理技术.而皮卫星体积小、功耗低特点决定只能采用较低指标的晶振源和简化的处理电路,两者带来的A/D采样时钟抖动会影响伪码跟踪环的跟踪性能,进而降低测距精度.分析了A/D采样时钟抖动在伪码测距处理过程中的噪声模型,并对码跟踪环的跟踪性能的影响进行了分析,仿真结果显示A/D采样时钟抖动、采样位数和中频共同作用影响伪码测距精度.

皮卫星在轨能量平衡仿真研究

针对浙江大学皮卫星由于输入能量条件差以及采用非调节母线和体装式结构,使其能量平衡计算相对于传统卫星更加复杂的特点和电源电路的特殊设计,对电源系统进行了建模.通过实时计算太阳电池、蓄电池和负载的在轨工作参数以及分析实时的电流平衡、电压平衡和能量平衡,最终得到真实的能量平衡仿真模型.对理想运行条件、实际环境条件和考虑卫星姿态失效的最差条件分别进行了仿真.结果表明,在理想条件下可以完全保证整星能量平衡;在实际环境下最大平衡功率能忍受实际负载约10%的拉偏;在最差姿态条件下已几乎没有裕量,但能完全保证卫星安全模式下的负载功率能量平衡.

皮卫星星载测控应答机的噪声研究

基于电路中噪声源的提取和建模,通过对噪声传递关系的推导,提出了一种对噪声进行仿真分析的方法,并运用这个方法对皮卫星测控应答机的噪声进行了研究。结果表明这种分析方法的仿真结果与实测结果相吻合,能够很好地预测电路噪声的大小,同时也验证了皮卫星星载测控应答机的新型锁相结构与传统锁相结构相比更加有利于接收机噪声的抑制。

锁相环中数字分频器对输出信号相位噪声和杂散的影响

基于对数字分频器混叠效应的分析,解释了锁相环相位噪声线形模型与一些实验结果误差较大的原因。并通过对数字分频器的建模,得到了数字分频器输出信号相位噪声和杂散的计算方法。实验证明这种方法的计算结果与实验结果相吻合。再以此修正锁相环相位噪声线形模型,使锁相环输出信号的相位噪声和杂散的预测能够更加准确。

多级组合α-β-γ跟踪滤波器

针对目标机动较大或跟踪丢失较频繁时单一α-β-γ滤波器难于同时满足收敛速度和滤波精度要求的情况,提出了多级组合α-β-γ滤波器的思想,着重讨论了它的构建、机动检测和滤波器间切换等方法。仿真表明,组合α-β-γ滤波器既可以保证跟踪初始或目标机动时的快速收敛,又能显著提高稳态跟踪精度。

基于CORDIC算法的微小卫星接收机设计及实现

针对微小卫星测控应答机的体积、重量及其功能灵活性,研究了接收机载波恢复环的实现方法.在分析已有载波恢复方法的基础上,采用正交欠采样技术,提出了一种基于CORDIC算法的全数字载波恢复环接收机结构.该结构省略了复数混频器中4个计算量非常大的乘法器和直接数字频率合成中的大查找表,大大节省了计算复杂度和硬件资源.利用Matlab系统仿真和ModelSim硬件描述语言仿真验证了方案的可行性.并在一块FPGA上综合了载波恢复环的VHDL设计代码,需要的逻辑资源仅为3.6%,最大工作频率可达226 MHz.整个设计方法可应用到其他可重构的接收机设计中.

面向高级在轨系统的动态服务质量保证方法研究

AOS(Advanced Orbiting System,高级在轨系统)已经逐渐被各国空间组织采用,随着空间任务的发展趋势更多样化和复杂化,对AOS的QoS(Quality of Service,服务质量)也提出了更高要求。针对AOS服务质量的提升需求,提出了一种虚拟信道优先级策略,使用大容量缓存结合数据压缩动态策略和遥测数据抽帧策略相结合的QoS保证方法,通过分析返向链路带宽与航天器遥测用户带宽的裕量,可以动态调整QoS保证,以适应不同应用环境下的航天器AOS的QoS保证需求。通过模拟不同的工况进行仿真试验,结果表明,该AOS服务质量保证方法适用于返向链路带宽裕量充足和不足的工况,比传统的全同步策略和同步异步结合策略拥有更广泛的适应范围。

时域升余弦波形伪码码片跟踪环性能分析

在小码片信噪比(SNR)条件下,用于时域升余弦波形(TDRC)的伪码(PN)时钟恢复的数据转换跟踪环(DTTL)的性能不能满足要求,为此提出了采用新型的码片跟踪环(CTL)用于TDRC伪码时钟恢复,研究发现CTL的环路检测器增益大于DTTL,前者的捕获和跟踪能力强于后者;而且CTL的时钟跟踪能力独立于码片SNR,而DTTL的捕获和跟踪能力与码片SNR相关.对比了在不同码片SNR条件下,DTTL和CTL的均方时序抖动性能,仿真分析表明,在大信噪比条件下,DTTL和CTL的性能一致;在小信噪比条件下,CTL的归一化时序抖动明显好于DTTL.TDRC伪码测控应答机在小码片SNR环境下,采用CTL能获得较高的测距精度.

数据通道对伪码跟踪环跟踪性能的影响

针对再生伪码测距应用中测距通道和数据(遥控或遥测)通道同时工作时的不同功率分配情况,分析了数据通道在PCM/PSK/PM和SP-L/PM两种调制方式下对伪码跟踪环跟踪精度的影响,同时还考虑了频率参考源不稳定引入的影响.理论分析和仿真结果表明,跟踪性能的下降取决于测距信噪比和信号干扰比,而信号干扰比又同数据速率与伪码速率之比有关,而且随着这个比值的增大呈现出极大值和极小值有规律的交替变化.通过合理选择数据速率,以及在正常的再生伪码测距信噪比条件下,跟踪性能损失很小,同时频率参考源不稳定的影响可以忽略.

卫星星等的可见光电视测量方法

提出一种可见光电视实时测量卫星星等的方法,分析了在实际运用中存在的约束条件,利用光电经纬仪对某卫星星等进行了测量;并分析了此测量方法的精度。实际证明,该测量方法具有很好的推广价值。

伪码测距信号波形设计

在伪码再生测距中,码跟踪环的跟踪性能是决定测距精度的关键,而不同的码片波形对码跟踪环性能的影响存在差异。针对适合再生测距的码跟踪环,并且对波形限定相同带宽的条件下,对不同波形测距信号对码跟踪环跟踪性能的影响进行了分析和仿真,结果显示跟踪性能与不同波形下环路S曲线的特性相关。根据比较结果,提出了最佳的伪码测距信号波形,为实际工程中伪码波形的选用提供了依据。

伪码测距中处理速率对再生时钟抖动性能的影响

在微小卫星再生伪码测距中,码同步环的跟踪性能是决定测距精度的关键,而数字处理速率对再生时钟性能存在着影响。本文分析了再生时钟抖动性能的影响因素,并用实验验证理论分析结果。分析及实验验证表明,低测距信噪比时的再生时钟抖动主要取决于环路带宽和伪码码片速率,而在高信噪比下却受限于数字处理速率。因此,为了提升再生时钟的抖动性能从而提高再生伪码测距精度,在低信噪比下可通过降低环路带宽和提高码片速率来实现,而在高信噪比下必须提高处理速率。

“嫦娥五号”发射及入轨段X频段测控任务设计

X频段测量具有精度高、无线电干扰少等优势,已成为月球与深空探测的主用频段。“嫦娥五号”任务探测器首次在发射段使用X频段测控。与S频段测控相比,X频段在发射及入轨段存在目标动态范围大、地面天线波束更窄、系统捕获时间长等不足。发射“嫦娥五号”探测器的“长征五号”火箭采用了窄窗口多轨道发射方案,两者共同对测控系统发射段快速捕获、测量船位选择和入轨后地面站首次捕获提出了更高的要求。针对“嫦娥五号”发射及入轨段的测控重点难点,采用了特征点覆盖船位分析、多普勒预置快速扫描捕获和入轨段欧洲航天局(European Space Agency,ESA)库鲁站与中国阿根廷深空站协同备份等方法,设计X频段测控任务总体方案,有效降低了任务实施的风险,保障了任务成功。总结“嫦娥五号”任务成功经验,对未来月球与深空任务测控总体设计、建设规划提出了建议。

“嫦娥五号”任务再入返回段测控布站区域确定方法

针对再入返回任务地面测控总体分析设计中多天多条弹道地面测站布局优化及返回过程中应急情况下快速测控资源调配的问题,提出了一种基于再入段返回器飞行弹道的测站区域分析方法。建立了测站、返回器的位置与测站工作仰角之间的关系模型,在此基础上提出了对返回器可见的测站分布区域确定的具体方法。利用再入返回过程的理论设计弹道,计算了地面测站的分布区域。仿真结果表明,所提出的方法能快速获取对返回器可见的测站区域,已成功应用于“嫦娥五号”(Chang'E-5,CE-5)工程任务中,其可为再入深空返回总体设计、返回应急测控提供借鉴和参考。

北斗GEO卫星CEI相时延解算方法研究

连线端站干涉测量(connected element interferometry,CEI)是高精度测角技术,在中高轨卫星、月球及深空航天器定轨定位中有良好的应用前景。基于CEI技术特点,提出了一种新的测量方法,即在相干测距模式下利用测距音和载波信号作为信号源进行连线端站干涉测量。构建了CEI试验系统对北斗GEO卫星进行观测,利用相干测距模式下的下行信号解算群时延、相时延。利用北斗GEO卫星精密星历计算的时延理论值,对北斗GEO卫星CEI群时延和相时延结果进行评估。结果表明,相干测距模式下CEI群时延和相时延残差均值分别为0.47 ns、0.08 ns,标准差(3σ)分别4.2 ns、0.13 ns。该项研究验证了相干测距模式下CEI相时延解算的可行性,可为共位地球同步卫星精密相对定位、月球探测器CEI测量提供技术参考。

微波统一测控系统的发展趋势及建议

面向未来航天测控任务的新需求和微波统一测控系统的现实挑战,在国内外测控通信技术发展需求的基础上,梳理了微波统一测控系统的发展趋势的几点考虑:现有系统的信息化智能化发展趋势、PNT服务的多样化高精度与自主化、射频与光学测控通信和天地一体化网络等,并着重提出了相应的技术发展方向和关键技术建议,以满足我国微波统一测控系统更高、更远、更快和更多的发展需求。