基于xPC的挠性天线跟踪指向系统半物理仿真

为了实时验证具有星间链路天线的多体结构卫星星体姿态稳定和天线跟踪指向复合控制算法的有效性,借助xPC实时目标环境对某型多体结构卫星的半物理仿真(hardware-in-the-loop simulation,HILS)系统进行了开发,用xPC目标机模拟星载计算机的外部实时仿真环境,与产品级的复合控制器、天线框架驱动机构(an-tenna gimbal drive assembly,GDA)实物组成实时仿真环路。采用Simulink和Stateflow混合建模的方法实现了天线不同模式之间的切换,并用S函数对PCI总线类型的串行接口通信在xPC目标下进行了二次开发。实验结果证明了接口模型建立的正确性、复合控制系统设计的合理性以及该仿真方法的有效性。     

基于HLA的卫星指向控制仿真系统的设计与实现

根据面向对象思想,对卫星仿真系统进行功能模块划分;基于仿真运行支撑软件RTI,设计并实现了开放性,可扩展性,交互性,可视化的卫星分布仿真系统。该系统完成了卫星轨道和姿态机动仿真,ATP（Acquisition,Tracking,Pointing）高精度指向仿真以及相应的视景仿真。通过RTI提供的底层通信传输服务,将上层应用与底层支撑环境分离,保证了应用开发的独立性。     

同步轨道SAR参数分析及成像方法

针对地表信息探测及监控的地面遥感应用场合,利用同步轨道卫星对地观测重复周期短、可实时监控的特点,从概念、原理上对同步轨道合成孔径雷达进行了说明,对其参数设计方法进行了研究。在条带成像模式下对卫星相对运行轨迹和波束覆盖范围进行了重点研究,理论上分析和计算了卫星轨道及姿态对雷达成像斜视角及多普勒中心的影响。基于对中国地区地理的监测,设计了一组有效的雷达参数,对此进行了理论仿真,对GEOSAR成像中的距离多普勒成像算法和后向投影算法分别进行了对比和说明。通过数据仿真结果验证了本系统的有效性和可行性。     

挠性卫星多轴指向复合控制方案研究

针对带有多个挠性附件以及天线转动机构的多体卫星,在动力学建模与分析的基础上,设计了卫星本体与天线多轴指向复合姿态控制方案。将天线运动信息作为前馈信号补偿给卫星本体,设计了“前馈 变结构”控制方案,同时用本体姿态偏差调整天线转角,最终满足本体三轴稳定,同时天线对目标高精度定向的多轴指向要求。控制算法简单,易于工程实现。系统闭环数学仿真结果表明,卫星本体指向精度优于3×10-3deg、天线指向精度优于0.1deg。验证了控制方案的有效性。与各部分独立控制比较,复合控制能够提高卫星多轴指向精度。     

星载宽带宽波束四臂螺旋天线设计

为满足低轨道卫星接收天线的技术要求,设计并制作了一种宽带、宽波束的四臂螺旋天线.应用无限巴伦结合宽带功分器的馈电网络以展宽天线的工作带宽,结合FEKO及HFSS进行天线的结构参数设计,并进行了仿真和实验.仿真结果与测试结果吻合较好.证明设计的天线可以宽带工作,并且在要求的频率范围内波束宽度超过180度.     

卫星数据中继天线的跟踪规律研究

用户星数据中继天线对中继卫星的跟踪规律研究是一个基本的、十分重要的问题.从工程应用角度研究了用户星数据中继天线对中继卫星的跟踪规律.首先对研究中涉及的坐标系进行了定义.基于开普勒轨道运动方程推导了一套数据中继天线跟踪中继卫星的角度及其变化角速度的数学模型.通过这套模型可以推算用户星跟踪数据中继卫星时中继天线转动的方位角和俯仰角的变化规律.最后通过仿真算例的结果分析验证了模型的正确性.     

用于地面站和卫星的多波束微波天线

本文介绍一种基本上无孔径遮挡的偏馈式卡塞格伦天线,这种天线可产生空间密集隔离良好的波束,供地面站和卫星使用。每个波束均由一个单独的小张角波纹喇叭馈电,且在1.75:1的带宽内,具有良好的面积效率。此外,每个波束还具有良好的交叉极化特性。这种天线结构紧凑,设计切合实际,故可供4和6千兆赫地面站,20和30千兆赫地面站及20和30千兆赫卫星使用。     

基于STK的微小卫星姿态控制可视化演示与验证

为了探索微推进器用于微小卫星姿态控制的可行性方案,需要开发微小卫星姿态控制过程的可视化演示与验证平台.以某型号微小卫星为仿真对象,利用Matlab设计了卫星俯仰通道和滚动/偏航通道的姿态控制模型,并实现了卫星姿态控制的数据仿真.基于STK中的STK/Connect模块,实现了卫星姿态控制过程的可视化演示.在可视化过程中,结合某型号微小卫星的案例数据,验证了所设计的卫星姿态控制模型与可视化程序.     

纳型卫星热控系统设计与仿真

现代微小卫星是当前航天技术发展的重要方向之一,热控分系统的功能是为星上仪器设备提供合适的温度环境。针对一颗纳型卫星,介绍其功能和构成。以获得最佳热耦合机制为目标,对纳型卫星本体及各分系统进行了全被动热控系统设计。通过I-DEASTMG软件,建立卫星热分析模型,对卫星的在轨稳态和瞬态温度状态上进行了仿真分析。仿真结果满足卫星总体要求,表明所提出的热设计思想和所采取的热设计措施可行。     

星务管理软件框架设计与实现

星务管理软件是星务管理系统的灵魂,而星务管理软件框架为星务管理软件提供一个通用、标准的软件平台。结合微纳探测器软件功能集中化的需求,卫星各分系统的管理软件基本都集中在星载计算机内运行,对星务管理软件进行一体化设计;星务管理软件功能复杂,为便于用户软件的可复用和可移植,对星务管理软件采用模块化设计。最终实现星务软件功能一体化管理,各功能模块任务按预定模式在星载计算机中运行。     

抛物面天线小形变赋形及波束重构方法

针对星载抛物面天线波束大角度重构实现方法复杂及天线在轨赋形难度大的问题,提出了一种基于馈源纵向偏焦及多参数联合优化的波束重构方法。天线的馈源阵列作纵向偏焦,采用Zernike多项式拟合抛物面并提取多项式系数作为优化变量,运用粒子群算法对多项式系数、馈源阵的幅度和相位3类参数进行联合优化。以赋形反射面算例和波束重构算例验证方法的有效性。仿真结果表明，提出的方法简单易操作,可获得较小的反射面形变量,有效降低了抛物面在轨赋形难度,并可使波束重构得以灵活实现。     

新型超宽带圆极化印刷天线

针对传统圆极化微带天线轴比带宽较窄的问题,提出了一种新型的超宽带圆极化印刷天线。该天线结构简单,仅由C型辐射贴片和改进后的地板组成。采用微带馈电模式,整个天线尺寸仅为25 mm×25 mm×1 mm。通过优化C型贴片和在地板上增加三角形和小长方形微扰结构,可以有效增加天线的阻抗带宽和轴比带宽。给出了天线的设计流程,从表面电流分布分析了圆极化天线的工作机理。加工了天线实物,并对其进行了测量。仿真和实测结果表明天线具有超宽的阻抗带宽和轴比带宽。天线的工作频带为4.4~11.6 GHz(相对带宽为90%),3 dB轴比带宽为3.6~11.3 GHz(相对带宽为103.4%)。测量了天线的辐射性能和增益特性,实测结果与仿真结果吻合较好,证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和卫星通信系统中。     

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。     

旋转条件下非连续卫星导航信号处理技术

针对传统卫星导航技术无法估计旋转载体的转速, 且旋转导致的卫星信号非连续性使得定位和转速估计更加困难的问题,提出一种基于多天线结构的开环跟踪与差分卡尔曼滤波相结合的跟踪定位方法, 并利用相邻天线间的多普勒频率差值实现载体转速估计。同时,利用开环结构无反馈回路和快拍方式工作的特点实现对非连续信号的跟踪。差分卡尔曼滤波以相邻历元间差分值进行建模, 消除原始观测量中公共偏差, 实现跟踪信息的融合滤波和定位。最后,利用相邻天线间共视卫星的多普勒频率差值实现载体转速估计。基于模拟信号和实际信号的实验结果表明,所提算法能够实现对卫星信号的持续跟踪, 并且获得高精度的定位结果, 对转速的估计误差的标准差不超过1 rps。     

高功率微波弹对GNSS接收机毁伤效果分析

针对高功率微波（high-power microwave,HPM）武器易对全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）接收机造成毁伤的问题,以高功率微波弹为对象,分析了不同弹体起爆姿态下的攻击范围与效果。在电磁仿真软件CST-MWS（CST microwave studio）中建立GNSS接收机辐照模型,设计了圆极化贴片天线为接收载体,以单脉冲正弦信号调制的平面波模拟高功率微波弹起爆后的辐射场效应。在电磁能量前门耦合的基础上,基于场—路联合仿真方法给出了一种仿真模型,将天线端口感应电压注入电路仿真软件ADS中设计的PIN限幅器,完整模拟了HPM由场到路的耦合过程。仿真给出了以微波源峰值功率为变量的敏感器件毁伤评价曲线,结果表明,GNSS接收机射频前端电路中的低噪声放大器是HPM武器的主要攻击对象,以ERA-2+型低噪放为例,脉冲峰值功率在27~310 kV的微波源均可造成其晶体管烧毁。同时,HPM也容易引发限幅器在一定功率范围内产生尖峰泄漏现象,其尖峰泄露对电路可能产生的损伤值得重视。研究结论可为下一步开展卫星导航接收机针对性电磁防护设计提供依据与技术指标。     

基于多波束GEO卫星的宽带移动通信系统

提出基于多波束天线静止地球轨道卫星的宽带移动通信系统方案,与常规结构同类系统用户相比,其容量更大、业务质量更好。采用时隙同步码分多址辅助的多频时分多址接入、程控交换与因特网协议交换结合的交换、时分复用和准正交时分复用下行链路传输体制,可显著增加用户量,简化星上设备,改善互联网应用业务质量。用户接入信道数为173 880, 最高用户下载速率达155 Mbps。仿真结果表明,140个波束、每波束26个16幅度相移键控信号的用户下行链路传输比频分复用传输的链路性能改善11.65dB,使得宽带用户“动中通”天线等效口径缩小至原来的1/4,成本大幅降低。     

基于对偶数和改进EKF的敏捷卫星姿态确定算法

针对对地观测敏捷卫星的大角度/位置的快速机动、高精度控制的任务需求,提出了一种敏捷卫星姿态确定算法。该算法利用对偶四元数推导出敏捷卫星运动学模型,并建立陀螺、星敏感器测量模型。通过对系统状态方程以及测量方程的线性化,应用自适应迭代扩展式卡尔曼滤波(adaptive iterated extended Kalman filer, AIEKF)算法对敏捷卫星的运动状态进行估计。仿真结果表明,所设计的算法能够有效估计系统状态噪声、测量噪声以及陀螺常值漂移,卫星的姿态角估计误差和角速度估计误差收敛至零,验证了算法的有效性。     

高分辨率滑动聚束SAR卫星姿态机动策略

提出了实现高分辨率滑动聚束星载合成孔径雷达波束指向控制的卫星姿态机动策略。该策略改进了传统中等分辨率滑动聚束模式(sliding spotlight mode, SSM)成像几何,认为高分辨率SSM天线波束指向的焦点位置随方位时刻变化,同时以多普勒中心距离空变量最小为约束条件,实现对SSM成像时长和姿态角变化的计算。该策略认为卫星通过三轴姿态机动实现波束指向控制,克服了大斜视角时单轴或双轴姿态机动出现的场景弯曲,适用于高分辨率滑动聚束成像模式的姿态设计。卫星仿真工具包(satellite tool kit,STK)仿真实验与点目标回波仿真实验验证了所提方法的有效性和精确性。     

单脉冲自跟踪体制在车载"动中通"的应用

根据车载"动中通"在卫星通信中的特点,针对该车载站在移动过程中,天线偏离卫星的情况,研究了单脉冲跟踪体制。由于单脉冲跟踪具有实时性好,跟踪精度高的优点,所以在Ku频段具体应用于车载"动中通"中。阐述了单脉冲自跟踪的原理、系统组成以及系统的具体实现方案。实验测试表明,该系统能够获得较高的跟踪精度和跟踪实时性,能够使天线稳定地对准卫星。