自由空间中卫星激光通信

由于具有高速率、大容量、高保密性能的特点,自由空间激光通信成为空间通信中的一个重要发展方向。介绍了自由空间卫星激光通信系统的组成。在详细分析自由空间卫星激光通信系统工作原理的基础上,提出了发展自由空间卫星激光通信的几项关键技术。最后介绍了国内外空间激光通信的研究现状及发展动态。     

基于多Agent技术的卫星星座设计分析

利用自治的卫星星座编队飞行、协同工作来完成复杂的空间任务已经有了越来越强的需求。本文介绍了多Agent技术和多Agent设计与仿真环境ObjectAgent,论述了如何利用多Agent技术进行卫星星座的设计分析,内容包括Agent的定义与实现,多Agent的组织结构,以及多Agent建模方法。     

基于约束满足的多卫星调度模型研究

卫星调度是空间资源管理的一项重要内容,其本身也是一类复杂的资源分配问题。约束满足技术是求解复杂资源分配问题(constraintsatisfactionproblem,CSP)的有效方法。在约束满足问题的理论基础上,首先分析了多卫星调度问题的约束条件(包括任务约束、关联约束和互斥约束);建立了多卫星调度问题的模型;最后,以地球资源观测卫星为对象,给出了示例。     

基于状态-动作模型的中继卫星操作规划问题建模

通过分析中继卫星操作规划问题特点,提出一种基于状态-动作模型的任务规划建模方法。采用PDDL语言对中继卫星的领域知识进行描述,解决动作的持续时间约束、复杂资源约束以及一类特殊的外部事件的表达问题。最终建立的中继卫星操作规划模型表明,该方法较传统规划建模方法具有更强的描述能力。通过引入领域知识将操作任务规划问题分解为规模较小的子规划问题,并给出子任务对应的可选动作集合,从而减小了规划解的搜索空间,提高了求解效率。     

卫星移动终端自适应阵列技术研究

卫星移动通信系统中，地面移动终端常因地面上其它通信系统的干扰而不能正常通信。为了保证卫星移动终端的正常通信，考虑在卫星移动终端采用自适应阵列技术来提高系统性能，详细阐述了采用该技术的必要性和可行性。重点分析了在处理自由度受限情况下，自适应阵列的抗干扰性能以及波隶跟踪性能。仿真结果表明，在卫星移动终端采用恒模阵列能够获得较好的干扰抑制性能。     

面向新型成像卫星自主任务规划系统设计

随着成像卫星硬件水平的提高,其应用目标也有了更高的要求。因为复杂的约束、难以预测的状态信息以及繁杂的需求种类,卫星任务规划问题一直是系统工程领域的难点问题之一。为更好地适应新的应用环境并满足不同用户的需求,设计了自主卫星任务规划系统。其包括星上与地面两个子系统,各子系统中均包含若干模块,分别实现不同的功能并协同完成某些复杂任务。基于对需求分析,整理出了卫星的应用场景、主要模块和关键技术。通过对两套系统的仿真结果比较,论证了该系统框架的可行性与优化效率,并为未来卫星任务规划系统的设计提供了思路。     

天地一体化任务中升空平台的时空特性仿真

针对天地一体化任务的实际需要,建立了卫星轨道计算与升空平台时空特性分析模型,在卫星轨道计算与星地可通信性分析的基础上,提出了升空平台执行天地一体化任务的时空条件分析以及升空平台的任务执行时机和位置的选取方法。以无人机作为升空平台,构建并实现了升空平台用于天地一体化任务的时空覆盖分析与仿真程序。验证了仿真程序的轨道计算数据的可用性,并对仿真结果中的无人机航迹数据进行了比较与分析。     

空间任务论证平台仿真要素研究

仿真是空间任务设计、论证的重要分析手段之一。由于空间任务类型多样,而仿真系统的构建与空间任务密切相关,为了提高系统的重用性、开放性和扩展性,需要对空间任务仿真系统的体系架构和仿真要素进行深入探究。首先分析仿真系统的体系架构,设计了基于分布式的空间任务仿真平台系统结构;然后针对空间任务的特点,将仿真系统组成要素划分为基础仿真实体和扩展仿真实体,并对每个实体的仿真模型进行深入分析;最后通过"磁层-电离层-热层耦合卫星探测计划"的应用,证明仿真平台的合理性和能力。     

基于时间间隔的观测卫星操作规划

卫星的有效载荷的操作规划是卫星自主性的要求，目的是使卫星根据任务目标及有效载荷的当前状态，从有效载荷可选动作集合中自主选择有序的动作集合去完成任务。传统的行为规划技术在时间约束表示上有所不足，因此不能解决有效载荷的操作规划问题。本文介绍了一种基于时间间隔表示的规划方法，并将其应用于卫星的操作规划问题，可以很好的表示有效载荷操作规划中复杂的时间约束，通过一个简单的实例，给出了用这种方法在卫星操作规划问题中的成功应用。     

空间科学卫星数据处理框架研究与系统实现

基于我国空间科学战略发展需求，针对我国空间科学先导专项当前在役与未来即将开展的众多卫星任务，对卫星地面段的数据处理框架及关键技术进行研究，提出了一种通用的具有任务级与资源级双层调度引擎的空间科学卫星数据处理技术框架（space science satellite data processing framework, SDPF），设计实现了自动、高效、实时、标准化的空间科学卫星数据处理系统，使得多卫星任务、多载荷数据源的大规模数据的高度复杂的处理过程得以快速并行完成，在数据处理能力、计算资源规划、应对故障的可靠性、灵活性和可拓展性等方面体现出非常好的应用效果，也可为其他领域相关系统的设计提供参考思路。     

基于GNSS的5G基站高精度时间同步组网算法

基于物联网定位等需求,增强5G移动通信基站之间的时间同步精度有望达到纳秒级。基于“邻域相似性”原理,针对5G基站利用全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)进行授时时，由于可视卫星集合不同造成接收机之间时间同步误差较大,提出一种基站GNSS接收机组网算法,用以消除邻域差异,提高相互邻近的各5G基站之间的时间同步精度,并对该算法进行了实验验证。结果表明,该算法有效解决了由于可视卫星集合不同造成的时间同步误差较大的问题,提高了5G基站之间的时间同步精度。     

基于GNSS的5G基站高精度时间同步组网算法

基于物联网定位等需求,增强5G移动通信基站之间的时间同步精度有望达到纳秒级。基于“邻域相似性”原理,针对5G基站利用全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)进行授时时,由于可视卫星集合不同造成接收机之间时间同步误差较大,提出一种基站GNSS接收机组网算法,用以消除邻域差异,提高相互邻近的各5G基站之间的时间同步精度,并对该算法进行了实验验证。结果表明,该算法有效解决了由于可视卫星集合不同造成的时间同步误差较大的问题,提高了5G基站之间的时间同步精度。     

利用分布式InSAR进行地形高程测量性能分析

分布式卫星群是通过一组编队飞行的小卫星协同工作来完成某一特定任务的 ,其功能和可靠性远远超过一颗单独的大卫星 ,因而具有高的性能 /价格比。这一概念于 2 0世纪 90年代中期提出后 ,引起了国内外的广泛重视 ,人们开始探索利用多颗小卫星进行编队飞行的可行性及其潜在的应用领域[1～ 3 ] 。提出了最优测高误差的轨道设计方法 ,并以 3颗编队小卫星为例 ,进行了定量分析。     

考虑发射失败的多中心多卫星发射任务协同规划方法

在中国未来卫星发射需求急剧增加和卫星发射中心发射能力有限的情况下,为多颗卫星协调发射中心和发射时间变得日趋困难。为解决大量卫星发射任务的协同规划问题,以发射成本最少、发射失败概率最低为优化目标,建立了多中心多卫星发射任务协同优化的多目标混合整数规划模型。基于非支配排序的多目标优化算法(non-dominated sorting genetic algorithm II, NSGA II)框架,设计了求解模型的多目标进化算法,提出了发射中心选择的整数编码方案,给出了基于启发式搜索的发射时间规划解码算法,并设计了染色体质量检查与修正算法。基于中国现有的4个卫星发射中心和可能面临的6类发射任务,设计了包含10颗卫星发射任务的小规模案例和30颗卫星发射任务的大规模案例,对模型和算法进行了仿真验证。实验结果表明该方法能有效解决多中心多发射任务协同规划问题。     

混合式微小卫星编队飞行控制仿真系统设计

提出了一种混合式的微小卫星编队飞行控制仿真系统。该系统由三个节点组成,即两个模拟卫星和一个控制中心,节点之间通过星间网络进行数据交换。模拟卫星由星上计算机和各种星上敏感器和模拟执行器构成。星上计算机接收星上敏感器的物理输出,并经过星地转换模型对传感器数据进行修正。在一定的控制策略下,卫星控制模型进行计算产生控制输出,控制输出在控制界面上进行显示,并同时作用于传感器修正模块,实现系统的闭环控制。控制中心主要提供强大的计算功能,也可以单独构成一颗数字卫星。在这个控制仿真系统中,能够进行多种控制策略的仿真,包括双星主从控制、双星协同控制、三星主从控制、三星协同控制以及单星失效模式等。     

一种基于ES法的卫星测控资源调度仿真及实现

针对陆基测控网“星多站少”而导致测控设备与航天器测控冲突问题，以中低轨道航天器作为研究对象，应用离散事件系统中的事件调度(ES)法对陆基测控资源调度问题进行了研究，提出了解决测控冲突的技术途径，确定了测控弧段优先级及量化方法。同时根据陆基测控网实际和航天器测控需求，抽象出排除测控冲突的数学模型以及在计算机上可实现的实用算法，最后应用模糊综合评价法对仿真结果满意度进行了评估。该测控资源调度方法已成功地应用于航天工程实践，达到了陆基测控网资源的合理分配。     

基于仿真的双基站卫星星座设计

根据双基站卫星星座的特点，分析了卫星和空间站之间的可视窗、通讯窗、过顶时间要求下的通讯约束，并进一步设计双基站卫星星座的轨道高度、倾角、升交点赤经、轨道数目及卫星分布选择、星际链路建立。该星座克服了以地球为基地的卫星星座测控信号传递路程长，信号受到环境干扰大的不足。并充分利用空间站的优势，更有效的发挥卫星及其星座的作用。以服务于未来我国空间站的专用数据中继系统为例，进行双基站星座设计。从仿真结果可以看出，所设计的星座作为未来我国空间站的数据中继系统是有效的、可行的。     

基于处理器在回路的卫星编队仿真验证系统

为了验证星载计算机的软/硬件性能,建立了以两个星载计算机为核心的卫星编队仿真验证系统。介绍了该系统的软、硬件构成,重点解决了动力学仿真机与星载计算机CAN总线双向数据传输、动力学仿真机以及星载计算机的进程同步、星载计算机的无线通信以及实时驱动STK场景动画显示等问题。在成功实现系统的基础上,进行了双星编队自主维持控制仿真。仿真结果校验了系统设计的合理性以及软硬件接口的正确性。

Abstract：

To verify the software and hardware performance of the on-board computer, a demonstration simulation system for formation flying satellites was established based on two on-board computers. The software and hardware architecture of the simulation system were introduced, and the key problems of the data communication between the dynamic simulation computers and the on-board computers via CAN bus, the synchronization of the dynamic simulation computers and the on-board computers, the wireless communication of the on-board computers, and the real-time visualization animation by driving STK were solved. Based on the developed processor-in-the-loop simulation system, the autonomous formation keeping control for dual satellites was performed. The simulation results demonstrate the validity of the simulation system and the correctness of the software and hardware interfaces.     

面向深空通信的中继协作喷泉码设计

针对未来深空超远距离通信无法建立有效的点对点链路及大路径损耗、大传播延时等难题,提出了一种基于中继协作网络模型下的喷泉编码转发方案。与现有的空间传输协议相比,喷泉码能够以较低的编译码复杂度为下行数据分组提供前向纠删保护,降低确认重传的次数,有效减少传输时延。在地球〖CD*2〗火星通信场景下,对中继编码协作转发方案的复杂度和能量开销进行了性能评估,并在理论上分析了中继卫星的位置对系统性能的影响。仿真结果表明,中继喷泉编码协作转发方案可有效节约深空环境下通信系统的能量开销。