中型敏捷遥感卫星公用平台数管分层软件架构

传统航天器设计一般根据任务需求设计硬件,再围绕硬件环境设计软件并开发逻辑处理代码,软件模块与模块之间、软件与硬件联系过于紧密,难以满足软件模块通用化和软件跨硬件平台快速移植需求。文章提出了中型敏捷遥感卫星公用平台(ZY2000 Remote Sensing Satellite Platform)分层软件架构,并在数管系统进行了应用。在这种架构中,应用层与中间件构件层分开,应用层模块间通过软总线层进行交互,从而实现业务与逻辑解耦,业务与业务解耦,解决了逻辑处理代码通用化设计和应用层业务模块独立设计的困难;提出了硬件抽象与设备虚拟化技术,通过设计设备虚拟层,实现软件与硬件解耦,解决了软件无法跨卫星硬件平台移植的问题。此架构目前有十余颗卫星进行了应用和验证,证明该架构达到了设计目的。

中型敏捷遥感卫星公用平台寿命工作研究与实践

中型敏捷遥感卫星公用平台(简称“平台”)是我国首个寿命要求8年的低轨卫星平台,相对于之前国内低轨卫星设计寿命一般为3~5年,技术跨越很大。为确保各项工作的系统性和规范化,开展平台寿命工作。文章介绍了平台寿命工作策划、设计分析、试验、评估等内容,以及寿命指标分配、寿命故障模式与影响分析(FMEA)和寿命建模等关键技术研究及应用情况。通过平台寿命工作,识别了锂电池等51种有限寿命单机,并获得了量化的寿命评估结果,提出了后续卫星利用在轨飞行数据修正模型、完善技术方法的工作建议。

中型敏捷遥感卫星公用平台开发研制模式探索

高分多模卫星(GFDM-1)作为中型敏捷遥感卫星公用平台(ZY2000 Remote Sensing Satellite Platform)的首发验证星,全面实践了基于公用平台的研制模式。文章结合卫星平台“一步正样”、时效要求高的特点,报告了项目管理思路与方法,即坚持以先进性、通用性、覆盖性、经济性为原则组织进行平台产品开发,100%选用平台产品化产品进行卫星平台产品选用控制,使用通用电性验证平台开展初样研制,采用系统工程理论进行工作分解,分级落实责任,有效保障了在24个月之内完成卫星研制。在此基础上,总结提炼了研制过程中的项目管理经验,提出了思考与见解,可用于后续卫星研制借鉴与参考。

中型敏捷遥感卫星公用平台供配电系统设计与验证

我国遥感卫星快速发展,对于遥感卫星的研制方式、研制能力提出了新的需求,尤其对于遥感卫星平台的多任务适应性、产品通用性、成本和进度、性能的稳定与可靠性等提出了更高的要求。为了满足后续中大型遥感卫星对能源系统高可靠、小型化、智能化的需求,中型敏捷遥感卫星公用平台(ZY2000 Remote Sensing Satellite Platform)对能源系统提出了长寿命、多任务适应性、高功率密度、高可靠自主管理的需求。文章针对以上需求,对能源系统进行了升级换代,优化功率拓扑、研制高效三结砷化镓太阳电池及高比能量锂离子蓄电池;分析了中型敏捷遥感卫星公用平台供配电系统供电体制、基本组成、技术特点及设计验证。

采用斜装金字塔构型CMGs的敏捷遥感卫星姿态控制

研究了敏捷遥感卫星侧摆过程中的姿态控制问题。针对敏捷遥感卫星需要进行大角度侧摆完成成像的姿态机动任务,采用控制力矩陀螺(CMG)作为姿态控制的执行机构,提出了一种面向侧摆机动的无显奇异斜装金字塔构型方案,设计了基于参考轨迹法规划的侧摆机动控制律,结合带零运动的伪逆操纵律进行侧摆机动,消除了显奇异对侧摆机动的不利影响。最后进行了仿真验证,结果表明斜装金字塔构型方案在预设参考轨迹的约束下能够完全回避内部显奇异,实现了遥感卫星敏捷姿态机动,有利于遥感数据的高效获取。

中型敏捷遥感卫星公用平台方案特点与应用

中型敏捷遥感卫星公用平台(简称“中型敏捷平台”)是我国首个中等规模、敏捷遥感卫星公用平台研发项目,其研制目标包括完成平台设计开发、系统级试验验证、4项核心技术与8年寿命攻关、单机产品升级换代等。文章总结了中型敏捷平台的敏捷机动控制技术、高定位精度支持技术、通用化星载数据系统、高效率任务管理技术、整体式微振动抑制技术等方案特点,并对其应用效能进行了分析,例如平台模块化结构的良好任务适用性、通用电性验证平台的高效使用、核心技术的共享应用、新一代单机产品体系的广泛应用。该平台通用性强、任务适应范围广,后续可应用于低轨各类高精度、高效率遥感卫星任务。

高分多模卫星敏捷遥感技术研究及应用

敏捷机动技术是提升高分辨率遥感卫星成像能力的一项核心技术。文章分析了高分辨率遥感卫星发展趋势,提出了基于多种敏捷成像模式的新型观测需求,进而提出卫星平台敏捷机动技术的系统要求。结合中型敏捷遥感卫星公用平台(ZY2000 Remote Sensing Satellite Platform)研制,定义敏捷成像模式,分析平台机动能力,提出了卫星敏捷机动指标要求。针对敏捷机动技术的实现,系统性开展了工作,设计了小惯量的星体结构,开发了基于控制力矩陀螺(CMG)的控制系统和控制算法,采用了敏捷任务规划和管理方案,研制了高刚度太阳翼、大量程陀螺、125 Nms控制力矩陀螺等核心产品,开展了数学和半物理仿真验证。高分多模卫星(GFDM-1)作为中型敏捷遥感卫星公用平台的首发星,实现了敏捷机动技术的应用,验证了多种敏捷成像模式下成像质量满足需求。在轨结果表明:高分多模卫星的敏捷机动能力和成像质量满足设计要求,达到国际先进水平。

高分多模卫星自主任务管理地面验证系统设计

具备自主任务管理能力的敏捷遥感卫星已成为近年来重要发展方向。针对该类卫星的地面测试验证难题,文章从技术和应用层面进行分析并提出了解决方案。以中型敏捷遥感卫星公用平台首发的高分多模卫星为例,分别从用户任务接口设计与验证、星上复杂信息流验证、姿态自主规划与敏捷机动能力验证、卫星复杂工作流程直观判读与快速验证等方面进行地面测试验证系统的设计与应用成果展示,为后续敏捷机动卫星的研制提供了借鉴模板。

启发式前后向链条优化组合在轨多目标观测规划算法

针对敏捷遥感卫星突发多目标观测任务的在轨实时规划问题,提出一种面向在轨实现的启发式前后向链条优化组合方法。该方法以敏捷卫星滚动俯仰两个自由度的姿态机动能力为输入,设计了一种基于高权重组链、以姿态机动能力结合观测收益合成链条的启发式方法。完成了不同机动能力下的蒙特卡罗打靶仿真,优化了链条选择策略,获得了较高的观测收益。实验证明所提方法有效,观测收益高,计算开销小,可应用于敏捷卫星面向大量点目标的在轨自主任务规划。

基于聚类变异PSO优化的VSCMGs模糊平滑切换算法

针对变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyro,VSCMG)作为执行机构应用在敏捷遥感卫星上进行姿态机动时末端模式切换的平稳性和快速性冲突问题,在考虑框架转速误差的基础上,设计姿态误差参数作为切换指标,制定误差参数切换区域内的过渡规则,将指令力矩实时分配给控制力矩陀螺(control moment gyro,CMG)和飞轮并分别求解,提出了一种控制力矩陀螺/反作用飞轮工作模式模糊平滑切换操纵律。为了使得姿态机动末端卫星姿态达到姿态稳定度和指向精度要求的时间更短,以该时间为优化指标提出聚类变异改进粒子群算法对该操纵律参数寻优,确定最佳的切换区域和切换参数,并进行了仿真验证。结果表明:改进后粒子群算法在相同的迭代次数中总是表现出比传统粒子群算法更优的适应度,具有更快的收敛速度和更高的收敛精度,参数优化后的模糊平滑切换操纵律相比于现有操纵律能够在较短时间内完成双模式的平滑切换,并在姿态机动末端更迅速地达到姿态稳定度和指向精度要求,提高了遥感卫星敏捷机动与高稳指向的控制性能,有利于高质量完成成像任务。