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。

智能高速铁路中基于低轨卫星网络的通信关键技术研究

智能高速铁路是构建现代综合交通运输体系的重要组成部分,建立支持高移动性、高速率、高可靠性、高实时性的通信链路是列车安全运行的基石。针对高速铁路空间跨度范围大、轨旁通信设备成本高、越区切换频繁等问题,探讨基于低轨卫星互联网技术实现车地通信的可能性及关键技术。分析智能高速铁路通信业务需求并根据不同的业务类型采用对应的专网或公网进行承载。研究了基于公网卫星互联网络的高速铁路无线接入架构。并在此基础上进一步探讨了面向智能高速铁路的卫星接入与低时延传输、星地链路多普勒频偏、星内/间波束切换等关键技术,以期实现低时延、高可靠的星地通信链路。

基于深度Q网络算法的卫星边缘卸载策略

在星地融合网络中,为了降低用户卸载计算任务的时延和能耗,将边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)技术与星地协同网络结合,提出一种基于深度Q网络(Deep Q-Network, DQN)算法的卫星边缘卸载策略。在卫星网络边缘部署MEC服务器,将中心处理单元(Central Processing Unit, CPU)设为可与周围环境交互的智能体,建立任务卸载时延和能耗加权和最小化问题。为求解该非凸优化问题,将其转化为马尔科夫决策过程,确立对应的状态空间、动作空间和奖励函数及策略更新函数,寻求最优解。仿真结果表明,与基于Q学习(Q-learning)策略和基于演员家-评论家(Actor-Critic, AC)策略进行对比,所提策略可以有效地增加系统的平均回报值,降低系统开销。

国外新一代高轨通信卫星平台现状与分析

首先,介绍了国外新一代各类型高轨通信卫星平台的发展现状,给出了Spacebus-NEO、Eurostar-NEO、A2100/LM 2100、SSL-1300、BSS-702HP、Space Inspire、Onesat、BSS-702X、Astranis等卫星平台的主要技术指标。分析了国外新一代高轨通信卫星平台在有效载荷承载力、电推力器、空间展开机构、热控、太阳翼等方面的发展趋势,并分析了高轨通信卫星市场趋势和低成本等方面的发展特点。最后,提出了我国下一代高轨通信卫星平台的发展建议,可以作为发展我国未来高轨卫星平台的参考。

面向智能高铁的低轨卫星通信发展综述

低轨卫星具备大带宽、低时延、广覆盖等优点,非常适合作为地面网络的补充,实现智能高铁全线路覆盖、无缝连接的要求,有助于构建空天地一体化通信网络。针对现行铁路移动通信网络存在的不足,研究低轨卫星在智能高铁中的应用以及关键技术,首先分析智能高铁的通信需求,然后介绍国内外铁路卫星通信的发展现状,最后从传播特性、物理层参数、波束切换、资源管理等几个方面对低轨卫星应用在智能高铁领域的关键技术与挑战进行探讨。

低轨大功率电源系统的设计研究

随着低轨卫星应用领域的不断深化,载荷功率随之增加,平台功率降额十分有限。针对低轨卫星的功耗不断增加,提出了一种新的电源系统设计方案,包括采用双母线机制,平台为全调节母线,载荷为不调节母线,两条母线独立设计,大大降低了PCU单机热耗,提高了电源系统的充放电效率;并对系统的热处理和放电不均衡度进行了可靠性分析,延长了系统的在轨使用寿命。通过软件仿真及在轨验证,这种设计既能保证平台母线稳定输出,又能保证载荷的大功率供电需求,还可以提高电源系统在轨服役的可靠性。这种设计方案对后续低轨大功率卫星电源系统的设计有一定的指导意义。

基于GNSS的高轨卫星定位技术研究

利用全球卫星导航系统(GNSS)进行导航定位具有全球、全天候、实时和高精度的优点,应用于高地球轨道(HEO)卫星的定位,能够提供精确的轨道和姿态确定,并且可以克服目前主要利用地面测控系统对HEO卫星进行定位的设备复杂、投资高等缺点,使得自主导航成为可能.本文对利用GNSS的高轨卫星定位相关技术进行了研究,分析了单一GNSS系统和多个GNSS组合系统的卫星可见性、动态性和几何精度因子(GDOP).通过仿真分析表明,利用组合GNSS系统并通过提高GNSS接收机灵敏度的方法,可以解决GNSS进行HEO卫星定位的相关问题,并能保证HEO卫星定位精度的要求.

利用GPS实现高轨卫星定位的抗远近效应算法

针对GPS应用于高轨卫星定位面临的远近效应问题,提出利用正交相关的联合极大似然估计算法来对GPS信号进行二维搜索,可以得到正确的码延时及多普勒估计.极大似然估计算法首先利用滑行相关法对仿真信号中的强信号进行搜索,得到强信号模型,然后利用正交相关去掉强信号,最终实现对弱信号的正确捕获.本文对高轨卫星接收到的GPS信号进行了功率分析,并建立了信号模型,进行了算法仿真.结果表明,这种估计算法能够提高二维搜索性能,有效解决远近效应问题.

面向高轨目标的强度相干成像技术研究

强度相干成像技术是指利用地基强度相干阵列测量空间目标光强随机涨落的相干性,可获得目标的空间频谱模值,结合目标先验信息即可恢复目标光强分布图像。这种成像方法具有成像分辨力高、设备精度要求低、受大气湍流影响小等优点,目前已应用于恒星目标的成像观测领域,是一种有发展前景的地基光学成像手段。在综述强度相干技术原理与发展历程基础上,分析了利用强度相干阵列对高轨目标成像的可行性,认为在利用强度相干阵列对高轨目标成像过程中,主要存在空间频谱探测信噪比低和相位恢复复杂2大难题,提出利用激光主动照明对目标进行探测,同时采用符合计数方法和正则化优化方法可提高探测信噪比与相位恢复质量,对实现高轨目标成像有一定参考。

基于高轨航天器的GNSS接收机技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)应用于高轨航天器时,因轨道高于导航卫星,可见星数量急剧减少,空间信号功率微弱,信号的快速捕获和跟踪十分困难。文章对高轨地球同步轨道(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)接收技术进行了研究。以中国实践十七号卫星为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图对GEO下GNSS信号特征及可用性开展研究分析,并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,采用长时间积分处理的梳状滤波方法、差分相干累加比特同步算法和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计GNSS接收机,并在半物理仿真平台进行了测试验证。试验结果表明:GNSS接收机捕获灵敏度优于-173dBW,跟踪灵敏度优于-175dBW,定轨位置精度优于50m,速度精度优于0.01m/s。

低轨道高压太阳电池阵充放电效应试验

针对我国空间站采用的高压太阳电池,开展低轨道等离子体环境下高压太阳阵样品充放电效应试验,在实验室复现了高压太阳电池阵静电放电和二次放电现象。结果表明,高压太阳电池偏置电压为-70 V时开始出现静电放电,且静电放电次数随着偏置电压的减小而增大,并在高密度的等离子体环境下更容易发生静电放电。当偏置电压为-100 V,串间电压为80 V时观测到了二次放电。

低轨高分辨率遥感卫星姿态机动对月定标方法

月球作为光谱特性稳定、光强在探测器动态范围内的理想定标源,利用月球进行卫星在轨对月定标是提高辐射定标效率、监测探测器成像稳定性的重要手段之一。针对低轨高分辨率遥感卫星,提出了一种姿态机动对月定标方法,包括对月定标时机选择、对月定标卫星姿态规划以及载荷成像参数选取等技术。并基于某在轨运行的低轨光学遥感卫星成功开展了15次对月定标实验,卫星姿态角速度为0.06(°)/s,载荷积分时间为0.2938 ms,月相角覆盖-79.872°~89.236°。实验结果表明,卫星姿态实际执行情况符合设计的对月定标卫星姿态规划流程,且该对月定标方法具有很高的观测效率,仅耗时1500 s,不会影响卫星正常的对地观测任务;地面获取的15幅月球图像纹理清晰、稳定,对月空间分辨率优于1.18 km,图像DN值分布层次感较好;计算得出的月球辐照度分布趋势与国际上ROLO(Robotic Lunar Observatory)模型公布的趋势一致。实验结果验证了提出的对月定标方法的正确性及合理性,同时实现了中国首次低轨高分辨率遥感卫星姿态机动对月球多月相角观测,可为长期监测卫星探测器的成像稳定性和大量积累对月定标数据、建立中国自主可控的月球辐射模型提供可靠依据。

实现同步轨道(GEO)高分辨力对地观测的技术途径(上)

在地球静止同步轨道(GEO)上实现高分辨力对地观测,具有一系列独特优点,远为其它轨道所不及。然而,对于36000 km的远程高分辨力可见波段观测,要求望远镜必须具备20 m以上口径的主镜。传统的空间相机,如果要有如此大的口径,其总质量将超过1000 t,无法发射到GEO上。无支撑薄膜望远镜和大口径衍射望远镜,可以大幅度降低主镜质量面密度,从而降低整个相机系统的总质量,可算是一种极好的技术途径。分步发射与在轨装配,则提供了可供此类观测系统实施从地面转运到GEO的技术手段。基于变换成像原理的傅里叶望远镜,将高分辨力的取得,由增大接收口径转变为加大发射间隔,用大面积回波能量探测加上傅里叶分量重构,取代常见的目标图像直接探测,突破了远程高分辨力观测的致命瓶颈。近完美透镜为突破衍射极限提供了可能性,从而为超分辨力观测开拓出一片科学的新天地。负折射率材料(左手型材料)可制成完美透镜,而光子晶体是负折射率材料的热门选择之一,基于表面等离子激元(SPP)的光子器件则是其另一种选择。

实现同步轨道(GEO)高分辨力对地观测的技术途径(下)

在地球静止同步轨道(GEO)上实现高分辨力对地观测,具有一系列独特优点,远为其它轨道所不及。然而,对于36000km的远程高分辨力可见波段观测,要求望远镜必须具备20m以上口径的主镜。传统的空间相机,如果要有如此大的口径,其总质量将超过1000t,无法发射到GEO上。无支撑薄膜望远镜和大口径衍射望远镜,可以大幅度降低主镜质量面密度,从而降低整个相机系统的总质量,可算是一种极好的技术途径。分步发射与在轨装配,则提供了可供此类观测系统实施从地面转运到GEO的技术手段。基于变换成像原理的傅里叶望远镜,将高分辨力的取得,由增大接收口径转变为加大发射间隔,用大面积回波能量探测加上傅里叶分量重构,取代常见的目标图像直接探测,突破了远程高分辨力观测的致命瓶颈。近完美透镜为突破衍射极限提供了可能性,从而为超分辨力观测开拓出一片科学的新天地。负折射率材料(左手型材料)可制成完美透镜,而光子晶体是负折射率材料的热门选择之一,基于表面等离子激元(SPP)的光子器件则是其另一种选择。

CBERS-02B卫星高分辨率相机的在轨调焦方法

卫星发射时的振动、由空气到真空环境的转变、微重力的影响等因素都可能会改变相机的焦面位置,导致相机焦面位置发生变化。CBERS-02B卫星在轨测试期间,对高分辨率相机进行了在轨调焦,并取得了明显效果。文章对高分辨率相机的在轨调焦方法和调焦结果进行介绍。

中地球轨道高能电子辐射环境特性分析

采用中国中地球轨道卫星在太阳活动下降相到上升相的高能电子探测数据,首次分析研究了该轨道高能电子环境的空间分布、通量强度、时序变化以及对地磁暴活动响应的特性.结果表明,中地球轨道高能电子的空间分布范围稳定,电子通量强度随能量升高而下降;中地球轨道高能电子环境是一个在不同时间尺度上剧烈变化的动态系统,该系统可能间歇性地出现27天重现性变化,该系统变化受地磁暴事件调制,但其对磁暴的响应呈现出非线性特征.

同平面高低地球轨道气动辅助空间交会

为了实现同平面气动辅助空间交会,首先分析了其必须满足的2个必要条件:轨道转移问题和调相问题。然后分析了同平面HEO-LEO霍曼轨道转移技术及其调相问题。最后通过应用最优控制理论,求解一个典型同平面高轨道向低轨道转移的最优轨迹,确定了OTV在大气作用阶段轨道相角的变化大小。进一步依据空间交会理论得到了同平面HEO-LEO气动辅助空间交会所必须满足的标准相角的计算公式,并分析了气动辅助空间交会的调相问题。最后将霍曼方法和气动辅助方法进行了比较,得出了气动辅助空间交会不但可以节省燃料,而且能够在合理的时间内实现空间交会的结论。

LEO航天器高压太阳电池阵静电放电试验研究

低地球轨道(LEO)航天器高压太阳电池阵存在与等离子体相互作用发生静电放电(ESD)导致其失效的风险,需要确定产生一次放电和二次放电的电压阈值并采取相应的防护措施。文章模拟LEO等离子体环境,采用刚性基板三结砷化镓太阳电池试验件,试验研究了LEO条件下高压太阳电池阵在无防护与涂胶防护状态下发生一次放电和二次放电的电压阈值。在太阳电池组件同样并联间隙情况下,试验结果表明:无防护试验件发生一次放电的电压阈值为110 V,涂胶防护试验件发生一次放电的电压阈值为120 V;太阳电池电路通0.83 A电流,无防护试验件发生二次放电的电压阈值为150 V,涂胶防护试验件发生二次放电的电压阈值为160 V。因此,在设计高压太阳电池阵时,建议合理控制相邻太阳电池串之间的电压差和并联间隙,以及采用在相邻太阳电池串之间涂敷硅橡胶等措施,以有效控制太阳电池阵静电放电的发生。

高轨航天器GNSS技术发展

随着高轨航天器任务和数量逐步增多,使用高轨GNSS技术在一定程度上避免了传统地面测控的局限性,降低了测控站网运行负担和维护成本,且提高了卫星平台自主导航能力和测定轨精度,具有显著的研究意义和应用价值。本文对GNSS用于高轨航天器的技术发展进行分析研究,对比低轨航天器,分析了GNSS在高轨空间环境中应用特点;从高轨GNSS可用性、在轨技术验证和高灵敏接收机技术3个方面,总结高轨GNSS自主导航技术特点和发展历程;分析了高轨事后精密定轨和编队卫星相对导航新任务中GNSS技术特点;从高轨航天器未来发展出发,给出后续高轨GNSS技术研究展望。

静止轨道光学成像卫星研究现状及建议

分别对美国及欧洲的静止轨道高分成像卫星发展路径进行了详细分析,其中美国主要发展由NASA提出的基于衍射成像原理的薄膜光学成像卫星;欧洲主要发展由ESA提出的地球静止高分辨率任务(Geostationary High Resolution Mission,GEO-HR)。GEO-HR包含三个项目:GEO-Oculus(孔径为1.5 m,分辨率为10m);Astrium GO3S(孔径为4m,分辨率为3m);光学合成孔径系统(合成孔径为7m,分辨率为2m)。最后,根据美国及欧洲的静止轨道成像卫星发展的路线,结合我国静止轨道卫星发展现状,分析地球静止轨道高分辨率成像卫星的发展趋势及启示。