星上数据管理（OBDH）中的实时多任务操作系统设计

参照欧空局的软件工程规范，研制了为星上数据管理任务服务的实时多ＲＴ８，它的硬件环境是两个互为冷备份的主控单元ＭＣＵ通过１５３Ｂ串行数据总线与多个远置单元（ＲＴＵ）联接，完成星上遥测，遥控及星上多项数据库管理任务本文介绍了其设计要点，力求系统设计思路简单清晰，程序易于个性维护，可靠性高，为星上应用软件开发提供通用设计平台。     

基于Coq的操作系统任务管理需求层建模及验证

为确保星上操作系统中任务管理设计的可靠性,利用定理证明工具Coq对操作系统任务管理模块进行需求层建模及形式化验证.本文从用户角度基于星上操作系统任务管理的基本机制,提出了一种基于任务状态列表集合的验证框架,在需求层将基本机制进行形式化建模并在Coq中实现,针对建立的需求层模型提出6条与实际星上操作系统任务管理一致的性质并进行验证.给出其中一条性质在Coq中的验证过程,结果表明模型满足该条性质.     

SELENE姿态轨道控制系统的设计

宇宙开发事业团(NASDA)和宇宙科学研究所(ISAS)正在研制月球和工程探测卫星(SELENE)，计划于2003年用H-ⅡA火箭发射入轨。星上安装有惯性基准单元(IMU)和星敏感器(ST)，用来确定姿态；还装有推力器用于飞轮卸载。本文介绍SELENE姿态轨道控制系统(AOCS)的初样设计结果。     

基于注意力神经网络的对地观测卫星星上自主任务规划方法

星上自主任务规划是对地观测卫星自主运行的关键技术之一,近年来得到了研究人员的高度关注。考虑到星上计算资源有限,以及星上任务、资源动态变化等特点与挑战,现有研究主要采用启发式搜索算法对卫星星上自主任务规划问题进行求解,但这类算法还有待进一步优化。文中首先构建了一种新的观测任务序贯决策框架。基于该框架,对地观测卫星可以实时决策要执行的观测任务,而无须预先生成任何观测方案。然后,将注意力机制和循环神经网络相结合,设计了观测任务决策模型、任务特征表示方法以及模型训练方法,提出了一种基于注意力神经网络的观测任务序贯算法;最后,基于多组随机数据对所提算法、两种深度学习算法以及两种启发式在线搜索算法进行了比较。实验结果表明,所提方法的平均响应时间不到已有深度学习算法的1/5,收益误差远低于启发式搜索算法,证实了所提方法的可行性和有效性。     

GPS Block ⅡR卫星的现代化

从1993年初开始，为满足对GPS卫星性能、应用领域和精度的新需求，人们一直十分关注全球定位系统(GPS)的用户接口和信号结构的改造和升级。由于上一代GPS卫星(BlockⅡ／ⅡA)工作寿命延长，使得人们有机会比以前制定的计划时间表提前数年来改进GPS的性能。本文评价了GPSⅡR卫星(SV)及其相关地面设备在现在、近期和未来可能进行的升级。目前对星上处理单元(SPU)的改进是增加用于性能分析的星上处理器数据采集缓冲器。目前对任务数据单元(MDU)的改进是扩展在轨故障诊断能力；改进时统系统(TKS)的性能和星间链路性能；提高快速程序上载能力和噪声环境在轨监控能力。近期的这些改进项目将使GPS BlockⅡR卫星现代化，从而大大增加执行任务的能力和灵活性。改进后的ⅡR(ⅡR-M)卫星可以支持L1和L2载波上的其他专用军用(M-码)信号。ⅡR-M卫星的其他能力包括升级的导航软件、L2载波上的粗码／捕获码(C／A)、增强现行C／A和P(Y)码的信号功率。ⅡR-M卫星输出的信号功率电平按照需要在C／A、P(Y)和M-码各信号单元中在轨重新分配。GPSⅡR-M卫星的导航有效载荷设计具备支持未来GPS信号升级的在轨灵活性。最后，本文将展望未来，探讨GPSⅡR卫星小组现在正在研究的对卫星和GPS基础设施可能进行的升级项目。     

基于APS的微型星跟踪器

JPL实验室已经就如何设计未来小型化星跟踪器的问题安排了一个研究课题。该研究项目推荐发展以APS为核心的超低功耗(70mW)、超轻质量(42g)的高速(50Hz)微型星跟踪器(MAST)。当数据更新率为50Hz时，这种MAsT的精度约为7．5”。对于所有轻质量与低功耗的微型卫星来说，MAST都是不可缺少的，因为在这些卫星上，质量与功耗参数是人们特别关心的。MAST仅由两个芯片组成——一个是为星跟踪器应用而优化的CMOS有源像元敏感器(APS)图像探测器，这是一项技术突破；另一个是包含内部集成电路(I^2C)接口、存储器和一个8051微控制器的专用集成电路(ASIC)芯片。MAST的强大功能使它可从几个小窗口同时输出像元数据，而由星上计算机执行处理任务。     

卫星通信系统星上处理中的调度问题及其算法

以往的卫星调度问题多侧重于地球站或测控资源的优化调度,实际上通信卫星本身包含许多调度问题。航天通信测控任务的新发展,要求通信卫星具有更强的星上处理与交换功能。该文主要研究卫星通信系统星上处理中的优化调度问题。卫星通信系统的常见多址联接方式是时分多址(TDMA)。该文描述了TDMA卫星通信系统星上处理中的调度问题。提出了相应的优化算法,并利用图论与网络最优化中的理论。说明卫星通信系统星上处理中的调度问题本质上是二部图的匹配问题,最后结合应用实例说明了优化算法与匹配方法的具体应用。     

基于GPS校准的皮卫星高精度时间系统方案

许多实际应用任务对皮卫星星上时间系统有较高的精度要求,传统采用实时时钟芯片（RTC）的时间系统方案难以满足需求,基于GPS的皮卫星星上时间系统应运而生。受能源限制,皮卫星携带的GPS接收机一般采用间歇性开机方式工作。本文设计实现了一种基于GPS校准的星上时间系统方案,提出了分级校正算法,并对算法中的参数进行了优化,实验表明,每天GPS接收机仅需开机1024 s,即可保证优于1 ms/d的星上时间精度。整个方案实现简单,且已应用于浙江大学研制的ZDPS-2皮卫星,满足了任务载荷5 ms时间精度的要求。     

有限元法在星载机箱动态设计中的应用

随着航天产品高可靠性的进一步要求，传统的静态设计已不能满足实际需要，动态分析与动态设计已成为产品力学设计的重要一环，星上电子设备机箱是控制航天器功能单元或部件的一种主要结构形式，其设计质量轻者影响单元的性能。严重时甚至于使它们丧失功能，本文应用结构发析软件ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ对星载机箱进行了模态分析及振动与冲击的动态响应分析，为星载机箱的动态设计提供了理论参考数据。     

基于仿真平台的高职网络专业项目化教学研究

针对高职课堂教学特点和培养合格"职业人"的教学目标,对高职计算机网络技术课程进行了课程整体设计、课程目标设计和课程单元设计;提出以仿真技术平台为依托,设计一个小型局域网项目、六个模块和二十二个任务;以"交换机和路由器的综合配置"任务为案例进行课程单元设计;给出基于过程考核的评价方案,达到较好的教学效果。     

中国成功发射可持续发展科学卫星1号

2021年11月5日,我国在太原卫星发射中心用长征六号运载火箭将可持续发展科学卫星1号(SDGSAT-1)发射升空.卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功. SDGSAT-1卫星为太阳同步轨道设计,搭载了高分辨率宽幅热红外、微光及多谱段成像仪3种载荷,设计有"热红外+多谱段""热红外+微光"以及单载荷观测等普查观测模式,可实现全天时、多载荷协同观测.同时,拥有月球定标、黑体变温定标、LED灯定标、一字飞行定标等星上和场地定标模式,保证了精确定量探测的需求.     

基于新课标的初中信息科技大单元教学设计路径

作者以“Python语言程序设计”为例,深入探究了初中信息科技大单元教学的设计路径——以大主题或大项目为统领,聚焦核心素养导向的单元学习目标,重组整合单元学习内容,将知识问题化、问题任务化、任务情境化,形成问题链或任务群,进而设计单元学习活动方案,开展单元教学活动。     

面向存储资源优化的遥感卫星任务规划算法

针对遥感卫星的成像任务规划问题,按照任务重要性的不同,提出了两阶段调度策略,并设计了两个时间窗口选择规则。以星上存储资源优化为目标,利用地面站的下传活动将整个规划过程分为较小的调度区间,提出了可用存储空间上界估计算法计算每个调度区间的可调度存储资源容量,以此为基础对问题进行了简化,并给出了基于规则的启发式求解算法。实验结果表明,该算法是有效的。     

面向脑核磁共振识别运动任务的门控循环单元方法

目的 在脑科学领域,已有研究借助脑功能核磁共振影像数据(functional magnetic resonance imaging,fMRI)探索和区分人类大脑在不同运动任务下的状态,然而传统方法没有充分利用fMRI数据的时序特性。对此,本文提出基于fMRI数据计算的全脑脑区时间信号(time course,TC)的门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)方法(TC-GRU)进行运动任务分类。方法 基于HCP(human connectome project)数据集中的100个健康被试者在5种运动任务中分两轮采集的1 000条fMRI数据,对每种运动任务计算每个被试者在各脑区(共360个脑区)的时间信号;使用10折交叉验证方案基于训练集和验证集训练TC-GRU模型,并用构建好的模型对测试集进行测试,考察其对5种运动任务的分类能力,其中TC-GRU在各时刻的输入特征为全脑脑区在对应时刻的TC信号幅值,通过这样的方式提取全脑脑区在整个时间段的时序特征。同时,为了展示使用TC-GRU模型可挖掘fMRI数据中更丰富的信息,设计了多个对比实验进行比较,利用长短期记忆网络(...     

星上电缆自动导通绝缘测试仪的设计与开发

星上电缆在航天器系统工程中起到了传递能量和信息的关键作用,并且其上天后具有不可修复性,这就决定了它在电性能检测方面必须做到高质量与高可靠;针对传统人工方式进行导通绝缘测试时工作强度大、检测效率低下和可信度低等缺点,设计并开发了一种星上电缆自动导通绝缘测试仪;该仪器基于模块化设计的思想采用中央控制器对各个模块单元进行控制来分别实现测试通道自动切换、测试电压的供给、星上电缆导通绝缘电阻的数据采集、通讯、存储和显示;实践结果表明,星上电缆自动导通绝缘测试仪一方面可以提高电缆导通绝缘测试的可靠性,增强质量控制;另一方面,可以提高效率,节省生产周期,降低劳动强度。     

星上一体化电子系统的FDIR框架设计与研究

传统的卫星往往要在硬件设计开发后,才能针对具体硬件平台进行星载故障检测隔离恢复(FDIR)设计,这就使得整个卫星系统开发周期增长,FDIR软件也无法重用.首先分析了星上故障检测隔离和恢复的特殊性和必要性,在概述FDIR的基本概念、相关技术方法以及卫星数据模型(SDM)平台的基础上,提出了一个基于SDM平台的星上一体化综合电子系统FDIR框架,既克服传统卫星针对"一星一平台"的FDIR设计,又能方便整星的信息融合,提高FDIR能力.     

基于FPGA技术的微小卫星总线控制系统设计

传统的星载计算机集成控制技术不能满足微小卫星日益复杂的数据交互要求和通用化、平台化的要求;研究了星上公共总线结构下的微小卫星控制结构,把星上网络划分为信息网和控制网;基于FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片设计了星务计算机节点及其CAN(Control Area Bus)总线接口;应用了SOPC可编程片上系统技术,使得系统的体积功耗更小,提高了系统灵活性和功能集成度;通过微小卫星飞轮执行机构的控制实验,验证了基于总线的微小卫星控制系统的有效性.     

TORSS星载导航系统（TONS）的星上构型和算法

NASA戈达德空间飞行中心（GSFC）目前正在研制跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）的星上导航系统（TONS）,旨在为TDRSS及其后继星TDSS0Ⅱ的用户提供星上高精度自主导航信息。在探测器平台／远紫外探测器（EP／EUVE）任务上已经进行了一次TONS试验。EP／EUVE任务计划于1992年5月发射,用于飞行验证使用前向链路定时跟踪业务的系统。本文概述了TDRSS的星载导航系统,它即可用于EP／EUVE试验又可用于未来的TONS用户。讨论了系统设计目标,给出了TONS研制三个阶段的运行框架。文中描述了TONS研制的第一个阶段,即在EP上进行试验,内容包括硬件特性、信号采集过程、星上数据采集以及在TONS地面支持系统（TGSS）的习行仿真环境中进行的地面数据处理。TONS的第二个研制阶段是开发一个完整的TONS Ⅰ系统,它在星上利用前向链路S波段定时业务提供的多卜勒数据确定轨道和频率。文中对该阶段进行的试验进行了评估并提出改进措施,另外还提出了一种保持星上时间与TONSⅠ时间同步的方法。第三个阶段,即TONSⅡ系统,利用不定时前向链路S波段信标业务连续产生的多卜勒数据和伪距数据在星上确定轨道、时间和频率。文中描述了支持TONSⅡ所需的改进。     

基于UMAC的六足机器人控制系统设计

六足机器人随着任务的复杂程度不断提高,自由度也不断增多,使其控制结构也越来越复杂,给工程实现带来很大的困难.本文以中枢模式发生器(CPG)原理为基础,IPC+UMAC多轴运动控制器为核心,采用分级分布式控制结构设计六足机器人控制系统.控制系统包括6个CPG单元,每个CPG单元的输出信号控制机器人单腿的三个关节.通过CP...     

星上DSP系统性能提高的瓶颈及其对策

本文针对执行数据处理任务的星上应用DSP系统，以系统设计的角度，从外部存储器速度、外部存储器容量、软件可靠性三方面详细分析了限制DSP系统进一步提高性能的瓶颈，并分别提出了解决方案。应用这些方案到实际的星上DSP系统设计中，将大幅度的提高数据处理性能，提高DSP芯片在星上应用的可靠性。