基于STK_Matlab的共形相控阵对卫星可见性分析

近年来中国在轨卫星数量与日俱增，航天地面测控资源日益紧张，地面站现有的球面共形相控阵存在极大的阵面资源浪费，针对地面测控站阵面波束资源的调度分配可以有效利用现有阵面资源，为日后数量更庞大的航天测控任务需求增加资源裕度，为此需要对中国在轨卫星相对阵面的分布情况进行可见性分析；设计了一种基于STK与Matlab互联的仿真计算方法，该方法利用中国在轨卫星实时TLE数据，通过Matlab对STK控制仿真卫星相对地面站的分布及可见性，并把仿真数据存入Matlab，进一步仿真卫星对子阵的可见性，统计对各子阵的可见性结果；仿真结果得出了球面阵上各子阵在全天时刻的可见卫星数量以及资源较为紧张的子阵分布，该结果可以为球面共形相控阵波束资源调度设计提供参考。     

基于LabWindows/CVI的小卫星气浮台测控终端模拟器设计与实现

介绍一种使用工业计算机和无线网卡研制的小卫星气浮台测控终端模拟器.测控终端模拟器的主要任务是模拟地面站的遥测遥控功能,其软件开发平台采用了NI公司的LabWindows/CVI.应用模块化方法设计的测控终端模拟器软件,可实现遥测数据接收、解码、显示、存储和数据回放功能,并能通过无线网络向小卫星气浮台发送遥控指令.试验结果表明,小卫星气浮台与地面测控站之间通信过程模拟效果令人满意.     

基于相控阵天线测试的波束指向角计算方法

为验证相控阵天线的波束指向正确性,将地面坐标系和相控阵天线坐标系之间的转化建立为十二参数数学模型,为防止观测数据带来的误差,利用总体最小二乘算法求解该模型。外场试验结果表明本文的算法能够精确地计算出目标位置后获得波束指向角,适用于相控阵天线波束指向测试及验证。     

基于STK的运载火箭测控链路电平仿真分析

在运载火箭的海上测控任务中,目标特性分析是最重要的工作之一。通常采用人工预先识别任务弧段中火箭遥测天线方向图的增益变化,并手动计算地面测控站接收信号AGC情况。针对上述方法效率低、过程繁琐、人为错误无法避免等问题,讨论了基于STK软件进行运载火箭测控链路电平仿真分析的方法,重点分析如何利用火箭实测天线方向图生成STK格式的天线电磁场辐射图。通过某次运载火箭飞行任务的仿真分析和实际跟踪结果比较,证明该仿真分析方法能够满足任务需求,仿真结果可以作为运载火箭目标特性分析的参考。     

卫星与5G融合多模物联网终端的实现与应用探讨

随着通信技术的发展,卫星技术和5G通信日渐成熟,卫星物联网与地面5G的天地融合通信可以在不受地理条件限制的万物泛在互联中发挥不可替代的作用。如何将卫星与5G终端融合成多模终端并进行行业应用成为当前要解决的关键问题。卫星终端经历了从抛物面到相控阵一体化的演进,基于当前不同类型的卫星终端及5G终端,提出一种卫星与5G融合的物联网终端的实现方法。通过增加主控模块将5G模组与卫星调制解调器数据融合,并在卫星调制解调器上通过阵列天线或者相控阵天线实现固定站或者车载动中通通信,最终在物联网终端上实现卫星和5G融合通信。基于多模终端进行了应用场景的分析,融合方案能够满足人、物多场景和多业务的通信需求,为建设空天地一体化网络提供参考。     

箭载共形相控阵卫星数据链通信仿真研究

利用中继星作为通信中继,在运载火箭发射的全程中火箭与中继星都视线可见,不存在遮挡,可以实现对运载火箭的不间断测控。文章对运载火箭共形相控阵卫星数据链传输过程中的自由空间衰减、大气衰减、火焰衰减、极化衰减、天线指向误差损耗、雨衰等进行了分析,并对火箭飞行过程中,S波段箭载共形相控阵卫星数据链的安全裕度进行了仿真。     

S/X/Ka频段卫星地面站无人机测试标校设计

利用测试标校设备对卫星地面站系统进行校准维护,是卫星地面站建设和运行过程中的重要环节;标校设备能够消除地面站在使用过程中产生的系统误差,但是传统固定标校塔不能满足Ka频段的远场使用条件,因此采用无人机平台取代固定标校塔能够同时满足S/X/Ka三频段地面站使用需求,提高了标校设备使用的机动性和灵活性,降低了建设成本;通过对无人机使用的法律法规研究,对系统重要性能指标论证,设计了三频段测控数传一体地面站无人机测试标校系统,采用Ⅱ类无人机平台,搭载有效载荷标校源、天线、远控模块,通过地面与机载通信链路进行信号通断、极化切换等控制,经实际应用满足了S/X/Ka频段卫星地面站建设工程上的应用。     

灵活准则地面测控资源约束满足模型研究

针对地面测控资源调度中复杂约束难以描述的问题,对地面测控资源及用户需求进行详细分析。将任务分解为阶段性的需求集合,用一种时序性约束描述各类需求间的逻辑关系,给出包括设备匹配约束、时间窗口约束、地面站冲突约束、卫星竞争约束、时序逻辑约束、星载可再生资源约束六类约束的表示方法。针对不同用户从资源利用,任务完成等角度提出的需求偏好,设计了任务优先级,任务集中以及设备均衡三类原则,并进行仿真验证。初步实现了地面测控资源调度的复杂约束建模,为灵活需求偏好提供了一种设计思路。     

星地激光通信相对运动研究与仿真

星地激光通信系统中,为了确定激光链路的传输方向,确定卫星相对于地面站的位置参数。采用两行星历数据的轨道六要素,根据坐标变换原理,依次计算卫星在地心轨道坐标系、地心惯性坐标系和地心地固坐标系中的位置,再由地面站的经纬度和海拔计算在地心地固坐标系中的位置分量,最后计算在观测坐标系中卫星相对于地面站的位置参数,包括方位角、仰角和斜距。在MATLAB上进行仿真,输出与卫星工具箱仿真的二体模型时空分布相一致,证明了方法的正确性,可为星地激光通信系统的研究提供参考。     

基于便携终端的应急测控技术研究

针对地面固定测控站以及车载机动测控站在作战条件下的抗毁性、机动性和灵活性不足的问题,研究了基于便携式终端的卫星应急测控技术.根据便携式终端的特点设计了低密度弹性遥测体制和多测速实时轨道测量体制,不仅能够充分发挥便携式终端灵活性、隐蔽性的优势,而且能够回避其链路传输能力和数据处理能力的弱点.理论分析与仿真结果显示,当终端布站半径达400 km,测速误差控制在0.1 m/s以内时,对低轨卫星的定轨精度可达米级,满足战时卫星管控和信息支援的需求;且测控终端之间的基线越长、测速误差越小,定轨精度越高.     

同步卫星扫描视锥与轨道的绘制算法

为了模拟同步卫星在外太空的飞行状态,建设先进的同步卫星模拟仿真系统对于卫星的研制与性能分析有着重要的意义;由于卫星是在特定的轨道上飞行,所以对卫星轨道的绘制建模是卫星模拟仿真系统开发中关键的一环;在这篇文章中介绍了同步卫星与地面观察站通信过程中的扫描视锥与同步卫星运行轨道的绘制算法,重点探讨了基于OpenGL基本矢量图元的绘制以及利用世界坐标系和向量的方法对在绘制过程中所需数据的求解过程;分析了根据同步卫星的运行姿态与其所在轨道的位置来确定同步卫星扫描视锥的角度;最后通过一个虚拟世界的3D引擎验证算法的可行性与绘制效果。     

编队星载GNSS观测数据的建模与仿真

编队星载GNSS观测数据的建模仿真是编队卫星研发任务中的关键问题之一.结合编队卫星构形设计方法、导航卫星可见性分析、几何距离生成以及观测误差的特性分析,建立了观测数据仿真模型.基于SIX的三维图形显示、精确的卫星轨道模型和数据报告等功能,以及Matlab便于数据操作和算法开发的特点,搭建了观测数据仿真平台,获取了编队星载GNSS接收机的观测数据.给出了仿真设计框架与具体流程,并通过仿真实例给出了观测数据仿真结果及其可信性验证.     

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。     

卫星测控地检板卡设计与实现

随着当前小卫星发射任务激增,卫星的生产模式由单件小批量人工驱动向高自动化批量数字驱动转变,其地面测试模式也由传统的大卫星单星测试向多星柔性化、批量化、自动化方式转变。传统的卫星测控测试仪为单机形式,体积大、可扩展性差,并且设备价格昂贵,已经不能满足目前小卫星及批量化卫星对于卫星测控分系统快速测试的需求。该文研究一种基于PXI总线的板卡式卫星测控测试板卡,仅需要一块标准3U板卡即可实现基于USB信号体制的70MHz中频信号的USB体制卫星的地面测控系统测试需求,并可通过增加板卡数量的形式灵活扩展测控测试通道,实现测控测试系统的快速重构、快速升级     

一种GPS定位实时选星改进算法研究

为了提高GPS系统选星的实时性,提出一种实时选取最佳定位星座的改进算法.利用卫星历书及卫星的运动方程,借助于MATLAB仿真环境,计算卫星任一时刻的空间坐标.再根据地球表面及建筑物对卫星信号的遮挡,以及仰角过小时误差会变大,分析定位卫星的可见性,进而确定观测站上空的卫星分布情况,然后进行观测站最佳星座的选取.算法首先确定可见星中的仰角最大星,然后在其余可见星中任选三颗进行遍历,缩小了选择最佳星座的遍历空间,减少了对GPS卫星的搜索时间.仿真结果证明,方法在保证精度的前提下,有效地改善了实时性.     

一种卫星半实物模拟训练等效器的设计与实现

由于在实装上进行卫星地面测试的日常训练可能会造成设备的严重损耗,不能用真实卫星作为日常训练对象。通过分析大量卫星的供配电特性,设计半实物供配电设备模拟器,用其代替真实部件引入闭环回路,实现卫星内部供配电分系统的实物等效。以计算机为核心实现数据采集及数据处理系统,并可实时接收遥控指令、模拟生成遥测数据,配合地面测试系统响应测试流程。硬件实物仿真设计了数据采集、信号产生等硬件板卡,实现配电等效、指令等效、测量等效的功能。模拟器整体设计以PXI总线为接口,满足了系统的模块化及通用化设计,可方便实现其他模拟器的组合及扩展。经过现场运行表明及用户实际测试表明,该设备可完全替代卫星供配电分系统实现卫星电气性能模拟,有效配合地面测试人员的日常训练。     

卫星时间窗口计算的动态步长快速算法

针对卫星轨道连续跟踪采样的时间窗口传统计算方法计算量大、效率低的问题,提出了一种新的快速算法。为减少参与计算的采样点数量,算法通过预测参与计算对象之间距离动态调整采样步长;为使算法适于解决各类时间窗口计算问题,提出广义可视概念进行时间窗口判定。分别研究了卫星与地面点目标可见时间窗口、星间可见时间窗口、卫星对地面目标覆盖时间窗口、地面大范围区域卫星过境时间窗口的广义可视判断方法和预测距离计算模型。实验结果表明,算法与传统算法精度完全一致,效率提升约99.7%。     

Robot control strategy for in-orbit assembly of a micro satellite

We have developed novel heuristic control strategies for fitting parts with almost no clearance and also dealing with flexible objects using visual and force feedback. We have applied these control strategies for micro satellite assembly tasks of a ground research model of an in-orbit maintenance robot system. For the in-orbit maintenance system, micro satellites should be modularized as much as possible. The in-orbit maintenance system needs to assemble the modularized parts into micro satellites. We have developed a ground research model including a two-armed robotic platform and modularized micro satellite models. To assemble a micro satellite model, two problems arise: one is to engage two parts into a tight fit and the other is to handle flexible parts. We use a heuristic approach to solve the first problem — to grope one part to find the entrance of engagement of the other and to wobble this part to make a tight fit. For the second problem, visual measurement of the parts is used to position the end-effector of a robot arm and also active limp control is extensively used to adjust any misalignment that arises from the visual measurement error. With the combination of the heuristic, visual and active limp control, the system can successfully assemble a micro satellite.