基于STK实现中继卫星业务运行可视化

跟踪与数据中继卫星系统搭建了中低轨航天器及其地面站通信的桥梁,实现了信息的实时传输,并提高了突发事件的应对能力。为对跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)调度业务的质量以及效率进行有效评估,在STK功能和接口的基础上,提出了基于STK通信组件(STKX)的跟踪与中继卫星实时场景仿真及其原型系统实现的技术方法,设计并实现了中继卫星针对中继业务的运行可视化系统。仿真结果表明,基于STKX的仿真平台能够满足中继卫星地面终端对中继任务的实时任务监控以及业务调度评估需求。     

基于人工蜂群算法的中继卫星任务调度研究

研究中继卫星任务调度问题可以为跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的任务计划编排提供科学合理的决策方法,任务调度模型的建立与调度算法的设计是中继卫星任务调度的两个关键问题。该文针对中继卫星任务调度问题特点,综合考虑中继卫星与用户航天器之间具有可见时间窗、用户提交的任务属性、中继卫星前向资源受限等约束条件,建立了中继卫星任务调度约束规划模型并提出基于人工蜂群(ABC)算法的中继卫星任务调度算法。最后,通过仿真数据分析,表明基于人工蜂群算法的中继卫星任务调度算法是一种有效的、合理的调度方法。     

微波与激光混合链路中继卫星动态调度快速启发式算法

针对微波与激光混合链路中继卫星系统实际应用中的动态变化,分析了混合系统动态扰动条件,依据中继卫星资源调度动态调整原则,研究了混合系统动态资源调度策略。以最大化调度任务优先级之和,以及扰动发生后对初始方案扰动变化最小为目标,建立了具有两级优化目标的混合系统动态调度模型。提出了动态插入快速启发式算法并对模型求解算法,算法包括直接插入任务操作、移动插入任务操作和删除插入任务操作。仿真结果表明与完全重调度的算法相比,动态插入算法的方案变化率平均降低了60.10%,且计算速度明显高于重新调度算法,能够有效解决混合链路中继卫星系统动态调度问题。     

基于数据续传的微波/激光混合链路中继星资源调度

针对成像、遥感等卫星采集的大容量数据难以及 时回传的问题,提出了一种基于数据续传和微波/ 激光混合链路的数据中继资源调度算法。分析了混合链路中继卫星系统任务数据续传特点, 以完成优先级 加权任务量最大、续传次数最少为调度原则,建立了混合链路任务续传约束规划模型。以任 务的调度顺序 为优化对象,采用任务整传优先和续传次数最少为调度原则确定任务的天线资源和时隙分配 ,提出一种基 于自适应小窗口蚁群(ASAC,adaptive small-window ant colony)算法的任务续传资源调 度优化算法。仿真实验表明,所建调度模型可实现多颗中继星资 源的有效分配,提出的ASAC算法具有较快的收敛速度和较强的全局优化能 力,算法可最大满足用户星数据及时回传的需求。     

中继卫星资源调度问题研究现状与展望

随着跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的发展以及中继应用需求的增加,其资源调度成为决定系统性能的关键因素之一.分析了包括描述方法、活动与资源、约束条件等在内的中继卫星资源调度问题基本内涵,研究了目前中继卫星资源调度的数学模型和实现算法,比较了不同数学模型和实现算法的优缺点.针对未来卫星激光和微波链路联合组网的发展趋势,提出了基于多终端-多节点及基于资源故障的激光/微波混合链路中继卫星资源调度的基本方法.     

多类扰动下微波与激光混合链路中继卫星动态调度问题研究

针对微波与激光混合链路中继卫星在执行初始调度方案过程中发生的各种动态扰动变化,分析研究各类扰动特点,把不同扰动下的动态问题归结为一类复杂约束下的任务插入问题。建立混合链路中继卫星动态调度问题的约束满足模型。提出基于启发式信息的动态调度算法对模型进行求解,基于初始调度方案的优良特性,极大降低动态调度复杂性。仿真结果验证了模型和算法的可行性,能够有效解决微波与激光混合链路中继卫星动态调度问题,对解决实际问题具有一定理论意义和现实意义。     

自适应遗传算法的数据中继卫星光网络资源调度算法

以数据中继卫星光网络系统资源、任务和约束条件为参量,以任务对资源的选择为优化对象,提出了一种基于自适应遗传算法的数据中继卫星光网络资源调度算法.综合考虑多中继星、多时间窗口、多光学天线以及任务优先级要求,建立调度模型;采用当前任务调度时间的确定和后续任务可见时间窗口的更新的调度操作,对不同资源的任务集合进行调度安排并实现了可见时间窗口的动态更新,获得调度任务的总权值并将其作为参量计算适应度值,最后通过改进的自适应遗传算法对不同调度方案进行寻优.以3颗中继星、12颗用户星,6个光天线,60个任务为条件设置了仿真场景,仿真结果表明该算法在收敛速度、调度效率方面具有优势,适应于多任务、多天线的数据中继卫星光网络系统资源调度.     

基于遗传蚁群融合算法的混合链路中继卫星资源调度研究

针对遗传算法容易陷入局部最优和蚁群算法初始信息素匮乏的缺点, 提出将遗传和蚁群融合算法应用于中继卫星系统的资源调度问题。通过改进蚁群算法信息素的定义, 利用基于时间窗口序号编码思想, 给出中继卫星资源调度约束条件与目标函数并建立数学模型。仿真分析了融合算法、标准遗传算法和改进蚁群算法的优化特性, 结果表明融合算法是解决中继卫星调度问题的有效方法。     

工况软件模拟演示验证系统设计

为了给工况设计和指挥决策提供可视化平台和仿真验证手段,设计模拟演示验证系统。根据STK/X整合模块的特点,提出基于操作驱动引擎的软件分层设计,把STK控件嵌入到应用程序中实现功能的集成。通过对软件各层设计分析,梳理出系统实现所需要解决的问题。针对问题研究解决了STK/X应用技术、STK三维建模以及模型控制技术、火箭位置速度姿态的转换方法、卫星轨道姿态的转换方法等关键技术,完成了系统设计开发工作。     

分布式卫星系统数传调度研究

近年来随着我国在轨遥感卫星数量的不断增加,对当前中继星系统的数传能力提出了更高的要求。在卫星平台载荷能力受限的情况下,分布式卫星系统成为大幅提升中继星系统性能的可行方案。针对分布式卫星系统的数传任务调度问题,综合考虑系统与中低轨航天器用户之间的可见时间窗口、卫星剩余资源及数传任务属性等约束条件,提出了基于粒子群优化(PSO)的多星多任务数传调度方法。根据实际中继系统任务量级对经典PSO算法进行了改进,并通过计算机仿真验证了改进算法的有效性。     

基于LMS算法的TDRSS自适应多波束形成

跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）是转发地球站对低、中轨航天器的跟踪测控信号和中继从航天器发回地面的信息的卫星通信系统，自适应多波束形成是TDRSS中的一个关键技术。讨论了一种基于中频实数加权的LMS算法的自适应多波束形成方法，采用两路正交实信号进行实数加权，大大节约了硬件资源。理论分析及计算机仿真结果都证明了该算法的可行性及优越性。     

The European data relay system: present concept and futureevolution

After briefly reviewing the users' requirements and the results of traffic scenario simulations needed to size the system, the design of the European data relay system (DRS) (ground and space segment) is presented in detail. The interrelationship with the other data relay systems (NASA's tracking and data relay satellite system (TDRSS) And the Japanese data relay and tracking satellite system (DRTSS)) is discussed together with the current status of systems interoperability. The evolution of DRS into a second generation, foreseen for operation at the beginning of next century, is outlined in terms of user scenario, improved spacecraft and system configurations, and technology developments needed     

一种两阶段的敏捷卫星任务并行调度技术

敏捷卫星灵巧的姿态机动能力令其观测能力和使用效率得到大幅提升,也使得卫星任务调度变得更加复杂和困难.首先,通过分析敏捷卫星的工作模式、任务调度特点和使用约束,构建了基于任务重要性、任务满足度和任务成像质量等目标的敏捷卫星任务调度优化模型;然后,通过对敏捷卫星多种成像模式进行统一编码,设计了一种新的差分变异策略——基于排名的变异算子,提出了基于主从式的改进并行差分进化算法;最后,和基于时间轴的成像质量贪心算法相结合,给出一种新的两阶段敏捷卫星观测任务调度方法,并通过仿真对比验证了方法的有效性.     

基于改进小生境遗传算法的微波/光混合链路中继卫星资源调度方法

针对微波/光混合链路中继卫星系统多资源约束 下的多目标综合调度问题,分析了微波与激光混 合链路的主要特点和影响因素,建立了混合链路资源调度多目标约束规划模型;将小生境技 术引入遗传 算法,并设计了基于精英保留的选择机制和自适应的交叉、变异算子,提出了一种改进的小 生境遗传算 法对模型进行求解。所提算法可有效避免遗传算法局部优化能力差及容易陷入局部最优等缺 陷,同时能够 防止最优解的丢失,解决了混合链路多资源约束下的多目标综合调度问题。仿真结果表明 ,相对与传统 的遗传算法,本文算法在保持种群多样性和求解全局最优解方面具有优势,有效解决微波/ 激光混合链路中继卫星系统的多目标综合调度问题。     

中继卫星系统用户终端关键技术分析

用户终端在跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)中具有重要作用.介绍了中继卫星系统用户终端的分类、功能和组成,重点对用户终端采用的全数字化可编程综合基带、自动增益控制(AGC)、相参转发和小型化等关键技术进行了总结和分析,已工程实现的用户终端功能和性能满足系统要求.最后,提出了用户终端技术的发展趋势.     

基于TDRSS阵列天线的目标跟踪算法

采用基于跟踪与数据中继卫星系统构建的天地一体化遥测、跟踪与指挥系统,不仅能有效地提高遥测、跟踪与指挥的覆盖率、定轨精度、飞行器全程测量和对多目标的同时遥测、跟踪与指挥能力,而且能够完成各类对地观测卫星的高速实时数据回传的任务。与常规的测控系统不同的是,中继星的遥测、跟踪与指挥是在地球这一复杂的背景环境下进行的,因而会受到各种各样的干扰。采用阵列天线对目标进行自适应跟踪可以实现空域滤波,使信号得到加强,干扰得到抑制。采用Matlab软件仿真了中继星对目标星的跟踪过程,并对两种经典的自适应跟踪算法（LMS,DMI）进行了研究。通过分析信号干扰比的变化,比较两种算法的跟踪性能。