皮卫星电源系统的设计与仿真

为了满足皮卫星微小型化的要求,提出了一种新型卫星电源系统的设计方案.太阳电池阵 蓄电池组系统采用目前国内效率最高的三结砷化镓太阳电池阵和比容量最高的锂离子蓄电池,电源分配和变换广泛使用超低功耗工业级集成化器件,并且采用合理的筛选和测试手段保证系统可靠性.通过对太阳电池阵、蓄电池充放电和卫星负载进行建模,结合电源系统在轨运行的条件,仿真了卫星实时的能量状态,计算了在故障条件下电源系统的响应,以蓄电池容量变化作为能量平衡的判断依据.各种环境测试结果表明电源系统有效可靠,能量平衡仿真结果表明浙大皮卫星的能量策略不仅满足在轨运行条件,而且具有较强的抗故障能力.     

与非合作目标交会的多约束有限时间最优控制

针对拦截卫星的末端轨道拦截任务,研究了基于状态反馈的轨道控制器设计方法.考虑系统参数不确定性,建立了相对运动模型.同时考虑系统有限时间二次型性能指标、控制输入限幅和极点配置,提出了多约束条件的控制器设计问题并给出了控制器的设计方法.该方法采用线性不等式技术,根据Lyapunov稳定定理推导出控制器存在的充分条件,并将控制器的设计转化为一个凸优化问题进行求解.仿真结果表明,设计的控制器能够使系统稳定,并且能在获得最优系统有限时间性能的同时满足控制输入限幅和极点区域限制.     

地球区域性探测卫星系统研究

根据区域性探测卫星系统的特点,提出了利用太阳同步轨道间歇性区域性覆盖特定区域的轨道设计方案,利用太阳同步轨道卫星能够在理想的光照条件下,对地面目标进行可见光观测这一特点,理论上分析了太阳同步轨道的轨道特性;然后用Satlab仿真软件设计太阳同步轨道的高度、仰角和卫星初始相位等相关参数,并给出了卫星在目标区域的覆盖形状及在不同仰角条件下的覆盖时间,最后设计了一条适合此轨道设计的链路方案。     

皮卫星在轨能量平衡仿真研究

针对浙江大学皮卫星由于输入能量条件差以及采用非调节母线和体装式结构,使其能量平衡计算相对于传统卫星更加复杂的特点和电源电路的特殊设计,对电源系统进行了建模. 通过实时计算太阳电池、蓄电池和负载的在轨工作参数以及分析实时的电流平衡、电压平衡和能量平衡,最终得到真实的能量平衡仿真模型. 对理想运行条件、实际环境条件和考虑卫星姿态失效的最差条件分别进行了仿真. 结果表明,在理想条件下可以完全保证整星能量平衡;在实际环境下最大平衡功率能忍受实际负载约10%的拉偏;在最差姿态条件下已几乎没有裕量,但能完全保证卫星安全模式下的负载功率能量平衡.     

考虑多滑动窗口的中继卫星调度模型及启发式算法

高效的调度方法是提高中继卫星系统应用效能的关键.中继卫星调度主要是根据用户的任务申请,科学合理地分配中继卫星系统资源,最大限度地满足各项任务需求,为中继卫星系统编制最优工作计划.考虑中继业务中的多滑动时间窗口需求,构建了中继卫星调度问题的数学规划模型,以最大化任务完成率和用户期望满足度为目标,以任务需求约束、资源使用约束作为约束条件.设计了基于时间自由度的启发式算法,该算法包括了任务时间自由度评价、任务资源匹配、任务插空和资源更新4个算子.最后,通过大规模仿真实验验证了算法的有效性.     

优化卫星数传链路效率的VCM流程设计

为提高探测卫星数据传输链路的传输效能,采用可变编码调制体制(VCM),在不增加卫星与地面站能量消耗和设备成本的条件下,降低链路资源浪费,优化星-地数据传输的吞吐量.在卫星VCM数传体制的基础上,分析了近地轨道卫星数传链路的动态链路预算,并详细讨论了链路传输效能的数学模型,给出了一种在有效数传时间内优化数传吞吐量的VCM流程设计算法.结果表明:该算法对于预知轨道的卫星系统,根据其动态的星-地链路预算结果,在保证误码率要求的前提下,选用不同的编码调制方式,从而拟合链路预算曲线,保持较为固定的链路余量,实现链路效率的优化;根据所述流程算法,针对一颗近地太阳同步轨道卫星设计VCM数传系统.通过数值仿真,与传统固定编码调制设计对比,说明这种VCM设计在提高链路有效性方面的突出优势.     

小卫星电源管理模块的设计

小卫星在轨运行期间受重量、体积、环境等因素的限制,电源系统所携带的能源有限.为了提高能源利用率,本文提出在星务计算机中添加电源管理模块,将小卫星闲置的分系统成分置于低能耗状态的思想.给出了电源管理模块的电路和软件的具体设计方法.     

不同高度范围月球卫星轨道受摄分析

目前月球探测任务具有多样性,需要采用不同高度的月球卫星轨道,因此研究摄动力对不同高度月球卫星轨道的影响具有重要意义.文章首先分析了月球非球形摄动、地球引力摄动和太阳引力摄动三种摄动力大小随高度的变化规律.在此基础上,仿真计算了这三种摄动对不同高度月球卫星轨道的影响,得到了轨道要素和近月点高度在不同轨道高度范围内随这三种摄动力的变化规律.最后在近月点高度为百米级精度的条件下,给出了不同高度范围需要考虑的摄动力,为新型月球任务轨道设计和轨道控制提供参考.     

近场无线能量传输在模块化分离式卫星中的应用分析

模块化分离式卫星是一种通过功能分解、物理分离、供电与通信无线连接等方式实现的新型航天器架构,用于实现传统整体式航天器功能。以能源供给模块和任务载荷模块组成的模块化分离式卫星为例,根据航天器任务和各功能模块供电需求,提出了基于近场无线能量传输技术的模块化分离式卫星架构,分析了其应用的可行性及关键技术。     

基于卫星联合观测的交叉匹配约束机制分析

定标轨道预报是空间辐射基准传递定标的前提,通过利用卫星的轨道参数和定标场地信息,结合联合观测约束条件,预报出两颗卫星的时间信息和位置信息。简单介绍了空间辐射基准传递定标的轨道规划流程,研究了用于轨道预报的卫星空间位置计算方法。通过分析限定联合观测交叉频次的观测时间间隔、观测角度差异等约束条件,选取TERRA和Landsat8作为辐射基准卫星,GF-1、GF-2、GJ-1等作为待定标卫星进行了针对全球6个地面定标场地的联合观测交叉匹配约束机制分析。仿真、分析的结果有助于开展以2次/月交叉频次的基准载荷轨道优化设计,为实现我国卫星在轨高频次、高精度辐射定标提供技术支持。     

密集观测场景下的敏捷成像卫星任务规划方法

针对密集观测场景下敏捷成像卫星任务规划问题求解空间大、输入任务序列较长的特点,综合考虑时间窗口约束、任务转移时卫星姿态调整时间、存储约束和电量约束,对敏捷成像卫星任务规划问题进行建模. 提出融合IndRNN和Pointer Networks的算法模型（Ind-PN）对敏捷成像卫星任务规划问题进行求解,使用多层的IndRNN结构作为算法模型的解码器. 基于Pointer Networks机制对输入任务序列进行选择,使用Mask向量考虑敏捷成像卫星任务规划问题中的各类约束. 基于Actor Critic强化学习算法对算法模型进行训练,以获得最大的观测收益率. 实验结果表明,对于密集观测场景下的任务规划,Ind-PN算法的收敛速度更快,可以获得更高的观测收益率.     

基于模拟退火算法的电子侦察卫星任务规划问题研究

在分析电子侦察卫星的工作原理及其所担负的使命任务的基础上,首先给出了电子侦察卫星任务规划的基本过程;然后在明确电子侦察卫星任务规划问题的基本输入输出和一些基本假定的基础上,建立电子侦察卫星静态任务规划的混合整数规划模型;最后提出了一种解决电子侦察卫星任务规划问题的模拟退火算法（simulated annealing,SA）。实验结果表明：该算法有效地解决了针对固定目标的电子侦察卫星任务规划问题。     

分布式光伏电源管理现状解析和思考

2013年1月,国家《能源发展"十二五"规划》提出"构建现代能源体系,加快太阳能等新能源开发"[1]。次月,国家电网公司立足能源可持续发展,提出"为分布式电源项目接入电网提供便利条件,为接入系统工程建设开辟绿色通道"[1],同期发布《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》。围绕"支持、欢迎、服务"分布式光伏发电发展工作方针,国网滁州供电公司积极践行,主动作为,在推进分布式光伏电源接入方面做了一些探索。     

基于相对轨道要素的卫星编队构型重构制导算法

针对卫星编队飞行过程中由于任务的改变或成员的进出导致编队构型重构的问题,推导和定义了描述卫星编队的相对轨道要素;提出了基于相对轨道要素的卫星编队构型重构制导算法;使用该算法对近地圆轨道上的卫星编队重构过程中各控制因素与速度增量的关系进行了分析。结果表明,该算法能够综合考虑构型重构时运行状态、约束条件、调整策略、能量消耗等因素,便于实现编队重构的整体优化。     

调姿时间对敏捷成像卫星任务规划影响仿真

任务间卫星观测姿态调整时间是敏捷成像卫星任务规划最为重要的一个约束。对姿态调整时间的影响因素进行分析,建立空间运动学模型计算任意时刻卫星对目标的观测摆角。在此基础上,给出一种姿态调整时间的计算方法。通过仿真实验,对不同调姿模式和调姿开始时间条件下姿态调整时间的变化及其对最早可观测时间的影响进行了分析,旨在为敏捷成像卫星任务规划提供支持。     

网络卫星在轨分布式协同任务调度方法

针对网络条件下卫星执行多目标观测任务的自主调度问题,本文设计了一种"Sandwich"空间信息网络体系架构,通过网络传输延时仿真分析,其传输时延为毫秒级别,略优于传统中继方式,该网络传输效能适合多任务需求下实施在轨分布式协同计算;在此基础上,提出了一种分布式断链重连算法,可突破单星计算资源限制,提高在轨计算能力。仿真结果表明:相比单星计算,可有效缩短任务调度约一半时间;利用树莓派和无线网络搭建了分布式调度演示系统,完成了该算法的工程实现。该方法可满足组网状态下面向多任务的各类对地观测、天基探测类卫星的空间在轨自主任务规划调度需求,为空间信息网络的进一步研究和应用奠定技术基础。     

并联负载谐振式DBD型臭氧发生器供电电源的研究

在建立并联负载谐振式逆变电源供电的DBD(Dielectric Barrier Discharge)型臭氧发生系统仿真模型基础上,给出了一种适合这类供电电源的控制策略,分析了DBD型臭氧发生器上电压的谐波组成,提出了采用正弦电压源供电下DBD型臭氧发生器的基波等效模型来简化电路分析.利用基波等效模型得出并联负载谐振式DBD臭氧发生器供电电源分析模型,探讨了由基波等效模型获得的基本分析法在DBD供电电源中的应用.     

应急条件下天基传感器自主规划框架分析

随着卫星自主技术的发展,卫星在太空中面临着环境和自身运行的诸多考验,为了提高效率,保证卫星能够在太空中完成更多任务,在现有自主运行的基础上结合人工智能等技术,实现卫星在应急条件下的自主规划处理应急条件和保证任务能够顺利完成的能力.通过提前的软件编写将这种能力赋予卫星,然后通过程序指令在卫星上自主运行实现卫星的自主应急规划,为实现卫星的自主应急规划能力就应在实现之前现对卫星的自主规划做出框架分析,我利用自己的了解对做出了一个自主规划的框架.     

分布式卫星合成孔径雷达系统编队与自主保持技术

本项目是＂十一五＂国家＂装备预先研究＂重点项目。2006年1月立项,2012年12月通过成果鉴定,2013年11月获军队科技进步二等奖。项目的主要研究内容包括：①多约束条件下的编队轨道构形设计,解决分布式卫星SAR系统编队参考轨道选择,地球J2与大气摄动补偿等;②面向任务的编队轨道构形优化设计方法研究,主要针对InSAR和GMTI任务开展编队轨道构形优化设计;③编队轨道构形的稳定性分析,     

两级固定推力椭圆轨道快速交会的预测控制方法

研究了发动机两级固定推力及最小开关机工作时间约束条件的椭圆轨道空间交会控制问题。基于滚动优化原理和离散化交会模型,按照二次优化指标函数给出了一种预测交会控制算法。给出了依据交会距离确定交会控制的简化计算方法。研究了不同初始交会条件下的交会控制性能,不确定性和轨道偏心率对交会控制的影响。结果表明,设计方法对不同交会初始条件和轨道偏心率适应性好,对不确定性鲁棒性强。