Simulation for CCSDS Advanced Orbiting System (AOS)with BONeS Designer

This paper describes the modeling and simulation of the protocol of CCSDS advanced orbiting systems (AOS). The network features modeled in the implementation of CCSDS AOS are to multiplex different kinds of sources into virtual channel data units ( VCDUs) in the data processing module. The emphasis of this work is placed on the algorithm for com-mutating VCDUs into physical channels in the form of continuous data stream. The objectives of modeling CCSDS AOS protocol are to analyze the performance of this protocol when it is used to process various data.

基于CST的涡旋电磁波虚拟仿真实验教学案例探讨

用CST全波电磁仿真软件实现涡旋电磁波的虚拟仿真实验,给学生提供抽象概念的直观理解。实验以全波电磁仿真软件CST为工具,研究了涡旋电磁波这种抽象难懂的电磁波传播现象,并结合Python语言对仿真结果进行处理,获得了直观形象的教学效果,有利于学生对电磁波基本概念的掌握,了解当前电磁场与电磁波领域的科技前沿,提高综合素质。

基于Orbital Shrinking的数据中心虚拟机最优放置算法

虚拟机放置技术能够控制智能电网数据中心物理服务器的资源使用,将有效提升资源使用效率。虚拟机放置策略的思路主要基于时间、空间、计算资源和能耗的综合均衡,其主要面临的瓶颈包括鲁棒性和灵活性的平衡矛盾,以及有限资源的非均衡分配问题。根据当前电力数据中心结构复杂和资源利用率低的问题,本文提出一种基于Orbital Shrinking的数据中心虚拟机最优放置算法,首先研究虚拟机放置的数据中心适用性问题,有效地从多维目标优化和边界动态约束这2方面分析数据中心的资源状态。基于Orbital Shrinking模型,建立计算资源、时空状态和能耗条件的多维背包模型,实现虚拟机放置策略的整体平衡。通过实验仿真表明,新算法能够有效提升数据中心服务器的计算资源利用效率9.8%,降低数据处理时延10.3 s。

虚拟测试技术在卫星研制中的应用

针对卫星研制过程中技术难度跨越大和“阶段交叠,多线并行”等问题,提出一种虚拟测试技术.该技术以虚拟测试平台为依托,将星上软件嵌入虚拟目标机中,并将其与动力学仿真软件、部件仿真软件和自动化测试软件共同运行于一台PC机上,实现了软件运行的真实底层环境、软件各项功能、对外接口的模拟.虚拟测试具备“全软件工作”和“半实物工作”等多个模式,既能采用全虚拟部件运行,也支持接入真实部件,可应用于卫星各个研制阶段.和传统纯硬件测试相比,虚拟测试大大提前了测试时机,丰富了测试手段,同时缩短了测试周期,提高了卫星研制效率,节约了研制成本,具有较强的工程推广价值.

陆地探测一号卫星严格回归轨道控制实践

陆地探测一号卫星搭载了L波段多极化SAR进行对地观测,为保证高精度、高频次的地面时空重访,卫星在轨进行了严格回归轨道控制。针对双星分批部署的任务约束问题,基于严格回归轨道特性,分析了发射窗口差异对轨控的影响,初期组网捕获采用了摄动补偿控制策略,能够有效减少燃料消耗。针对严格回归轨道的长期面内外控制在轨实践情况进行了分析研究,在轨飞行结果表明,卫星真实轨迹维持在参考轨迹附近百米级管径内,满足了预期的管径控制要求。

低轨卫星网络的航点分段路由及业务性能分析

提出一种基于卫星航点的分段路由(waypoint-segment routing,WSR)算法,WSR算法以可预测的卫星网络拓扑运动周期为基础,根据卫星节点链路状态确定卫星航点的位置;利用分段路由灵活规划分组传输路径的机制,提前响应网络拓扑变化,计算得到一条不受网络拓扑快照切换影响的传输路径。基于NS-3仿真平台进行仿真实验,设置源节点与目标节点在反向缝同侧与不同侧两种场景,选取优化链路状态路由(optimized link state routing,OLSR)算法和最短路径算法与WSR进行时延抖动与分组丢失率的对比分析。实验证明WSR与OLSR相比,两种场景下最大时延抖动分别降低46 ms与126 ms,分组丢失率分别降低30%和21%,并且能够解决拓扑快照切换导致分组传输路径中断的问题。

陆探一号卫星严格回归轨道管道导航在轨应用与验证

严格回归轨道的设计基于高阶次的地球非球形引力场模型,属于太阳同步回归、冻结轨道,回归周期始末的地固系空间轨迹高度重合.卫星在轨的自主管道导航以地面设计的严格回归轨道作为参考轨道,卫星与参考轨道形成一个虚拟编队.严格回归轨道的设计未考虑大气阻力,卫星在轨由于大气阻力导致的轨道衰减可由自主定轨与参考轨道的偏差进行估算.为了实现参考轨道的重复使用,严格回归轨道的设计也未考虑历元相关的日月三体引力等摄动影响,轨道倾角的长期运动和周期运动规律需要结合在轨数据进行辨识.本文应用陆探一号的在轨遥测数据,对上述轨道运动特性进行了分析.

低轨星座路由技术研究现状与展望

低轨星座网络具有覆盖范围广、传输时延少、顽存能力强等优点,在宽带互联网接入服务、物联网、导航增强等方面具有重要应用。星间路由是星座网络的关键技术,直接影响其服务性能。众多学者对路由展开广泛且深入的研究。首先基于拓扑获取方式、传输数据方式、路由计算地点及计算方式等分类方法分析并归纳了低轨星座路由。其次从时间虚拟化、虚拟节点、动态拓扑更新路由以及拥塞避免角度介绍了典型路由及其改进,总结并对比了主要路由的特点,最后在此基础上提出了低轨星座路由的发展趋势。

基于智能路钮的超高速公路虚拟轨道系统研究

为提高超高速公路行驶安全性,使用结构分析和数学模型的方法研究基于智能路钮的高速公路虚拟轨道系统.该系统由路面子系统、车载子系统和服务中心子系统组成.安装车载系统的车辆接近写入路钮时激活虚拟轨道系统,阅读器读取标签路钮的位置坐标和该处道路线形信息,同时数据处理模块读取线形参数并处理得到道路切线与车身角度,读取前轮偏角、车辆速度和相邻两个标签路钮之间的距离,利用计算模型得到车辆在相邻两个标签路钮之间行驶时方向盘的转动角速度,并将控制参数发送给转向电机.研究结果表明,当超高速公路设计车速分别为140,160,180 km/h时,只要保证路钮间的距离分别小于1.33,1.50,1.69 m,就可保证车辆偏离中心线的距离小于0.5 m.因此,基于智能路钮的虚拟轨道系统可将车辆限制在虚拟轨道内行驶,保证超高速公路的安全性.

虚轨道定域化

通过引入虚轨道定域化函数,扩展了集居数的定域化方法.在从头算STO-3G水平上用扩展后的方法计算无机小分子、烷烃、卤代烷、醇、胺及共轭烃等.结果表明,定域占据轨道与定域虚轨道的系数和能级分布具有相似的规律.

GPS/VRS网络实时精密轨道改正算法研究

分析了卫星轨道误差对于GPS/VRS网络的影响,并利用IGS精密预报星历和GPS广播星历信息,提出了一种适用于GPS/VRS区域参考站网络的VRS精密轨道实时改正数法。基于四川GPS连续运行参考站网络(SGRSN)和南加州集成GPS观测网络(SCIGN)实测数据的分析表明,与现有常规网络内插轨道改正方法相比,新方法具有更高的轨道误差改正精度,相对改正理论精度优于0.004×10-6,使轨道误差对100km以内的RTK定位影响为亚毫米级,适用于GPS/VRS网络厘米级动态RTK定位的精密轨道误差改正。

轨道轰炸飞行器过渡段轨道设计与制导

针对轨道轰炸飞行器(OBV)的过渡段轨道设计与制导技术进行了讨论。在初始点位置、再入点位置和再入角固定的前提下,根据冲量假设和二体理论设计了固定时间转移轨道,其实质在于制动点位置和制动速度的确定。为了消除设计偏差,提出了一种基于虚拟再入点补偿的有限推力制导方案,并简要分析了关机点参数的选取原则。对于耗尽关机的动力系统,通过运用能量管理技术实现了多余燃料的耗散。仿真结果验证了上述方法的有效性。

AOS虚拟信道链路控制器和VCDU合路器的设计实现

在深入研究高级在轨系统(AOS)标准和对星载数据系统进行分析的基础上,设计实现了AOS虚拟信道链路控制器和虚拟信道数据单元(VCDU)合路器。该设计采用现场可编程门阵列(FPGA)实现高级在轨系统虚拟信道链路控制(VCLC)子层的位流业务和虚拟信道存取(VCA)子层的VCA业务,完成了位流协议数据单元(B_PDU)的构造,VCDU的组装、调度、填充和定界等功能,实现了对整星数据流的统一管理。在卫星的星载数据系统设计中,将有效载荷数据和航天器平台数据合一,形成统一数据流,可以节约频率资源,支持宽带数据传输、实现整星数据流的统一管理,使整个系统更灵活、更开放、更有效,提高卫星的自主管理能力。

具有广泛适用性的AOS虚拟信道调度算法

针对现有的基于虚拟信道紧迫度的动态调度算法的不足,提出了一种新的高级在轨系统虚拟信道动态调度算法。该算法首先估算虚拟信道的紧迫度和数据帧的紧迫度,然后用加权系数将二者结合起来构造成一个全新的虚拟信道传送紧迫度函数,再根据该函数的值进行判决调度。对于高级在轨系统中不同速率、不同性质、不同类型的星上数据源,该算法均可通过选择合适的加权系数灵活地分配传输时隙,保证各用户合理、动态地占用物理信道,满足对数据的传输时延要求,因此具有广泛的适用性。理论分析和仿真结果表明。

基于虚拟测距的单星光学监测空间目标定轨方法

基于单颗天基卫星的光学监测数据在轨道改进时的可观测性差,迭代难以收敛,甚至法方程病态,造成大批量空间目标编目定轨失败。本文分析了仅利用单星光学监测确定空间目标轨道的特点和难点,针对基于天基监测的定轨亏秩问题和单星光学监测定轨的可观测度进行了研究。基于先验轨道信息建立了虚拟测距模型,提出了一种利用虚拟测距和天基测角数据联合的轨道改进方法,提高了利用单颗天基卫星的光学监测数据定轨系统的可观测性。采用我国首颗天基监测试验卫星2015年某40天内监测到的400多个目标的实测数据进行验证,添加虚拟测距后,定轨成功率由原来小于10%提高到90%以上,同时提高了轨道确定精度。

在轨发射有效载荷动力学仿真

对有效载荷的在轨发射全过程进行了仿真。建立了发射装置的虚拟样机模型以及有效载荷与飞行器平台的动力学模型,将虚拟样机模型的计算结果输入动力学模型,分析了发射装置误差对有效载荷发射平稳性的影响,研究了发射后有效载荷的相对运动轨迹的安全性。仿真结果表明,发射装置弹簧推力偏斜与有效载荷质心偏移是有效载荷产生较大出筒角速度的主要原因;在不同飞行器平台发射方位角条件下,有效载荷的相对运动轨迹均符合安全要求。

一种有限缓存下的高级在轨多路复用等时帧生成模型

在高级在轨系统的成帧过程中,缓存容量和复用效率直接影响VCA子层和整个系统的吞吐性能.不同于之前的无限缓存长等待时间模型,本文基于泊松分布,建立了MPDU复用的统计概率模型,提出一种基于有限缓存的等时帧生成模型,并推导出了表征缓存容量、成帧等待时间和效率关系的递推公式.将理论公式递推数据与仿真数据进行比较,仿真结果表明递推公式能较好地刻画真实的成帧过程.

面向在轨测量任务的伴飞机器人三维仿真系统

为了避免空间伴飞机器人末端探测器与自身载体或者与待测航天器之间发生碰撞,在实际进行在轨测量之前,需要对其末端探测器轨迹规划方法进行充分的三维图形仿真.针对现有空间机器人地面仿真系统不能可视化的问题,设计了一种基于虚拟现实技术的三维仿真系统.首先,建立了基于Open Inventor的空间机器人三维实体几何模型,并构建反应空间机器人逻辑位置的三维仿真场景.然后,基于数据传输技术和构建的三维仿真场景建立了空间机器人可视化三维仿真系统.最后,建立空间机器人运动学模型并对空间机器人末端执行器跟踪的圆弧轨迹进行规划.仿真结果表明,利用该系统可直观得到空间机器人的运动过程以及空间机器人载体的运动特性,有利于空间机器人的轨迹规划和控制算法的仿真研究,可避免因不当轨迹规划而造成空间机器人发生碰撞.

实现大空域变轨的三维虚拟目标比例导引律

为了实现反舰导弹的大空域变轨,提出了一种三维虚拟目标比例导引律。该导引律利用简单的控制指令就能控制导弹完成复杂的大空域变轨。采用变轨弹道可以提高导弹的机动性,有效地对抗敌方反导武器系统的拦截,提高突防能力。同时,采用变轨弹道可以增大导弹的射程,实现防区外发射,从而有效地提高发射平台的生存能力。最后,通过仿真实例证明所提出的导引律是很有效的。

单轴有限推力下卫星轨道快速机动控制

针对仅能提供单轴推力的卫星轨道机动的快速性问题,提出了一种利用高斯伪谱法来求解最优控制问题的方法.通过引入"虚拟卫星"的概念,将卫星轨道机动问题转化为实际卫星与虚拟卫星的软交会问题.建立了相对运动方程,以机动时间为性能指标,利用高斯伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题,避开了求解两点边值问题的困难.通过使用MATLAB优化工具箱求解得到最优轨迹.结果表明,高斯伪谱法针对多约束、非线性强耦合方程,求解速度快,精度高,对初值选取不十分敏感,寻优能力强,且具有一定的鲁棒性.