手机直连卫星关键技术分析与发展展望

手机直连卫星技术的快速发展是卫星载荷技术突破、手机终端技术创新、体制标准制定并验证等多种因素叠加的结果,通过对手机直连卫星发展现状的介绍,总结了手机直连卫星的2条技术路线和3种实现方式。面对星地频率共用、星载天线、星载基站等技术瓶颈,结合实际系统和应用场景给出了重点研究内容。探讨了作为5G通信重要组成部分和6G通信基础支撑的手机直连卫星技术未来的发展方向。

数值预报中气象卫星资料同化前处理技术进展

在数值天气预报变分同化中,利用同化前处理将卫星资料完成有效信息优选、资料拼接和稀疏化、初级通道选择、下边界参数耦合等处理,实现卫星资料同化对数值天气预报业务的正贡献,是决定海量卫星资料同化效率、质量和效果的重要环节。针对多种格式的卫星资料,中国气象局研发标准格式的高时效卫星资料拼接等技术,有效减小整轨卫星资料时间滞后对数值天气预报业务的负面影响。对于风云气象卫星资料,将云和降水检测、资料质量分析等处理置于同化前处理中,实现多光谱资料融合的同化预质量控制,保证了风云卫星微波温度探测资料和红外高光谱资料的同化正贡献。利用统一资料格式对预处理卫星资料进行再处理,拓展针对卫星成像和主动探测资料的处理,将卫星资料同化的部分质量控制功能置于卫星资料同化前处理中,是风云卫星资料同化前处理技术发展的重要趋势。

低地球轨道卫星边缘计算场景中任务卸载与资源分配联合优化算法

针对低地球轨道(LEO)卫星边缘计算场景中地面用户计算任务的卸载需求,提出联合卸载与资源分配优化(JORAO)算法。考虑到LEO卫星的有限覆盖时间,以最小化所有地面用户的平均服务时延为目标,联合优化卸载策略、LEO卫星的通信和计算资源分配。将任务卸载与资源分配的联合优化问题分解为卸载决策和资源分配子问题,使用交替优化方法,获得原始优化问题的次优解。对于任务卸载决策子问题,将其建模为联盟博弈模型,当博弈达到纳什均衡时,获得最小化平均服务时延的地面用户卸载策略;对于资源分配子问题,使用拉格朗日乘子法获得最优的通信和计算资源分配结果。此外,还证明了所提算法的收敛性和稳定性。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性,能显著降低地面用户的平均服务时延和提高任务卸载成功率。

MMP14调控骨骼肌卫星细胞分化的分子机制研究

旨在分析基质金属蛋白酶14(MMP14)调控骨骼肌卫星细胞分化的分子机制。本试验取10只4周龄C57/BL6雌性小鼠,利用胶原酶消化法分离骨骼肌卫星细胞。首先,对骨骼肌卫星细胞进行诱导分化,利用qRT-PCR和Western blot试验分析MMP14在骨骼肌卫星细胞增殖期和分化期表达量的变化。应用siRNA抑制MMP14蛋白表达,分为试验组(si-MMP14)和对照组(si-NC),每组3个重复:首先诱导细胞分化,应用免疫荧光和qRT-PCR分析试验组和对照组细胞分化水平的差异;随后取增殖期细胞进行蛋白组学测序,结合生物信息学分析鉴定差异蛋白,并筛选MMP14调控的关键差异蛋白和通路。本研究结果表明:1)MMP14在卫星细胞增殖期表达上调,在分化期表达下调;抑制MMP14蛋白会抑制肌管生成,表现为肌管融合指数下降。2)通过蛋白组学分析筛选到549个差异蛋白,其中有66个上调蛋白和483个下调蛋白,差异蛋白主要富集在细胞黏附、脂肪酸代谢以及AMPK通路等,参与调控细胞命运决定、组蛋白甲基化和染色质结构等生物学过程。3)通过蛋白互作关系网络分析发现MMP14与肌源性分化相关蛋白、脂肪生成相关蛋白以及异染色质结构调控蛋白直接互作,抑制MMP14可导致肌分化转录因子(PAX7、MYOD)和H3-K9甲基转移酶(SETDB1、SUV39H1)下调,而成脂分化转录因子(JUN、C/EBPβ)上调。本研究初步分析了MMP14调控骨骼肌卫星细胞分化的机制,MMP14可能通过H3-K9组蛋白甲基化参与卫星细胞命运决定以及成肌与成脂分化的转换,且这种调控作用发生在卫星细胞细胞分化启动前。本研究结果为骨骼肌发育研究提供理论依据。

HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响

通常使用无电离层(IF)线性组合(LC)消除低地球轨道(LEO)卫星简化动力学精密定轨(POD)一阶电离层延迟误差,忽略了高阶电离层(HOI)延迟误差。随着LEO卫星POD技术的发展,计算不同轨道高度的HOI延迟并探索其变化已成为进一步提高POD精度的重要手段。首先,使用国际参考电离层-2016(IRI-2016)和国际地磁参考场第13代(IGRF-13)模型,计算电离层穿刺点(IPP)位置和地磁场强度。其次,使用平滑星载GNSS数据计算电离层斜路径总电子含量(STEC)。然后,分别计算GOCE、GRACE-A和SWARM-A/B卫星的二阶和三阶电离层延迟。最后,评估了HOI延迟对LEO卫星重叠轨道分析、卫星激光测距(SLR)检核和精密科学轨道(PSO)比较结果的影响。实验结果表明:HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响大约在毫米至厘米的数量级上;HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD外符合精度的影响分别达到0.92,0.22,0.21和0.18 mm;随着LEO卫星轨道高度的增加,HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响减小。

卫星互联网支撑跨域无人集群作战

跨域无人集群作为一种颠覆性的未来全新作战模式,其作战效能的发挥极大地受限于通信组网能力。近年来,卫星互联网凭借其广覆盖、低延时、高宽带及低成本等技术优势,在全球快速发展,是进一步发展跨域无人集群作战模式的关键。文中针对未来水下无人系统的发展趋势和现实需求,介绍了卫星互联网的发展、技术优势以及跨域无人集群的作战概念,深入分析了卫星互联网支撑跨域无人集群作战的优势,提出了结合卫星互联网技术与空域、海面、水下作战域无人集群相结合的空海跨域无人集群作战网络,并综合分析给出了技术架构,可为未来跨域无人集群作战研究提供参考。

基于实战教学法的“卫星遥感”课程改革与实践

针对“卫星遥感”课堂知识更新滞后、缺少实战教学环境的问题,通过对课程章节内容重构引入新知识,指导学生开展实验、对抗赛、辩论赛等活动以提升学生实践和思维能力,将科研项目融入课程,培养学生解决实际问题能力,创新实战教学模式,紧跟前沿遥感科技,项目案例贯穿课程始终,提炼真实型号项目,激活实战场,训练创新能力,从而实时捕捉系统性、科学性、前沿性的知识,以多元化实战训练提高实践技能,培养学生系统思维和自主创新等能力,对遥感类专业课的教学改革设计提供参考。

基于混沌理论与DNA动态编码的卫星图像加密算法

针对卫星图像在传输、存储过程中涉及的信息安全问题,该文提出一种新型的基于混沌理论与DNA动态编码的卫星图像加密算法。首先,提出一种改进型无限折叠混沌映射,拓宽了原有无限折叠混沌映射的混沌区间。之后,结合改进型Chebyshev混沌映射与SHA-256哈希算法,生成加密算法的密钥流,提升算法的明文敏感性。然后,利用混沌系统的状态值对Hilbert局部置乱后的像素进行DNA编码,实现DNA动态编码,解决了DNA编码规则较少所带来的容易受到暴力攻击的弱点。最后,使用混沌序列完成进一步混沌加密,从而彻底混淆原始像素信息,增加加密算法的随机性与复杂性,得到密文图像。实验结果表明,该算法具有较好的加密效果和应对各种攻击的能力。

手机直连低轨卫星的应用场景及业务需求分析

手机直连卫星是低轨(low earth orbiting,LEO)星座系统的重要应用方向之一。概述了手机直连卫星的主要技术路线、应用场景及业务类型;分析了低轨星座的建设成本、承载能力、运营收入;提出了我国手机直连卫星通信的主要应用应以广覆盖、海量连接为主,而卫星大流量宽带上网应用存在商业闭环的风险;最后探讨了结合应用需求的技术发展建议。

北斗全球卫星导航系统工程技术与管理创新

北斗全球卫星导航系统由中国自主建设运行,具备向全球用户提供全天时、全天候、高精度定位、导航和授时服务能力,具有报文通信、国际搜救等功能。北斗全球卫星导航系统坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则,发挥新型举国体制优势,全面突破核心关键技术,创新发展工程管理模式,实现了国际卫星导航领域和我国航天领域的多个首创,提前半年完成建设,走出了一条符合我国国情、独具特色的国家超级工程发展道路。本文围绕北斗全球卫星导航系统任务要求,全面阐述工程任务组成、任务进程和系统应用,从“混合星座、通信导航融合、星间链路、导航信号、快速组网、核心产品国产化”等方面梳理系统技术特点与创新,并总结了北斗工程建设过程中组织、技术、进度、质量和运行服务等管理体系的创新举措。

分段分策略调度的遥感卫星任务规划架构

随着遥感卫星对各类应用的支撑保障不断深入,卫星任务规划系统面临的外部环境复杂多变,如卫星轨道调整、在轨突发故障、任务随机到达、成像条件变化等,应急突发事件发生的随机性大大提高,传统的定期集中式任务规划架构逐渐无法满足高时效、高响应要求。通过分析系统外部环境种类及变化规律,设计分段分策略调度的任务规划架构,以及相应的调度策略和对象状态管理机制,实现对应急突发事件的高效响应能力。并在某遥感卫星任务管控系统项目中采用该技术架构并研制相应软件。系统实际运行结果表明,该分段分策略的任务规划技术架构基本上满足了外部环境动态变化引起的高适应和高响应要求,极大提升了系统的自动化程度和时效性指标。

多源极轨卫星微波温度计资料实时区域同化系统

基于中尺度数值预报模式WRF和WRFDA同化系统,实现多源极轨卫星微波温度计资料实时区域同化,并对同化产品进行评估和应用。2018年同化试验结果表明:通过质量控制和偏差订正,AMSU-A资料第5~9通道亮温观测增量O-B(观测值O和背景场的正演辐射模拟值B的差值)的标准差有效降低,同化后各通道亮温分析残差O-A(观测值O和分析场的正演辐射模拟值A的差值)的标准差有效降低。同化预报产品被应用在暴雨强对流个例和台风个例中,取得良好效果。

低轨倾斜轨道卫星太阳电池阵防遮挡设计与分析

低轨倾斜轨道卫星轨道面光照角周期变化,太阳电池阵受照情况复杂,其输出电流呈现波动。为此,文章分析卫星各种工况下的本体遮挡面积,结合太阳电池阵遮挡工作特性分析及阴影遮挡试验结果,开展太阳电池阵防阴影遮挡设计,并采用投影法进行卫星本体遮挡影响分析。结果表明:卫星本体遮挡时,电流损失预计值与在轨遥测电流损失值基本一致,分析误差小于2%。上述分析结果可为卫星复杂遮挡工况下电源系统能量平衡设计提供参考。

低轨遥感卫星全时在线测控技术综述

本文分析了低轨遥感卫星实现全时在线的4个随时需求,概述基于中继、北斗以及移动通信卫星系统等开展低轨遥感卫星天基测控的现状,提出了对应的天基测控方案,对比分析了各种途径的特点,提出构建天地基综合测控服务体系、发展多手段一体化综合测控终端、优化遥感卫星分级分类测控运管策略等设想,为实现低轨遥感卫星全时在线、随时指控应用探索了一种发展路径。

北斗导航卫星系统在水利行业的应用与展望

北斗导航卫星系统是我国重要的时空基础设施,建设以来已经广泛应用于社会经济多个领域。智慧水利是新阶段水利高质量发展的最显著标志和6条实施路径之一,北斗导航卫星系统为智慧水利提供了强大的技术支撑,为数字孪生水利建设提供了重要的时空基准和高精度的位置及通信服务。从北斗导航卫星系统的功能视角,选择水利工程变形监测、水利巡检、水文监测数据传输等典型应用场景,分析了北斗导航卫星系统的应用现状;同时,还讨论了北斗遥感技术在水位监测、土壤水分反演和大气水汽反演等方面的应用情况;最后,展望了北斗系统在水利领域的发展趋势,指出其应用场景和领域将持续拓展、应用规模将不断增长,以及与新技术融合应用将不断增强,随着北斗导航卫星系统技术的持续创新和应用范围的进一步扩大,北斗导航卫星系统在未来水利行业中将发挥越来越重要的作用,它将成为加快水利新质生产力、推动水利高质量发展的重要推力。

5G通信技术对卫星电视节目传输的影响及发展

【目的】我国5G通信技术的成熟与发展,开始对诸多传统行业造成冲击。比如卫星电视节目传输在5G通信技术出现之前,通常拥有较高延迟,影响电视节目传输效率。而将5G通信技术应用于卫星电视节目传输中,能够提高卫星电视节目的传输效率。【方法】文章从5G通信技术角度出发,首先探究了5G通信技术下传输技术的发展趋势,其次分析了5G通信技术对卫星电视节目传输的影响,最后为5G通信技术下卫星电视节目传输提供了一些发展对策。【结果/结论】通过分析发现,5G通信技术能够从发展、行业、市场、干扰四个方向,对卫星电视节目传输带来影响,因此通过采用转变卫星电视节目传输模式、完善5G通信技术与卫星电视节目传输场景与框架、加快对5G基站的施工管理与建设、利用5G通信技术丰富卫星电视节目用户体验等发展对策,能够在提高卫星电视节目传输效率的同时,进一步扩大卫星电视行业的市场竞争优势。

小卫星智能化技术发展展望

随着人工智能、大数据、云计算、物联网等技术在各领域应用日趋深入,航天技术也取得了迅猛发展,基于复杂任务的体系智能化、星座智能化发展成为航天新趋势。未来小卫星将向“新、小、快、灵、智、多、省、好”等方向发展,通过人工智能、数字孪生等技术实现智能化,以适应小卫星星座化、体系化发展需求。文章为应对未来小卫星快速发展需求,提出了星座化、体系化发展下小卫星特点与智能化需求,探讨了新形式下小卫星智能化发展转型,并给出了小卫星智能化发展建议。

卫星遥感赋能旱情监测:进展与展望

我国干旱灾害发生频繁,造成的损失严重。传统的干旱监测主要基于气象和水文数据,在监测面上的旱情时存在局限。基于新质生产力开展旱情监测迫在眉睫,也是新时期干旱灾害防御工作的重要着力点。近年来,随着卫星遥感技术快速发展,大范围、高精度、高频次、全天候对地观测能力基本形成,旱情遥感监测由早期的模型研究向业务化应用方向发展,多源遥感星地协同旱情监测、精细化旱情综合评估以及遥感、水文气象耦合的旱情预警是未来发展趋势。

遥感卫星任务智能决策的机器学习方法研究

基于遥感卫星任务决策的特点,研究如何采用机器学习方法对执行任务时产生的大量动作、指令和遥测数据进行分析和训练。为了给遥感卫星任务建立机器学习方法,探索机器学习辅助遥感卫星任务智能决策的可行性,并探讨机器学习模型对卫星任务数据的适应性和处理效率。借鉴地面相关人工智能系统成熟的机器学习架构,研究建立遥感卫星任务相关智能决策的机器学习方法,并给出了机器学习的样例。研究结果表明:机器学习方法的适应性很强,初步实现了遥感卫星自主任务决策,并达到一定的准确率,对卫星任务智能决策技术进行了有益探索。

应用深度学习的卫星典型单机故障预警平台设计

为了及早发现卫星典型单机的趋势性异常,基于Docker容器和微服务架构设计了卫星典型单机故障预警平台,包括数据预处理、样本数据增广、模型训练及验证、模型软件自动构建等系统,具备良好的可扩展性。在此基础上,重点研究并给出了应用深度学习的典型单机预警模型构建与软件自动化封装运行方法。利用针对北斗卫星2个典型单机构建的实例模型和15份故障样本,验证了故障预警平台设计的有效性。文章的研究成果可为最终实现卫星系统的智能运维提供参考。