分布式InSAR卫星系统编队指标体系研究

天绘二号是我国首个近距离双星编队分布式InSAR卫星系统,它的出现使我国具备了全球数字表面模型和雷达正射影像获取能力。针对全球高程数据(1∶50 000)快速获取的需求,本文以天绘二号为背景,基于一体化设计理念,提出一种分布式InSAR卫星系统编队设计、控制和规划技术指标体系论证方法。本文方法在充分考虑分布式InSAR卫星编队技术指标对系统应用性能耦合影响的基础上,建立了满足图像旁向重叠度、干涉成像基线和对地观测效能3类应用需求的编队技术指标论证模型。本文方法将编队理论融入工程实践,可实现快捷、高效的分布式SAR卫星编队系统设计目标,支撑型号装备研制与地面运管系统开发。天绘二号在轨运行结果表明,卫星编队技术指标论证结果合理可行,各项性能指标分配准确。

分布式卫星系统中的物理层安全波束成形算法

针对分布式卫星系统中的安全传输问题,提出两种协作波束成形算法。首先,针对分布式卫星系统采用放大转发协议将来自静止轨道的卫星信号转发至合法用户的场景,构建以最小化分布式卫星系统的总发射功率为目标、合法用户安全速率和非目标用户受到的干扰满足要求为约束条件的优化问题。其次,为求解该非凸优化问题,提出一种基于拉格朗日对偶和半正定规划相结合的协作波束成形算法,并得出最优波束成形权矢量。此外,提出一种基于部分迫零的次优协作波束成形算法,可在不折损系统性能要求的条件下有效降低实现复杂度。相较于传统迫零算法,所提最优和次优算法能够分别节省20 dB和15 dB左右的功率。

分布式InSAR卫星的天线相位中心研究

从天线相位中心的定义出发,针对分布式干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星基线获取过程中涉及到的“小型宽波束”全球导航卫星系统(GNSS)天线和“大型窄波束”SAR天线,首先,研究了两型天线的相位中心特性,之后,开展了天线相位中心对基线的影响分析,明确了分布式InSAR卫星相位中心的研究重点在于双星间天线相位中心准确度和稳定度的一致性控制;结合工程研制,最后,给出了两型天线相位中心不同的控制措施。文章的研究工作对分布式InSAR卫星系统的研制具有借鉴意义。

利用多基线数据融合提高分布式卫星InSAR系统的干涉相位精度

分布式卫星干涉合成孔径雷达(InSAR)系统可以通过提供长基线来提高测高灵敏度,但长基线会给干涉相位展开带来困难。结合分布式卫星InSAR系统可以同时提供多个稳定基线的特点,该文提出利用多基线数据融合的方法来解决长基线给干涉相位展开带来的困难。文中采用了有效的数据融合方法——最大似然估计(ML)法,对多基线分布式卫星InSAR系统的干涉相位进行了估计。模拟结果表明,经过多基线数据融合的干涉相位展开精度要远远大于长基线干涉相位的直接展开精度。

分布式卫星InSAR系统的成像算法研究

该文研究了分布式卫星干涉合成孔径雷达(InSAR)系统中双基斜视雷达的CS成像算法,给出了算法的具体实现过程,并在算法实现中对分布式卫星InSAR系统的基线不稳定进行了补偿,消除了基线不稳定对SAR图像和干涉测量的影响。通过模拟仿真,验证了双基斜视CS算法的保相性以及基线不稳定补偿方法的有效性。

分布式卫星InSAR系统基线转换精度分析

在研究分布式卫星干涉合成孔径雷达(InSAR)系统空间几何关系模型的基础上,区分出测量基线、修正基线和干涉基线,提出了从测量基线到修正基线的转换方法,并且分析了分布式卫星InSAR系统测量基线到修正基线转换的主要误差源全球定位系统(GPS)测量误差与部位修正误差。通过计算机仿真分析,得出了GPS双频测量误差占主导,部位修正误差对基线测量精度影响也不可忽略的结论。该结论对分布式卫星InSAR系统的设计与优化具有重要的指导意义。

基于最大似然估计的低轨通信星座分布式时间同步方法研究

随着低轨巨型星座的快速部署和卫星互联网的快速发展,由大规模低地球轨道卫星组成的分布式卫星系统是空天地一体化的重要特点。在卫星网络中,低成本、高精度的时间同步技术是其中的核心技术之一。针对低轨卫星高动态、拓扑结构时变特性因素影响下的低轨通信星座的分布式时间同步问题,考虑低轨卫星场景下的通信时延特性,同时为解决现有方法在动态网络拓扑下同步精度和收敛速度方面的不足,提出了一种基于最大似然估计的低轨卫星时间同步方法,能有效解决分布式动态网络中的通信时延随机不可预测以及星间距离不对称的问题。仿真结果表明,低轨卫星动态场景和拓扑结构变化下,本文提出的基于最大似然估计的时间同步方法同步误差均小于5ns。

大型低轨通信星座的地面分布式核心网架构设计

卫星通信系统当前主要采用集中方式部署核心网,存在单点故障风险,系统可靠性和扩展性不足、整体性能受限。大型低轨通信星座系统,服务的用户数量和业务量大幅增加,对系统可靠性和整体性能提出了更高要求。对此,基于低轨星座“天基基站+地面核心网”的典型布局,提出一种多节点分布的地面核心网架构。重点针对低轨星座多节点核心网落地选择问题和用户管理问题提出解决思路,并设计用户漫游和主备切换的基本流程。该分布式核心网具备业务分担和备份接替的能力,缓解了单节点核心网的承载压力,提高了系统可靠性和整体性能。

星载分布式InSAR测高性能的理论及系统仿真评价方法

针对星载分布式干涉合成孔径雷达(InSAR)系统空间几何构形,全面分析了卫星状态误差、干涉基线误差、干涉相位误差、时间、频率和波束三同步误差以及斜距测量误差等分布式InSAR测高误差源,给出了系统测高误差总的传递关系.以三大同步误差为重点,推导了各误差源到高程误差的理论传递模型,给出了分布式InSAR系统的理论评价方法.基于分布式InSAR全过程仿真平台,提出了一种通过构造一定平均坡度的典型场景和自然场景来进行系统仿真的实验评价新方法.通过理论和系统仿真实验两种评价方法的结合,使得分布式InSAR系统的性能评价更加全面、真实.

北斗卫星导航系统与GPS互备授时的分布式相量测量单元

我国自主开发的北斗卫星导航系统为同步相量测量的时钟源提供了一种新的选择。文章从卫星信号覆盖范围、用户容限、授时脉冲的同步性能等方面分析了将北斗授时应用于我国电力系统广域同步相量测量的可行性。使用北斗和GPS授时的同步相量测量的对比试验结果验证了北斗授时的有效性。在此基础上还研制了北斗与GPS互备授时的分布式相量测量单元。

基于MAS的分布式卫星系统任务规划研究

针对分布式卫星系统的规划与调度问题,提出了一种基于多Agent协商机制的分布式规划与调度方法。首先建立了分布式卫星系统的分层分布式多Agent控制结构,并详细设计了各个层次Agent的功能。其次,给出了卫星Agent之间基于合同网的交互协议,设计了基于优先级的招标任务选择策略以及基于任务动态插入的投标方法,并给出了实现全局优化的评标策略和目标函数。针对观测环境的动态情形,给出了相应的动态任务处理流程。最后通过一个卫星编队实例进行了验证。

分布式卫星INSAR信号的相关性分析

在考虑斜视和轨道不平行的情况下 ,推导了干涉合成孔径雷达 ( INSAR)信号相关系数的表达式 ,据此说明了各种去相关因素产生的原因和相互关系 ,定量分析了分布式卫星 INSAR系统中多普勒中心去相关、轨道不平行去相关、基线去相关、体散射去相关等去相关因素的作用大小 ;结合分布式卫星 INSAR系统的多基线特点 ,提出了利用多基线数据融合提高信号相关性的有效措施。分析结果表明 ,通过合理设计和有效信号处理 ,分布式卫星

分布式卫星系统中干涉SAR测高精度分析

分布式卫星SAR系统是近几年提出的一种新的SAR系统,干涉SAR(INSAR)成像是该系统的主要工作模式。本文主要研究该系统中地球自转、分布式卫星系统环绕对INSAR测高精度影响,分析和推导了修正的成像公式及误差曲线。详细分析了不同纬度及不同环绕角时的测高误差变化。仿真结果表明:纬度越低、环绕角越大时,测高误差越大。赤道附近的测高误差最大。

小卫星分布式SAR系统的信噪比研究

小卫星分布式合成孔径雷达(SAR)系统可以提高成像分辨率,检测地面运动目标和进行数字高程测量。但由于小卫星接收天线面积的减小使其输入信噪比相对于主星大大降低,这将严重影响系统的性能。该文以JERS-1为主星,分析了小卫星分布式SAR系统的信噪比以及信噪比降低对成像、测高、检测动目标等的影响。分析表明此系统的信噪比将不能满足系统对信噪比的最低需求。最后讨论了用相干或非相干处理来改善系统输出信噪比的方法。

分布式卫星系统协作任务分配模型及优化算法

面向未来分布式卫星系统(DSS)自主协作运行模式,对DSS任务优化分配问题进行了分析和建模.在此基础上给出任务组的概念,并利用集覆盖理论将任务分配问题转化为集覆盖问题.从而引入MAS理论中的合同网协议,以系统完成任务目标的总耗能最少为原则,加入限定卫星可回应子任务数的约束后,提出了一种基于合同网的严格启发式的优化算法对分配模型进行求解.同时,证明了算法搜索结果的上确界;分析了算法的收敛性和时间复杂度.该算法具有分布性,搜索空间缩减快,适合于中小规模的任务分配.

基于合同网的分布式卫星系统任务优化分配研究

面向未来分布式卫星系统(DSS)自主协作运行模式,对DSS任务协作中的优化分配问题进行了分析和描述,提出了基于协商的任务优化分配体系结构,并由此给出任务组的概念,通过集覆盖理论将任务分配问题转化为集覆盖问题。从而引入合同网协议,以系统完成任务目标的总耗能最少为原则,加入限定卫星可回应任务数的约束后,提出了一种基于合同网的严格启发式优化分配算法对问题进行求解。同时,证明了算法搜索结果的上确界;分析了算法的收敛性和时间复杂度。该算法具有分布性,搜索空间缩减快,适合于中小规模问题的任务分配。

小卫星分布式雷达仿真系统的集群技术实现

提出了一种基于PC L inux集群的小卫星分布式雷达仿真系统体系结构,为此类仿真提供了一种具有良好可扩展性的解决途径;采用CVS服务器和邮件列表技术,在集群网络上实现了透明化的软件开发管理;应用基于MPI的集群并行运算技术提高了系统的计算能力。

分布式卫星系统仿真平台研究现状与技术分析

支持分布式卫星系统(DSS)开发和实验的仿真平台是DSS技术发展的关键技术之一,本文对DSS仿真平台现状和关键技术进行了分析。首先对比分析了现有3种典型的仿真平台,认为为追求尽可能高的逼真度,实时分布式仿真成为必然。继而从分布式计算角度分析了实时分布式仿真面临的分布性、实时性、仿真部件互操作性和可重用性的问题,而中间件技术可以很好地解决这些问题。最后讨论了中间件实现模式,并分析了中间件在DSS仿真中3种可能的应用方式。

一种基于HLA的卫星分布式仿真系统研究及其应用

卫星系统的仿真是一个多因素、多学科、多节点的复合性问题,传统的仿真方法存在扩展性和重用性差等缺点。基于HLA体系规范,构建一个良好扩展性和重用性的仿真系统能够对卫星总体设计方案进行仿真演示和验证,进一步提高卫星总体设计方案的科学化水平。基于HLA的卫星分布式仿真系统的优点在于不需对仿真系统主题框架做任何更改的情况下,通过XML配置文件实现不同任务目标的卫星任务仿真系统,从而实现仿真组建的发展和重用,解决单机系统仿真大规模扩展困难和难以真实描述系统间数据交互的难题。

分布式卫星嵌入式计算机系统结构设计方法

针对分布式卫星的运行环境和任务特点,综合考虑分布式卫星嵌入式计算机系统在可靠性、安全性和实时性方面的要求,提出了一种基于三级容错的主辅式双系统体系结构设计方法。论文分析了分布式卫星的特点和星上嵌入式计算机系统的设计要求,对三级容错设计、主辅式双系统安全设计以及基于可信平台模块(TPM)的辅系统设计进行了详细的阐述。该设计方法已成功应用于地面原理验证系统中,结果表明其可以很好地解决分布式卫星嵌入式计算机系统的可靠性、安全性和实时性问题。