基于层次分析法与模糊理论的卫星效能评估

卫星系统效能准确评估问题,是卫星方案设计及优化提高卫星系统运行效率的基础.由于卫星面对多任务观测,无法准确评估完成任务的效能.所以,评估指标体系及评估方法的合理应用便成为效能评估的关键技术.为此提出采用指标体系和评估方法描述的目的是能在仿真环境中以标准化的流程来检验卫星系统的效能,通过分析卫星系统效能评估的特点,首先建立卫星效能评估的指标体系,然后通过层次分析法对其进行权重计算,并通过计算机仿真获取各指标的数值,最后使用模糊评判模型对卫星系统综合效能进行计算,取得了较好的效果,验证了数据的真实性和方法的可行性,解决了系统中非线性、高耦合的难题.     

基于Agent的卫星体系效能评估仿真方法

利用仿真手段进行卫星体系效能评估具有可信度高、针对性强等优点.文中主要讨论卫星体系效能评估指标确定和效能评估仿真框架的建立问题.文章分析建立了卫星体系系统效能和作战效能两类度量指标,以系统、全面地描述卫星体系的作战能力.详细设计了由物理层、信息层、认知层构成的Agent仿真模型,抽象出了各种类别的Agent,并在此基础上构建了集运行仿真、作战仿真两种类型仿真为一体的卫星体系效能评估仿真框架,讨论了仿真框架的具体实现方案.该仿真框架能够较全面地计算各类效能度量指标,从而有效地对卫星体系进行效能评估.     

多维动态规划在对地观测卫星调度中的应用

对地观测卫星调度问题是指如何利用有限卫星资源,在时间、空间等多约束条件下提高对地观测任务执行效率,是一个多约束条件下的目标满足问题.多维动态规划是针对多维约束任务将有限资源进行合理分配、高效调度的有效方法.它以缩短任务完成时间为目标,通过先求解一系列子问题,再处理子问题间关系求得问题最终解,避免了计算的复杂性,又满足了时效性要求.针对卫星对地观测任务约束变量多的特点,将多维动态规划应用到对地观测卫星调度问题中,是解决该问题在时效性要求条件下的有效方法,其可行性通过想定任务在文章中得到证明.     

对地观测卫星协同观测区域目标方法研究

对地观测区域目标分割与优选问题是多星协同观测区域目标规划过程中的一个重要环节。采用卫星或遥感器侧摆能力的区域目标动态分割算法,并结合贪婪优化算法对分割结果进行优化规划,在规划过程中依据建立的全球网格参考系统可以方便、高效地计算目标覆盖率,进行实时效能评估以对分割方式进行反馈调整,保证区域目标分割结果最优。依据提出的算法设计了包含三颗对地卫星和一个区域观测目标的应用场景进行实例仿真,并得出了较为理想的仿真结果。     

基于对地观测需求分析的多星协同任务规划研究

由于对地观测的应用目标不同,各业务部门对遥感数据的需求存在差异。为了在多星协同任务规划中最大限度地满足用户提出的任务需求,构建了对地观测任务需求模型,整合了观测要素对于传感器的观测时限、空间分辨率和光谱需求,并基于改进层次分析法(AHP)评估了卫星资源对于任务需求的适宜度;进而,提出了以任务需求适宜度及任务优先级为优化子目标的约束满足模型,通过遗传禁忌混合算法实现了时空谱一体化的多星对地协同观测。以“一路”重点区域南海及周边地区为试验区域,结果表明,本文提出的方法取得的目标函数平均值及任务需求适宜度平均值较大,能够对成像点目标分配适宜观测的卫星资源。通过对比三种算法,本算法的运行时间较短,能够满足实际应用需求。     

基于HLA的对地观测卫星系统效能评估研究

对地观测卫星系统的评估是一个多学科,多因素,多层次,多目标的复合性问题,传统的评估的方法存在主观性和不直观性等缺点.科学的评估能够对系统提高认识,给系统的优化性能评估打好基础,进一步提高对地观测多卫星系统评估的科学化水平,提出根据HLA的复杂卫星系统仿真评估的平台,实现了系统仿真分析与效果显示功能,并给出了卫星系统性能参数的15个报表,可以直观地解决了系统中的非线性,高耦合性的难题.     

复杂多卫星系统有效覆盖特性的仿真分析

目标被覆盖特性是表征对地观测卫星系统总体性能的重要量度,但对于复杂多卫星系统,精确的覆盖特性无法用解析方法求解,而且通常的几何视场覆盖性能不足以反映系统探测目标信息的实际效能.为此,本文提出了能够衡量对地观测系统信息获取实际效能的综合量度-有效覆盖特性,分析了影响瞬时有效覆盖的复杂性因素,阐述了基于数值点仿真求解的一般性方法,并以三星时差电子侦察定位星座为例给出了具体模型.     

侦察卫星战场应用综合仿真系统

研究卫星战场侦察问题,为提高效率保证变轨的姿态控制,时空关系条件是影响侦察卫星战场应用效能的重要因素,采用仿真技术作为时空关系分析的有效手段.通过建立了侦察卫星战场应用综合仿真系统,包括考虑摄动因素的卫星轨道计算模型,卫星机动变轨模型,战场目标系统模型,卫星战场应用效能评估模型.以某光学侦察卫星的变轨侦察过程为例,进行了卫星变轨过程仿真和战场应用效能评估,仿真结果表明了仿真系统的有效性,为设计提供可靠依据.     

基于感知度模型的卫星侦察舰船目标效能评估研究

信息化作战条件下,卫星侦察舰船目标情报的获取成为分析判断现代战争海战场态势的重要依据。为评估卫星侦察监视效能,文章引入感知度概念,建立卫星侦察舰船目标感知度评估模型,给出模型定义及计算公式,深入分析了感知度评估模型的构建因素。针对舰船目标区域,通过引入网格空间,计算感知度,给出仿真评估流程和步骤。以我国领海某区域为例进行仿真分析,仿真结果表明模型能够较好的评估多颗卫星联合侦察效果。     

基于ADC模型的侦察卫星效能评估研究

以美国工业界武器系统效能咨询委员(WSEIAC)提出的ADC模型为基础,对侦察卫星系统自身特点进行分析,建立了系统ADC效能评估模型,并以此为基础,针对系统效能评估ADC模型不能反映侦察卫星侦察过程动态变化的问题,给出了解决方案,建立了动态ADC模型.在动态模型中,引入侦察卫星老化的问题并进行分析,应用泊松过程对卫星老化率进行了建模,给出了卫星老化率模型.     

A model, a heuristic and a decision support system to solve the scheduling problem of an earth observing satellite constellation

China plans to launch four small optical satellites and four small SAR satellites to form a natural disaster monitoring constellation. Data can be obtained by the constellation in all weather conditions for disaster alert and environmental damage analysis. The scheduling problem for the constellation consists of selecting and timetabling the observation activities to acquire the requested images of the earth surface and scheduling the download activities to transmit the image files to a set of ground stations. The scheduling problem is required to be solved every day in a typical 1-day horizon and it must respect complex satellite operational constraints as well as request preferences, such as visibility time windows, transition time between consecutive observations or downloads, memory capacity, energy capacity, polygon target requests and priorities. The objective is to maximize the rewards of the images taken and transmitted. We present a nonlinear model of the scheduling problem, develop a priority-based heuristic with conflict-avoided, limited backtracking and download-as-needed features, which produces satisfactory feasible plans in a very short time. A decision support system based on the model and the heuristic is also provided. The system performance shows a significant improvement with respect to faster and better scheduling of an earth observing satellite constellation.     

基于北斗卫星的GPS轨迹数据异常双频定位方法

当前GPS轨迹定位方法均采用单频定位,在数据异常情况下不能保障定位精度,故此提出一种基于北斗卫星的GPS轨迹数据双频定位方法研究。先基于北斗卫星的定位原理建立用于空间几何距离测量和地面监测点精准定位的数学模型,并确定出伪距和载波相位的观测值的权重;利用北斗卫星确定出标的物的空间几何距离,及空间位置信息;由于定位系统本身及大气电离层的影响,得到空间定位信息内包含有误差项,基于北斗卫星系统可以修正GPS轨迹误差项和异常数据,实现对标的物位置信息的精准定位。测试数据表明提出定位方法的精度更高,综合定位偏差值为0.56%,同时定位误差的均值和方差控制表现更好。     

卫星自主导航中月亮摄动及其仿真研究

卫星自主导航是卫星控制技术发展的必然趋势,是当今世界航天领域研究的前沿热点之一。该文针对基于组合大视场星敏感器星光折射的卫星天文自主导航方法,应用广义卡尔曼滤波理论,建立了月亮引力摄动下的系统状态模型和系统观测模型。对系统模型进行了状态最优估计周围的线性化和采样周期的离散化,给出了干扰方程。在滤波计算过程中,采用了改进的广义卡尔曼滤波算法,以某地球同步轨道通信卫星为背景,进行了计算机仿真研究。分析和讨论了月亮摄动力对卫星自主导航的影响,给出了其影响的变化规律。研究和仿真结果表明,月亮引力是卫星自主导航的主要摄动因素之一,直接影响卫星轨道倾角的变化,并且卫星轨道越高,影响效果越明显。     

贪婪搜索算法在卫星调度中的应用

针对采用天气预报的滞后云层进行卫星调度影响观测图像质量和观测收益的问题,提出一种获取实时云层的数学模型,并基于此构建考虑实时变换云层的敏捷观测卫星（AEOS）调度模型。由于贪婪搜索算法（GSA）具有局部优化的特性,能够充分考虑卫星观测的云层和有限存储资源等约束,研究了GSA在该卫星调度问题中的应用。首先,GSA优先考虑观测任务的云层遮挡,并根据云层遮挡大小,计算待观测任务的图像质量,将之排序选择待观测的任务;其次,结合任务的大小、截止时间和卫星的存储资源约束,选择能够给观测收益带来最大化的任务;最后,进行观测和任务传送。仿真实验表明,在任务数为100的情况下,采用GSA进行卫星调度的任务收益比常用于卫星调度的动态规划算法（DPA）所获得任务收益提高了14.82%,比局部搜索算法（LSA）所获得任务收益提高了10.32%,并且同等条件下,采用GSA得到的观测图像的质量比其他两种方法得到的图像质量更高。实验结果表明,GSA在实际卫星调度中,能够有效地提高图像观测质量和任务观测收益。     

自校正滤波器在卫星定位中的应用

设计了一种新的基于ARMA模型的自校正卡尔曼滤波器,对卫星定位误差模型参数进行分段在线估计,根据误差模型估计参数直接求取滤波增益阵.并提出了一种直接计算滤波误差方差阵的方法,对两个不同的定位系统进行信息融合.仿真结果表明,在未知噪声统计特性的情况下,自校正卡尔曼滤波器能有效过滤观测噪声,基于它的信息融合规则能够有效提高定位精度.计算过程简单,并可以在线建模.     

波束方向探测技术的注入式仿真系统验证

这篇文章主要介绍采用功率探测仪方式的注入式仿真系统对波束方向地面探测试验系统进行验证的系统设计和软、硬件控制与实现;通过向注入式仿真系统输入模拟目标星在不同位置发射的信号功率,以及目标星在平台坐标下的角度和位置信息,一方面确定地面探测试验系统技术方案的可行性和检测相关设备的性能,另一方面验证对目标星发射天线主波束方向的探测是否满足精度要求;通过仿真试验证明该注入式仿真系统不仅使用方便、节约成本,而且通过控制相关仪器设备能够准确记录地面探测试验系统对目标星仿真数据的计算信息,进而实现验证。     

An efficient utilization of intermittent surface–satellite optical links by using mass storage device embedded in satellites

Recently, earth observation system by using satellite network has attracted much attention due to its wide coverage and disaster resistance. Although the system is useful for collecting various data, which have an effect on a natural disaster, ecology and so forth, earth observation satellite hardly send the collected observation data to the ground station. This is because that the earth observation satellite needs to orbit near surface of the earth to get high-precision data, and it limited the time that can be used to send the observed data traffic to the ground station. Additionally, the amount of the observed data drastically increase in these days. Thus, we focus on the data relay satellite using optical communication in this network. By relaying observed data to traffic to the relay satellite, which has geostationary orbit, it is possible to increase the chance of sending data for the observation satellite due to the wide coverage of the relay satellite. In addition, laser light that is used in optical communication in satellite network has high frequency and it can deliver large data compared with radio wave. However, laser light is greatly influenced by atmosphere, and optical link capacity between satellite and ground station drastically changes according to weather condition. Therefore, we propose a new data traffic control method to use the network constructed by satellites which has mass storage device effectively according to the condition of optical downlink between satellite and optical ground station. The effectiveness of the proposed method is evaluated with numerical result.     

预警卫星半实物仿真系统设计与实现

国防支援计划(DSP)是美国现役的预警卫星系统,主要对导弹进行早期探测和预警;为评估DSP卫星对目标的探测能力,文中分析了预警卫星的部署情况和工作模式,提出了预警卫星仿真系统的总体设计方案,确定该系统的功能模块以及实现方式;根据预警卫星双波段探测的工作模式构建了红外双色扫描探测模型,提出了基于双霍夫变换的多帧关联目标检测算法,利用目标的运行特性有效去除背景噪声,并结合双波段探测信息融合策略降低卫星虚警率;最后利用双星定位方法预估目标轨迹并对不同发射角目标的预测轨迹与真实轨迹之间的误差进行对比分析;通过试验运行,该系统达到了预期结果,具备对目标导弹的探测和跟踪能力,为导弹性能评估提供一种仿真手段和依据。     

On the monitoring of land surface temperatures with the NOAA/AVHRR: Removing the effect of satellite orbit drift

To study the inter-annual variability of land surface temperature with NOAA Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) data, one must account for changes in the observed radiances due to changes in the observation time caused by satellite orbit drift (SOD). This study proposes a simple method to remove the SOD component from the AVHRR thermal IR. Spurious trends in these data should be corrected for to prevent their misidentification as real trends in the Earth's climate system and to infer more reliable conclusions from the inter-annual land surface variability studies, such as monitoring droughts. The proposed correction requires information on the observation solar zenith angle and normalized difference vegetation index for the region of interest.     

Preliminary experiments on technologies for satellite orbital maintenance using Micro-LabSat 1

For maturation of space activities, not only developing and using space systems is important, but also performing maintenance on them in their orbital environment is necessary in order to use them efficiently. The Communications Research Laboratory (CRL) has been studying an orbital maintenance system (OMS), specifically an on-orbit satellite maintenance system. An important first step is the capability to autonomously recognize and rendezvous with a target satellite. The CRL developed a microprocessor multi-chip module to control the OMS, including its robotic system and image processing, and installed it on Micro-LabSat for a mission called Micro-OLIVe (MicroLabSat was developed by NASDA and launched in 2002 together with the environment observation technology satellite ADEOS-II). In this paper, we describe the OMS concept, our experimental system and results of the Micro-OLIVe experiments. These experiments aimed at using the microprocessor multi-chip module to control the OMS, its camera units that use conventional C-MOS digital still cameras and its software used for flexible image processing.