基于形式化方法的航天器软件系统测试技术

随着航天技术的飞速发展,航天器软件系统复杂度正在逐渐上升,导致航天器系统面临的软件系统安全性、可靠性问题越来越突出,将直接影响到航天器软件系统安全性能。如何有效验证测试航天器软件系统的安全性、可靠性已经成为航天器测试技术领域中需要深入研究的重点问题。本文针对航天器软件系统安全需求,归纳列举各类基于严格数学思想的形式化测试验证技术和相关模型,此类技术能够用于复杂软件系统的测试验证工作,有效发现系统中存在各类安全问题和系统缺陷,提升软件系统产品的安全性和可靠性。

航天器测控与通信分系统自主健康管理方法

目前,大多数航天器的测控与通信分系统的自主健康管理功能局限于物理层设计,缺乏基于分层结构的系统设计,难以适应特殊工况。针对航天器长期在轨自主飞行对测控与通信分系统的需求,提出一种分层结构的自主健康管理方法,分别从物理层、数据链路层和应用层进行设计。物理层从“看门狗”和回读重配置2个方面开展设计;数据链路层完成基于射频链路的自主检测设计;应用层分别完成导航接收机自主健康监测、航天器掉电恢复后自主建链和发射机的自动功率控制策略设计。该方法在地面测试及在轨飞行中的验证结果表明:它能分别从物理层、数据链路层和应用层实现航天器测控与通信分系统的自主健康管理功能,适应航天器长期在轨自主飞行的需求及特殊工况。

基于空间非一致模糊核标定的红外图像超分辨率重建方法

近年来,红外成像系统在工业、安防、遥感等领域获得了广泛的应用,但由于制造工艺及成本制约,红外系统的分辨率仍然较低。基于深度神经网络的单帧图像超分辨率重建技术是提高红外图像分辨率的有效方法,获得了广泛研究,并在仿真图像上取得了显著进展,但应用于实际场景图像时容易出现伪影或图像模糊等现象。造成这种性能差异的主要原因是目前方法大多假定造成图像退化的模糊核是空间一致的,然而实际红外光学系统不可避免地存在像差、热离焦等,由此造成的图像模糊的模糊核并非空间一致的。针对这一问题,提出了一种非盲模糊核估计方法,通过采集特定的靶标图像,并设计模糊核估计网络,求解空间非一致模糊核;设计基于图像分块的超分辨率重建方法,将图像块和对应区域的模糊核一起输入非盲超分辨率重建网络进行子块图像重建,再通过子块合并和重叠区域图像融合,得到最终的高分辨率图像。实验结果表明,光学系统自身引起了模糊核随空间位置缓慢变化,在实验室条件下标定模糊核并基于图像分块进行超分辨率重建的方法可显著提高红外图像超分辨率重建的效果。

星间链路通信收发一体化系统设计

随着卫星制造发射成本的降低以及全球通信需求的增加,低轨星间链路技术成为研究热点;星间链路可将多颗卫星互联,建立具有导航和通信功能的自主运行系统,可靠的通信技术是当前的研究重点;为了适应外太空具有较大多普勒频移的高动态环境,设计了星间链路通信收发一体化系统;发射端采用UQPSK直接序列扩频技术,双通道架构可同时完成不同速率的导航与通信数据的发射,再运用LDPC编码技术提升数据发射速率与稳定性;接收端采用改进的PMF-FFT分段捕获算法与归一化最小和LDPC译码算法,以快速准确捕获星间信息;在FPGA硬件平台经过多次测试,该系统均可在高动态环境下,正确快速捕获到多普勒频移高达±341 kHz的信号,捕获算法时间均可保持在200 ms以内,符合实际应用中的性能需求。

面向低资源场景的实体知识获取研究综述

实体获取是信息抽取的核心任务。近年来,在大数据训练模型的趋势下,深度学习在实体获取任务上取得了成功。但在自然环境等领域中,地形、灾害等类型的实体样本或者标注样本很少,而且对无标签样本进行标注又耗时费力。因此,面向低资源场景的实体获取逐渐受到关注,该任务被称作低资源实体获取或小样本实体获取。系统地梳理了当前低资源实体获取的相关工作,具体来说介绍了基于元学习、基于多任务学习和基于提示学习这3类方法的研究现状;总结了目前常用的低资源实体获取数据集和代表性模型在这些数据集上的实验结果;对低资源实体获取的方法进行了总结与分析;总结了低资源实体获取的挑战,并展望了未来发展方向。

国际空间站宇航光纤通信器件发展综述

光纤通信技术在国际空间站(ISS)上首次大规模应用,是光通信技术从地面进入太空应用的一个重要里程碑。回顾了ISS舱内光纤通信所用宇航光缆和光纤连接器的技术发展历程,阐述了ISS对光纤通信技术的特殊需求;介绍了美国航空航天局(NASA)开展的光纤器件空间适应性试验研究情况,NASA和欧洲太空总署(ESA)负责建造舱段的光纤通信系统,以及NASA针对ISS光纤通信器件缺陷问题的质量调查情况和整改过程;结合ISS光纤通信器件质量问题的案例分析,总结了宇航光缆和光纤连接器在制造、工艺、材料、环境、检测和管理方面存在的问题和经验教训。最后,对宇航光纤通信器件的研发方向进行了展望。

基于深度学习的红外成像退化模型辨识及超分辨率成像方法

红外成像系统由于制造工艺和成本制约,分辨率仍然较低。图像超分辨率重建技术是提高图像分辨率的有效方法,获得了广泛研究,并在仿真图像上获得了很好的效果,但应用于实际图像时效果不甚理想,主要原因是实际成像退化更加复杂,包括红外光学系统像差和装配误差引起的空间非一致模糊,以及受工作温度影响导致的模糊核变化。针对上述问题,提出一种基于深度学习的红外成像退化模型辨识方法和基于退化模型约束的超分辨率重建方法,通过在不同工作温度下采集标定靶标图像,标定不同工作温度、不同空间位置的模糊核;采用卷积神经网络建立成像退化模型,并利用定标数据进行模型参数求解,为超分辨率重建提供更多先验信息;设计迭代超分辨率重建网络,交替进行退化参数估计和超分辨率重建,经过多次迭代逐步提高重建效果。实验结果表明,采用卷积神经网络求解的成像退化模型可准确描述模糊核变化规律,基于退化模型约束和退化参数在线学习的超分辨率重建方法可显著提高红外超分辨率成像的效果,具有较高的工程应用价值。

北斗三号仅用作追踪的机载设备适航要求分析

随着北斗三号卫星导航系统服务正式开通,北斗二号相关适航标准已无法满足当前机载设备应用场景需求,严重制约了北斗在民航领域的应用进程,急需开展北斗三号相应标准的研究与制定。针对北斗在民用航空器中应用第1阶段“仅用作航空器追踪”,对北斗二号与北斗三号开展差异性分析,提出标准修订总体方案,综合考虑适航安全性、机载设备应用场景,结合工业实践,根据设备构型提出指标修订方案,形成审定要素及符合性方法建议,为设备研发与适航取证提供标准支持。仿真分析了设备天线增益、卫星可见性等关键参数,验证了所修订技术指标的正确性。

面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究

由于高轨空间超出北斗卫星导航系统的正常服务区域,导航信号微弱、可见性差,难以实现高轨飞行器全程稳定可靠的导航定位服务。提出了以空间卫星为时空基准传递平台,向高轨空间区域发射导航信号,从而提高高轨飞行器导航性能的方法,并展开面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究。基于卫星可见性、精度衰减因子(DOP)、信号接收门限和所需增强卫星数目等评估指标,仿真分析了基于LEO星座、MEO星座和HEO星座的北斗导航增强性能。

航天器共因失效分析与预防初探

简要介绍了共因失效相关概念及分析方法,通过共因失效案例分析,对航天器如何开展共因失效分析以及如何预防共因失效进行了初步探讨,提出了航天器开展共因失效分析的定性和定量方法以及预防共因失效的措施。

基于密码的卫星互联网安全防护体系研究

卫星互联网作为一种新型的空间网络信息基础设施,具有广覆盖、低延时、低成本、地面通信的重要补充、备份、延伸角色等优点,但同时随着卫星互联网技术的不断发展和应用,卫星互联网安全防护问题日益突出,面临着诸多安全威胁,如卫星节点暴露、通信信道开放、异构网络互联、拓扑动态变化、处理能力受限等。针对这些安全威胁,以密码技术为核心,提出了一种基于密码的卫星互联网安全防护体系,包括物理设施安全防护、通信链路安全防护、计算机系统和网络安全防护、数据安全防护、业务应用安全防护等多个方面,并介绍了基于密码的卫星互联网安全防护实践,以及卫星互联网安全防护未来的发展趋势。

星地异构网络联合QoS保障关键技术

针对星地异构网络的拓扑结构高动态、星地链路高差异、网络资源强受限等特征给星地融合业务高效承载带来重大挑战的问题,深入分析星地异构网络发展现状,提出星地异构网络联合QoS保障系统架构。并在此基础上,针对跨域资源统一编排管理、星地联合QoS指标参考体系构建、联合QoS动态策略调控、星地资源按需适配与部署等关键技术进行探讨。

基于卫星数据的海上目标特性数据处理系统

为解决基于卫星数据的海上目标特性数据处理分析、应用服务的相互访问以及调用,针对各类算法模型在集成系统中统一对计算资源管理,提出一种基于卫星数据的目标特性数据处理集成系统设计,支持遥感数据驱动、实测任务驱动2种方式自启动任务。通过系统级架构设计的同时,对原型系统进行测试,该系统可以实现实测任务背景下的卫星数据采集,目标特性数据全流程自动化提取,以及多维目标特性可视化分析比对,采用微服务架构、GPU加速等技术手段,构建常态化、全链条目标特性数据处理系统,实现目标特性数据的高效积累。

一种终端间隙结构的波导缝隙阵列平板天线

为降低传统的波导缝隙阵列平板天线加工难度,提高环境适应性,分析了波导终端间隙结构对辐射波导输入阻抗的影响,提出了一种终端间隙结构的波导缝隙阵列平板天线,并给出了设计方法及22×4阵元Ka波段阵列的仿真结果。仿真结果表明:终端间隙尺寸较小时,终端间隙结构的波导缝隙阵列天线与传统的波导缝隙阵列天线性能基本一致;终端间隙结构的阵列在生产加工、环境适应性方面,具有较好的优势。

面向空间应用的高可靠以太网接口设计

针对时间触发以太网的信息网络能够满足高带宽、低延迟、高可靠的应用需求,文章提出了一种兼容传统以太网,实现关键流量降级传输的以太网接口设计方案,并完成接口逻辑实现。文章对数据帧的发送延迟、接收延迟等主要指标进行了仿真和实物测试,最后与1553B总线进行了对比,结果表明该接口能够满足当前飞行器数据传输要求,可以应用于面向空间应用的各类高带宽、低延迟、高可靠数据传输场景。

基于机器学习的足球停球动作的细微差异识别

基于微型传感器的可穿戴设备在多种运动中的应用正在蓬勃发展,尽管智能腕带已应用于多种方面,但它们在体育运动中的多样性仍有待进一步探索。目前,大部分研究集中在对不同动作的识别,但在相同动作中的细微差异分析方面研究较少。在这项工作中,可通过佩戴6自由度惯性测量单元的智能腕带,捕捉足球停球时的细微动作,并分析这种球类运动的细微动作。通过使用机器学习算法学习提取的动作特征,识别每个细微运动的2种状态。结果表明,通过智能腕带可以捕捉分析运动中的细微动作,有助于为运动提供实际的动作指导。

卫星地面站供电设计分析

卫星地面站供电设计是地面站设计的重要组成部分,关系到整个地面站的安全和稳定运行。介绍卫星地面站供电系统的基本组成,包括供电输入端、不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)和负载输出端,并针对现有卫星地面站的供电不足,提出不同电力环境下的优化设计方法,全面提升地面站的供电系统可靠性和使用效能,为后续卫星地面站供电设计提供重要参考。

低低重力卫星KBR和ACC噪声敏感度分析

利用低低卫卫跟踪观测数据所解算的时变重力场是探测分析全球质量变化迁移的重要手段。利用一个月的低低跟踪模式卫星仿真观测数据,分析了星间距离变率误差和加速度计误差对重力场模型解算精度的影响。结果表明:以3×10^(-10)m/s^(2)的加速度计观测误差和5×10^(-7)m/s的距离变率观测误差为基准,当加速度计误差增大一个量级时,截断至120阶次重力异常累积阶误差为3.39mGal;当星间距离变率误差增大一个量级时,截断至120阶次的重力异常累积阶误差为12.39mGal,远大于参考设计指标2mGal。通过比较分析可以说明,星间距离变率误差比加速度计误差对重力场模型精度影响更为敏感,这对低低跟踪体制重力卫星设计、重力卫星下传数据预处理有重要参考意义。

航天企业管理存在的问题及对策

以我国航天企业的管理现状为切入点,从成本、人员、质量管理体系等方面进行分析,给出相应对策和改进建议。

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。