基于OpenGL的卫星在轨运行可视化仿真系统设计与实现

针对如何构建一个卫星在轨运行可视化平台的现实问题,设计出一种基于OpenGL的卫星运行可视化仿真系统;介绍了该仿真系统的逻辑结构和网络结构,采用ADO技术实现了对卫星运行数据库的访问,利用3DS MAX构造了卫星模型和地球模型,实现了卫星在轨运行、覆盖效果、通信链路情况的可视化;实践证明,该仿真系统能够实时仿真卫星在轨运行的全过程,为卫星在轨实时管理提供了辅助决策支持平台;同时,该系统为航天部队网络化练兵提供了虚拟训练平台;对构建信息化条件下的虚拟战场仿真系统具有一定的借鉴意义。     

卫星在轨运行视景仿真

针对卫星在轨运行系统演示的需要,将建模与仿真技术引入视景演示系统联邦成员,提出了基于HLA的卫星在轨运行视景演示系统,开发相应的联邦成员。利用卫星在轨运行仿真系统的总体方案,设计了视景演示系统的总体结构;引入了先进视景仿真软件Creator和Vega Prime对卫星在轨运行仿真系统中视景仿真联邦成员进行可视化仿真和建模实现,建立了卫星和星空恒星模型,可以用OpenGL的星空背景加速实现;最后结合HLA、OpenGL和Vega Prime建立仿真框图。仿真结果证明,设计的仿真系统满足系统真实的实时性、准确性要求,具有良好的沉浸感和较高的可信性。     

基于OpenGL的小卫星在轨运行仿真系统研究

传统的航天工业仿真技术主要用于分析计算航天器的飞行轨道与姿态运动,这种仿真方式通常不支持三维可视化仿真功能;文章结合卫星轨道、姿态动力学和计算机图形学,设计基于三维实时动态显示技术的小卫星在轨运行仿真系统,对卫星轨道、姿态进行可视化仿真,实时动画演示星内敏感器的工作状态,提供图形曲线和文本形式的分析数据,并能与卫星地面站进行数据通讯,实现小卫星的在轨监测功能;仿真结果表明,仿真系统能正确实时接收地面站的数据,支持二维、三维动画输出,可以成功完成小卫星系统的仿真与监测功能.     

MSC Adams用户自定义子程序在卫星姿控系统仿真分析中的应用

利用MSC Adams中用户自定义子程序方法建立卫星姿态控制系统的模型,对卫星附件在轨展开过程进行卫星姿态动力学仿真分析.     

面向卫星数据系统的SpaceWire应用模型仿真研究

针对我国未来航天应用的需要,建立了SpaceWire总线在卫星在轨数据系统应用的半物理仿真平台,对SpaceWire总线的仿真应用模型进行了设计与实现.仿真系统采用了冗余容错结构,在节点故障时,能够通过Dijkstra算法重新计算最优通信路径,对路由表进行动态重构,实现对节点故障的动态容错.另外,通过对SpaceWire总线的通信性能测试结果的分析研究指出,SpaceWire总线在卫星在轨数据系统中可以用于提高总线数据传输的带宽和实时性,然而总线系统的基础可靠性还应当由1553B总线来提供.     

卫星GN&C分系统建模与仿真软件实现

卫星系统的总体设计以及在轨运行等任务都离不开对其制导、导航与控制(GN&C)分系统的设计、优化与仿真演示,但GN&C分系统方案以及算法的复杂性对于GN&C分系统的快速设计、仿真与决策非常不利.采用Matlab/Simulink作为后台计算引擎、利用Matlab与VC混合编程,设计实现了一个卫星GN&C分系统建模与仿真软件环境.该软件环境能够屏蔽GN&C分系统的构建细节从而快速搭建具体的仿真应用,可实现对卫星GN&C分系统方案的快速仿真评估,并实现建模环境与具体的仿真应用相分离.     

卫星GN&C分系统建模与仿真软件实现

卫星系统的总体设计以及在轨运行等任务都离不开对其制导、导航与控制（GN&;C）分系统的设计、优化与仿真演示,但GN&;C分系统方案以及算法的复杂性对于GN&;C分系统的快速设计、仿真与决策非常不利。采用Matlab/Simulink作为后台计算引擎、利用Matlab与VC混合编程,设计实现了一个卫星GN&;C分系统建模与仿真软件环境。该软件环境能够屏蔽GN&;C分系统的构建细节从而快速搭建具体的仿真应用,可实现对卫星GN&;C分系统方案的快速仿真评估,并实现建模环境与具体的仿真应用相分离。     

空间动态场景的建模与仿真

空间环境可视化仿真体系对于管理、分析、展现空间物体工作方式至关重要.结合计算机图形学,天文学,数学,运动学等知识,建立了一个以地球为中心的空间环境仿真平台,在此基础上开发出卫星在轨运行实时仿真系统.对仿真系统的设计及实现进行了详细地描述,并论述了系统的主要功能和框架、场景的几何建模和动态建模、卫星覆盖范围建模、通讯特殊...     

捕获目标卫星后组合体航天器模糊神经网络滑模控制

探讨了漂浮基空间机械臂系统在轨捕获参数未知目标卫星后组合体航天器的镇定控制问题.首先在耦合空间机械臂系统捕获目标卫星操作过程动量、冲量的传递的基础上,建立了适用于漂浮基空间机械臂系统在轨捕获漂浮卫星控制系统设计的组合体航天器数学模型.利用该模型,设计了一种基于模糊高斯基神经网络的非奇异Terminal滑模控制算法.提出的控制算法不仅不要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系,而且也不需要预知系统惯性参数;由于利用神经网络的自学习能力修正模糊控制的控制规则和隶属函数,这样在系统参数识别中,模糊神经网络可减少模糊规则数,更适应于空间机械臂系统在轨捕获的实际应用.最后通过仿真试验对比结果验证了所提出的控制算法的有效性.     

空间绳系机器人在轨捕获视景仿真系统设计

针对空间绳系机器人在轨捕获可视化的问题,把绳系机器人的控制系统引入仿真环境,基于Vega平台开发了路径规划运动方式和实时接收数据运动方式相结合的空间绳系机器人在轨捕获仿真系统;利用Pro/Engineer和Creator建立了场景模型,实现了绳系在空间展开和视觉伺服效果的模拟,并对捕获过程进行了实时仿真;仿真结果表明,该系统能够直观显示控制系统的控制效果,能够成功演示空间绳系机器人对目标卫星的捕获,满足实时性要求。     

基于SDN的TDMA体制星间网络架构设计

TDMA(时分多址)体制的导航星间网络既可以实现导航测距,也具备较高的数据传输速率,具有较为广泛的业务适应能力;然而,TDMA体制的星间网络系统也存在着星上处理复杂与卫星节点处理能力低的矛盾;借鉴SDN(软件定义网络)将网络系统控制层面与数据层面相分离的思想,在TDMA体制的星间网络中引入SDN技术,设计了基于SDN的TDMA体制星间网络架构,将控制功能从卫星节点抽离出来,使其可以专注于星间数据转发,控制管理信息主要由卫星地面站(后续为高轨道卫星)扮演的SDN控制节点制定并分发,从而简化了卫星的业务负担,同时可以借鉴成熟的地面网络技术制定高效的控管策略;对所设计架构的主要的控管流程进行了仿真模拟,仿真结果表明,该架构具有一定的可行性。     

Integrated navigation system for a space vehicle on a geostationary or highly elliptic orbit operating in the presence of active jam

An onboard navigation system for a space vehicle on a geostationary or highly elliptic orbit including such measurement sources as optoelectronic Earth, Sun, and star trackers, and a multichannel global navigation satellite system receiver is studied. The purpose of this study is to form a general design of an integrated navigation system including the justification of its architecture and operation algorithms based on conditions under which the desired accuracy can be achieved. Based on the analysis of the GPS and GLONASS navigation satellites visibility conditions, the practicality of using a deeply integrated system architecture is established; this architecture can ensure the desired navigation accuracy even when less than four navigation satellites are visible. To integrate various measurements, a special “scalar” modification of the Kalman filter (the so-called integral Kalman filter) is used. As uncontrollable factors, instrument sensor errors and artificial jam in the operation of the navigation signals receiver are considered. The main tool for the analysis of the navigation system error is simulation, which is performed using dedicated software of object-oriented architecture.     

Formation flying orbit design for the distributed synthetic aperture radar satellite

Formation flying orbit design is one of the key technologies for system design and performance analysis of the distributed SAR satellites. The approximately analytic solution of the passive stable formation flying orbit elements is explored based on the expansion form of Kepler's equation. A new method of orbital parameters design for three-dimensional formation flying SAR satellites is presented, and the precision of the orbital elements is analyzed. Formation flying orbit elements are calculated for the L-Band distributed SAR satellites using the formulas deduced in this paper. The accuracy of the orbital elements is validated by the computer simulation results presented in this paper.     

天基网络化通用服务平台的硬件实现

针对天基系统星上处理能力不足、技术落后、无法实现多源数据在轨实时处理等难题,本文提出一个应用于中低轨微小卫星的天基网络化通用服务平台的设计概念,为现在的卫星技术发展提供新的硬件架构,同时异构的体系结构既可以实现星上的独立运行,又可以为星载计算机的数据处理提供硬件加速. 本文主要介绍天基网络化通用服务平台的硬件设计,包括芯片选型、对外关系以及所需的存储容量和为实现接口的兼容性,在FPGA上设计实现了MIL-STD-1553B总线的总线控制器向远程终端发送数据的相关模块.     

星座卫星在轨长期管理测控策略研究

近年来,低轨大型卫星星座蓬勃发展,使得在轨卫星数量急剧增加,卫星在轨长期管理任务面临巨大挑战。首先分析了卫星星座在轨长期管理面临的挑战,针对星座卫星在轨长期管理面临的几种常见应用场景,通过理论分析扩频体制测控应答机的抗干扰机理,结合地面概念星卫星平台模拟验证,在微波暗室通过地面概念星卫星平台对星座卫星在轨长期管理肯能出现的情况进行模拟。模拟不同星座卫星在轨运行场景以及相应的测控应对策略,验证了多星同时入境时的卫星长期管理策略的可行性,给出星座卫星在轨长期管理的有效应对策略。为卫星在轨长期管理以及后续可能遇到的星座在轨长管问题提供参考。     

分布式卫星编队仿真系统

分布式卫星编队是近年出现的一种新型空间应用概念,该文简要地介绍了当前分布式卫星仿真的研究进展,在此基础上,以装备指挥技术学院所建立的仿真系统为背景,简要的介绍了分布式卫星编队协同控制仿真系统的实现。内容涉及仿真系统的基本构成,网络拓扑结构、系统的软件体系结构。重点介绍了采用Agent技术搭建的软件框架。最后给出了一个四星编队的仿真运行结果。     

基于STK跟踪与数据中继卫星轨道设计与仿真

发展跟踪与数据中继卫星对于构建天基测控网有着重要意义.概述了跟踪与数据中继卫星的定义与任务,阐述了跟踪与数据中继卫星通常选择的轨道,分析了地球静止轨道(GEO)中继卫星的地面覆盖特性和两颗GEO星组网的轨道覆盖盲区,以及中低轨卫星组网的步骤.提出了利用STK仿真分析中继卫星星座构形的方法,设计了基于STK的适合我国的地球静止轨道、大椭圆轨道、近圆轨道三种轨道的中继卫星星座与中低轨用户星的可见性仿真试验,通过对仿真结果的分析提出了我国中继卫星星座构形的初步设想.     

遥感图像星上智能处理地面仿真模拟系统设计与实现

传统卫星遥感应用模式复杂繁长,无法满足用户越来越关注的实时化遥感服务需求,为卫星配备智能化大脑,一方面可以降低数据传输带宽,另一方面可以提高数据获取的时效性,因此,星上智能处理已经成为遥感卫星发展的必然选择。但星上处理在轨调试困难,现有遥感卫星星上处理平台的地面测试系统都是卫星实验室测试时,针对不同的卫星载荷临时组建,缺乏通用性且并未形成集成化的装置,导致现有遥感图像星上智能处理的地面测试效率偏低。尤其是面对目前星上处理智能化的新需求,缺乏一套高性能、低功耗、全流程的星上处理地面仿真系统。针对遥感数据处理自动化与智能化发展的新特点,提出了一套基于FPGA与GPU相结合的遥感图像星上处理地面仿真模拟系统。该系统能够在地面模拟实现多种载荷的0到1级数据预处理,在预处理的基础上实现智能遥感影像的加速识别,其关键难点在于遥感图像智能处理算法的高计算复杂度和嵌入式计算机有限计算力之间的平衡;遥感图像处理领域的AI专用算法固化和硬件加速之间的平衡;不同卫星平台测试需求和系统架构通用性之间的平衡。本文阐述了仿真平台设计的方法,构建了基本原型并对其进行了验证。测试结果表明：该系统可以较好地完成星上智能处理典型算法地面全流程测试,所有硬件可以直接上星组装,完备度高,对优化和指导卫星地面仿真系统运行管理体系具有一定的参考价值。     

融合双层卫星网络的星地和星间AKA协议

天地一体化网络以其大时空、天网地网和星地融合的特性备受关注,卫星不仅可以作为应急通信补充,还可以充当空中中继站,扩大地面网络覆盖范围,在军用和民用场景都占据着重要地位。实体身份认证和密钥协商机制可以防止假冒实体加入天地一体化网络,窃取用户隐私行为的发生,保障网络信息安全。针对天地一体化网络星地传输时延较大、链路高度暴露、星上处理能力有限以及星间拓扑结构动态时变等特点,提出一种轻量级的双层卫星网络的星间和星地组网实体身份认证（AKA,authenticated key agreement）协议,以实现安全的卫星组网架构,后续基于协商的会话密钥保护数据传输。所提协议基于对称密码体制,采用轻量级密码算法,引入群密钥和分层管理机制,针对双层卫星网络的不同场景特点,将认证协议分为高轨卫星星地和星间认证、层间和同轨道低轨卫星间认证以及相邻轨道低轨卫星间认证3部分。群密钥和分层管理机制提高了群组间信息的传递效率,减轻了地面控制中心的认证压力,且在三方认证协议中实现了双重验证,提高了认证安全强度。不同于以往的单场景认证,部分认证协议采取复用认证参数的形式,在一次认证转发过程中可实现双场景的认证需求。通过协议形式化安全仿真工具 Scyther 分析结果表明,所提协议均实现了安全接入认证。与现有协议相比,所提协议提高了认证安全性,降低了通信和计算开销。