微纳卫星COTS器件应用研究

大量采用宇航级元器件进行航天器研制的模式,由于其“成本高、研制周期长、元器件性能不足”等缺点,已经难以满足微纳卫星“周期短、成本低、集成度高”的要求。因此提出了在微纳卫星上使用COTS(Commercial off-the-shelf)器件的方法;针对微纳卫星的特点,首先分析了微纳卫星对COTS器件的需要和风险,提出了COTS器件微纳卫星应用的选用原则、选用依据;在此基础上经过分析,提出了COTS元器件微纳卫星应用流程,有针对性提出了COTS器件应用的器件级和板级筛选方法,并开展了COTS器件的微纳卫星抗单粒子效应加固设计,进一步提高COTS器件应用的可靠性。通过在轨应用验证,结果表明,通过该方法选用筛选的COTS器件,在进行有效加固后可以满足微纳卫星在轨稳定运行的要求,同时为微纳卫星降低成本缩短研制周期提供了保障。该方法对COTS器件在微纳卫星中的应用提供了一般性指导意义。     

导航类微纳集群系统构建技术研究

微纳卫星具有小型化、研制周期短、开发和发射成本低、可组网运行等一系列优点,在通信、遥感和导航等领域中都得到了快速发展,单颗微纳卫星功能单一,能力相对薄弱,因此多采用集群的方式开展工作;如何结合卫星研制、能力形成等多考量角度形成微纳集群系统构建显得尤为重要;文章以微纳集群协同实现导航类任务为前提,从卫星研制周期、发射响应时间、能力形成时间等角度提出一种导航类微纳集群系统构建技术,并从任务综合效能满足角度对所设计的集群进行方法层面的优化;系统建设能够为指定区域提供长期持续导航服务及有效的应急增强导航服务。     

基于三模冗余设计的低成本高可信微纳通用计算机

引入商用现货技术成为微纳卫星设计的发展趋势；针对微纳卫星电子系统低成本、小型化、高可靠的应用发展需求,分析对比国内外微纳卫星星载计算机设计特点,提出一种基于三模冗余设计的低成本、高可信微纳通用计算机体系架构,利用接口标准化、软件分层化设计和三模冗余、硬件看门狗等加固设计,构建了一套通用、稳定、可靠的电子系统,并展望了其在科学实验与新技术演示验证、分布式空间系统、军事等方面良好的应用前景。     

STSS星座空间覆盖性能分析方法研究

弹道导弹中段是对抗集中体现的区域,美国计划研制空间跟踪与监视系统(STSS),以实现对于中段目标的探测和识别能力.主要针对STSS星座的全球空间覆盖性能开展研究.为了使卫星提供精确拦截导弹的信息,根据任务需求的角度分析了STSS可能的星座构型和参数,可通过分析STSS卫星的地球临边探测方式,提出了基于地心角的STSS星座空间覆盖性能仿真分析方法.并对其可能采取的星座构型分析了其空间覆盖能力进行仿真.仿真结果表明未来STSS星座将对弹道导弹中段突防构成严重威胁.     

微纳卫星姿态机动的变论域模糊PID控制

为了简化计算,满足实时处理的要求,建立了微纳卫星的姿态角动力学模型,并应用欧拉角参数描述运动学模型。针对微纳卫星系统的时变、环境外力矩干扰等因素,同时考虑到系统参数不确定性问题,设计了变论域模糊PID控制律的姿态控制器。不考虑解耦运算,分析了控制器的动态变化参数对姿态稳定控制性能的影响。基于MATLAB/SIMULINK对该系统进行了仿真验证。仿真结果表明,在卫星姿态控制方面,该控制方法具有稳定性好、响应快速、系统超调量小的特点,能够使微纳卫星完成对目标姿态的机动控制,实现对系统姿态的有效控制。     

卫星遥感及图像处理平台发展

航天科技是国家综合国力和科技实力的重要体现,而卫星遥感则是航天科技转化为生产力最直接、最现实的途径之一。遥感数据获取与分发、数据处理与信息提取是卫星遥感应用的两个基本步骤。随着国家民用空间基础设施规划中的遥感卫星体系稳步推进,以及商业卫星遥感的蓬勃发展,我国的卫星遥感数据获取能力呈现质量齐升之势。但同时,作为卫星遥感应用的基础设施和关键工具,遥感图像处理系统平台逐渐成为制约自主卫星数据应用和空间信息业务发展的重要因素之一。本文围绕卫星遥感对地观测主题,从卫星遥感数据获取能力、卫星遥感数据处理系统平台两方面,对国内外现状进行综述,在此基础上分析了卫星遥感的发展趋势。     

遥感卫星星上时间管理方法

遥感卫星是地球和空间观测的重要方式,时间管理系统是其重要组成部分。以遥感卫星为应用对象,围绕星上时间系统设计和时间管理方法展开分析,建立了统一的星上时间管理模型,重点针对遥感卫星实用的时间管理运行机制进行了梳理与总结,给出了影响时间管理精度的误差模型,为遥感卫星时间管理系统的设计提供参考。进一步通过实验方式对时间管理模型进行了验证,结果表明:采用的时间管理方法和误差模型能够满足遥感卫星高精度时间同步的设计和分析需求。     

基于视线观测的几何定位研究与仿真分析

研究空间飞行器问题,在星座条件下,观测数据较多,使用尽可能简单的几何定位方法来得到较好的定位效果,为提高探测卫星数据和定位的精度,采用一种基于视线观测的几何定位方法,将靶场试验雷达的双站交汇定位方法运用于天基观测系统,做了比较详细的精度分析,取得了较好的定位结果。考虑了几何构型和卫星数量的情形下的仿真实验结果表明：和最小二乘方法相比,采用的方法具有同样计算精度而计算效率更高;最后给出了低轨卫星和目标的空间几何构型对定位精度的影响分析结果。     

微纳卫星系统可靠性评估方法研究

可靠性是产品的重要属性,在计算机的辅助计算下,可靠性研究飞速发展。微纳卫星系统的可靠性不仅体现了星上产品的质量,更代表了国家高精尖产业的水准。文章对微纳卫星的概念进行简单说明,针对微纳卫星产品长寿命、小子样和不可修的可靠性特点,介绍了基于统计分析、基于性能退化和多源信息融合的单机级可靠性评估方法。根据建立的系统可靠性模型,可以由单机级求出系统级的可靠性特征量,对微纳卫星系统的可靠性分析具有一定的参考价值。     

一种基于MATLAB的CMUT阵列设计与成像仿真方法

为了分析阵列设计参数与成像效果的关系,提高微电容超声传感器(CMUT)阵列设计的可靠性,提出了一种仿真CMUT阵列水下成像方法。设计了一种CMUT结构,振膜厚3μm,振动单元边长1.16 mm,ANSYS仿真得出中心频率为464 kHz。讨论了阵列参数与声束指向性关系,以空间脉冲响应理论为基础提出了一种可显示CMUT阵列成像效果图的仿真设计方法。通过MATLAB对该方法的仿真,模拟了不同结构的CMUT线阵在不同激励形式下的水下成像。仿真结果表明,64阵元且阵元中心距0.5λ的CMUT线阵在单脉冲激励下成像效果最好。该仿真方法的实验结果与理论一致,且相比单纯理论分析该方法结论更直观,考虑成像影响因素更全面。     

太阳能供电的LED照明系统设计

由于太阳电池和LED的工作电流都是直流,通过太阳电池组件可以通过串并联方式组合得到LED照明系统实际需要的电压。本文将研究太阳能与LED结合的高能源利用率、高安全性能和可靠性的照明系统,重点研究太阳能的充电电路、LED智能照明的控制电路和LED驱动电路。结果证明本文的设计提高了太阳能的利用效率和降低了整个照明系统的能耗,同时有望发展成为借助于并网技术实现蓄电池充放能量的技术方案。     

基于ARM的太阳能供电式远程传输终端设计

针对长期工作于野外环境的现场终端在供电方面的问题,设计了一款基于ARM微处理器的太阳能供电式远程传输终端。该终端不仅能够通过短信与GPRS技术协同完成远程交互式监控,并且能够提供太阳能光伏充电管理为终端长期供电。给出了整体的系统架构以及实现充电管理和远程监控的具体方案。通过实践证明该终端运行稳定可靠,实现简单,适合推广使用。     

基于Simulink的太阳能高效充电控制器设计

针对太阳能充电转换效率较低的问题,设计了基于Simulink的太阳能充电控制器,以提升充电效率。综合比对现行方案与太阳能充电的客观影响因素,选择Buck-Boost电路作为充电器的转换电路,采集太阳能电池板的电压、电流信号,经由STM32进行分析处理,依据模糊控制算法输出对应的PWM信号,来控制充电电压。经过理论分析及Simulink仿真,表明该控制器可以采用模糊控制算法依据采集信号输出对应的PWM控制信号,使充电电压和电流始终保持在最佳充电曲线附近,不仅保护了蓄电池,同时大大提升了太阳能充电效率。     

Design and realization of an ultra‐low power sensing RF energy harvesting module with its RF and DC sub‐components

Herein, design, development, and analysis of ultra‐low power sensing energy harvesting modules and their subcomponents for ISM band applications have been studied with a holistic approach in an effort to achieve a feasible and high efficient RF energy harvesting performance. The complete harvester system designed and developed here consists of a zero‐bias RF energy rectifying antenna (rectenna), DC boost converters and energy storage super‐capacitors. Compared with the counterpart energy sources, the surrounding or transmitted wireless energy has low intensity which requires designs with high efficiency. To achieve a successful harvester performance, rectifier circuits with high sensitivity Schottky diodes and proper impedance matching circuits are designed. Dedicated RF signals at various levels from nanowatts to miliwatts are applied at the input of the rectenna and the measured input power versus the scavenged DC output voltage are tabulated. Furthermore, by connecting the rectifier to a high gain antenna and using a RF signal transmitter, the wireless RF power harvesting performance at 2.4 GHz was tested up to 5 m. The performance of the rectenna is analyzed for both low‐power detection and efficiencies. Impedance matching network is implemented to reduce the reflected input RF power, DC to DC converters are evaluated for their compatibility to the rectifiers, and super‐capacitor behaviors are investigated for their charging and storage capabilities. The measured results indicate that a wide operating power range with an ultra‐low power sensing and conversion performance have been achieved by optimizing the efficiency of the Schottky rectifier as low as ?50 dBm. The system can be used for battery free applications or expanding battery life for ultra‐low power electronics, such as; RFID, LoRa, Bluetooth, ZigBee, and low power remote sensor systems.     

针对锂电池的太阳能充电器的设计

太阳能是一种可再生的新能源,将太阳能转化成电能,实现对锂电池的充电,便捷、节能、环保。SPV1040内置MPPT算法,提高太阳能能量转化为电能的效率。为实现锂电池过压过流等保护,合理设计L6924D外围电路,制作了针对锂电池的太阳能充电器,实现对锂电池的充电和管理。     

大范围WRSNs的数据路由和无线充电算法

针对传统电池供电系统能量有限问题,提出一种大范围无线可充电传感器网络(WRSNs)的数据路由和无线充电算法.以无线感知识别平台为基础,利用等边三角形的强覆盖性,并综合考虑网络路由协议和无线充电器特性对节点能量的影响,提出一种基于六边形路径的动态无线充电算法(IJRC_HP).算法包括两部分:依据充电器特性设计数据路由方法,使得能量接收功率高的节点承担更多的通信任务;依据该路由的特点设计充电方案,为能耗速度快的节点分配更多的充电时间.与等边三角形算法(TRIANGLE)、GRID算法进行仿真对比,实验结果表明,IJRC_HP算法在网络寿命提升、能量均衡、充电器移动效率和节点平均充电延时等方面具有优越性.     

改进U-Net的高分辨率遥感图像轻量化分割

针对传统图像分割方法分割效率低下, 遥感图像特征复杂多样, 复杂场景下分割性能受到限制等问题, 在基于U-Net网络架构的基础上, 提出一种能够较好提取遥感图像特征并兼顾效率的改进U-Net模型. 首先, 以EfficientNetV2作为U-Net的编码网络, 增强特征提取能力, 提高训练和推理效率, 然后在解码部分使用卷积结构重参数化方法并结合通道注意力机制, 几乎不增加推理时间的前提下提升网络性能, 最后结合多尺度卷积融合模块, 提高网络对不同尺度目标的特征提取能力和更好地结合上下文信息. 实验表明, 改进的网络在遥感图像分割性能提升的同时分割效率也提高.     

无线自组网太阳能路灯控制器设计

针对目前太阳能路灯分散、监测困难等问题,设计了一种无线自组网太阳能路灯控制器。该控制器主要由蓄电池充放电管理、路灯运行控制和串口通信这3个模块构成。通过太阳能路灯的网络化监控,实现了开关灯的统一控制和亮灯模式的远程设定,并可根据天气情况调整亮灯时间。测试结果表明,通过亮灯的合理控制和蓄电池充放电管理,实现了35%的蓄电池节能,并将路灯工作时间由常规的5天延长至10天左右。     

双Buck太阳能LED路灯照明控制系统

利用新型能源,把太阳能和高效节能的LED路灯有机地结合在一起,开发出一款基于STC12C5410AD单片机的双Buck太阳能LED路灯照明控制系统.前级基于IR2104的同步Buck电路实现最大功率充电,后级采用同步Buck实现LED灯恒流驱动.该控制器具有驱动能力强,DC-DC转换效率高,最大功率点跟踪充电和浮充充电...     

基于马尔科夫决策过程的高能效任务调度算法

在移动群智感知系统中,智能手机承担着许多不同的感知任务,这些任务需要来自不同传感器的数据。从传感器收集数据是非常耗能的,智能手机的电池限制了这些感知设备的可用性。如何在完成群智感知任务时降低设备能量消耗是参与者迫切需要的。针对以上问题,提出基于马尔可夫决策过程(MDP)的高能效任务调度算法。根据设备的电流负载、剩余能量和充电概率,马尔科夫决策过程迭代计算出最佳任务调度序列,并保证能耗最小化和感知精度最大化获得平衡。大量的仿真结果表明,该算法在任务调度过程中具有显著的节能效果,与广泛使用的现有算法相比,平均节省能量75%以上。