敏捷卫星

摘要： 针对敏捷卫星高速数传分系统现状与需求,设计了一种新型高速数传控制单元。该数传控制单元功能密度比高,选用高可靠、长寿命、抗辐照宇航元器件,采用标准化结构设计,热设计和抗力学设计满足空间环境要求,支持CAN总线、RS422总线、RS485总线、秒脉冲等接口功能,具备时间管理、数传任务自主执行、系统重构、自主安全模式、批指令开关机和灵活支持在轨处理与传输业务等多项功能。可满足高可靠、集成化、小型化、抗辐照、长寿命等特点,支持多类型不等长带参数指令、目标单元开关机和数传分系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类遥测采集等功能,支持十六大类模式百余项分系统工作组合,完成了数传分系统任务执行由面向功能提升到面向应用,增强了数传系统易用性、自主性和可靠性,可广泛应用于后续高分辨率敏捷遥感卫星。

摘要： 北京三号卫星是2021年6月发射的一颗具备智能化、超高敏捷、动中成像等特征的新型敏捷遥感卫星,自主任务规划作为其一项创新性技术,显著提升了卫星的好用易用性和智能化水平.本文介绍了北京三号卫星的运行模式和载荷工作模式;详细阐述了自主任务规划的设计,包括梳理了任务规划的核心功能与关键技术指标,提出了基于国产DSP处理器的自主任务规划硬件系统设计,设计了从地面原始任务信息上注到星上规划各分系统元任务块输出的自主任务规划完整信息流,并详细介绍了自主任务规划软件的各个功能模块及其实现方法;最后,总结了过去一年北京三号卫星自主任务规划在轨测试与应用情况,规划快速、准确、协调,其稳定优异的表现证明了设计的合理性和有效性.

摘要： 针对高分多模卫星对地观测任务规划问题,由于卫星具有高的敏捷机动性带来的更高的访问能力和更长的目标访问窗口,加之多样性的用户需求,增加了其任务规划的复杂度.通过对星地资源和约束的分析,文章建立了最大化收益的系统模型,并设计切实可行的启发式调度模型,在现有计算条件和快速工程应用的要求下,实现收益最大化方案的快速生成.应用结果表明:该系统快速有效,生成的方案最大程度地满足了用户需求.

摘要： 介绍了新技术试验卫星C星、D星姿轨控分系统设计和在轨验证情况。姿轨控分系统具备任意目标凝视跟踪、条带拼接成像、主动推扫成像等姿态控制功能。通过基于操作系统的姿轨控应用软件架构设计和基于动态链接库的在轨编程设计,首次实现基于操作系统的星载应用软件并行开发。通过一个软件配置项实现双星功能,解决了双星研制周期短、工作模式复杂等问题。给出了卫星在轨运行的部分曲线和数据,可为遥感卫星姿轨控系统设计提供参考。

摘要： 介绍了新技术试验卫星C星、D星姿轨控分系统设计和在轨验证情况。姿轨控分系统具备任意目标凝视跟踪、条带拼接成像、主动推扫成像等姿态控制功能。通过基于操作系统的姿轨控应用软件架构设计和基于动态链接库的在轨编程设计,首次实现基于操作系统的星载应用软件并行开发。通过一个软件配置项实现双星功能,解决了双星研制周期短、工作模式复杂等问题。给出了卫星在轨运行的部分曲线和数据,可为遥感卫星姿轨控系统设计提供参考。

摘要： 高分辨率敏捷卫星是光学遥感卫星领域的重要发展方向,也是近些年来各国争相发展的技术制高点,中国敏捷卫星起步较晚,但在短短10年时间获得了大量技术突破,完成了第一代、第二代敏捷卫星平台的研发和应用,技术水平实现了从跟跑到赶超.文章重点介绍了我国第一代敏捷卫星CAST3000平台和第二代敏捷卫星CAST3000E平台的技术特征和创新点,包括成像模式、敏捷控制方法、高精度定位技术、在轨自主任务管理方法等,并结合CAST3000E平台的首发星北京三号卫星实际应用情况,介绍了我国第二代敏捷卫星的能力水平,包括敏捷机动性能、任意航迹成像模式、平台稳定度等.

摘要： 2021年6月11日,"北京"三号卫星成功发射。该卫星采用最新研发的CAST3000E卫星公用平台,具备智能化、敏捷成像、动中成像等第二代敏捷卫星的技术特征,尤其是敏捷动中成像技术,实现了遥感卫星对地观测技术的革新。CAST3000E卫星公用平台以高分辨率光学成像对地观测应用为主要目标开展平台研究和设计。

摘要： 敏捷卫星是新一代的对地观测卫星,凭借其出色的机动性能带来了巨大的军事利益与商业利益.它最大的优势是具有快速姿态机动的能力,其研究的重点之一也正是快速姿态机动问题,需要通过优化来获得最短时间的姿态机动策略.本文围绕敏捷卫星的时间最优姿态机动问题,分别从时间最优姿态机动的优化求解和时间最优解的特性两个方面对该问题的研究现状进行了综述.

摘要： 采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的小型敏捷卫星在姿态机动过程中存在着奇异问题.本文从SGCMG姿态控制系统整体出发,将奇异问题转化为状态约束的动态控制问题,基于控制变量参数化(CVP)方法,设计了一种用于SGCMG奇异规避的轨迹规划.该算法在实现小型敏捷卫星大角度姿态机动过程无奇异的基础上,将SGCMG框架角转速的最优轨迹通过CVP方法进行分段线性规划.这种规划策略对框架伺服系统的算法设计无复杂要求,仅需要简单的加减速控制,从而节约了星上资源.在轨迹规划实现过程中,考虑了工程实际中的约束条件,可以按照姿态机动任务要求规划出一条综合考虑能量资源和目标精度的最优轨迹.仿真结果表明:该算法实现了姿态参数轨迹和星体角速度轨迹的平缓变化,目标误差在1×10-3量级,星体在机动过程中运行稳定,SGCMG不会出现奇异现象.

摘要： 考虑敏捷卫星姿态机动时间、电源能量、存储容量等约束条件,建立基于遗传优化求解算法的任务规划与调度数学模型,并对南海第一岛链25个点目标进行规划和仿真验证,并分析了观测目标的完成率.结果表明,调用该算法可实现在俯仰角度尽量趋于0时,观测目标不少于20个,任务完成率达到80%以上.本文提出的算法为后续解决智能化的多星多约束条件任务规划数学优化调度问题提供了理论与技术基础.

摘要： 文章主要介绍了卫星任务规划背景介绍以及敏捷卫星协同任务规划和学习型智能法优化方法的相关应用。敏捷卫星技术能够有效应对未来观测任务复杂化和用户需求多样化的发展趋势。星地一体化的协同任务规划技术是应对未来卫星快速响应常态化和卫星管理一体化的必然趋势，也是未来自主卫星技术的重要保障。演化学习型智能优化算法是在通用化卫星任务调度模型的基础上，求解高复杂性、大规模、强约束任务调度问题的有效手段。

摘要： 随着“遥感20号”卫星的成功在轨应用,越来越多的敏捷卫星(星座)将被投入使用,如何协同调度多颗敏捷卫星、最大化发挥敏捷卫星的观测效能,成为一项值得研究的问题.敏捷对地观测卫星的调度问题是一个具有高复杂度的时间依赖组合优化问题,同时,多颗敏捷卫星协同调度包含多星任务分配问题与协同调度问题,二者相互耦合使得解空间急剧增大,问题更加复杂.针对该问题,设计一种基于自适应大邻域搜索的求解算法,包含双重循环:内循环为局部搜索过程,由破坏邻域和修复邻域组成;外层循环包含自适应层,能够根据算子表现自适应调整算子权重,同时采用模拟退火机制控制解的更新.仿真实验对参数进行了优化,比较了多种算子与分配规则的有效性.实验结果表明,该方法能够在更少的时间内生成收益更高的解,有效解决多颗敏捷卫星协同调度问题,证明了算法的效率和有效性.

摘要： 任务分解是任务规划的前提,其核心是计算卫星对目标的访问信息,因此,求解敏捷卫星任务规划问题的首要条件就是建立卫星和目标相对运动模型,研究任意时刻卫星对目标观测姿态角度的计算方法.提出了敏捷卫星对目标访问信息的计算方法,能够快速计算卫星对目标的二维指向角度、实际地面分辨率和太阳高度角等信息.通过计算卫星对目标的访问信息，可以得到观测元任务，将这些元任务作为成像卫星任务规划模型的输入数据，采用一定的优化算法进行求解，就可以解决成像卫星任务规划问题。本文提出的敏捷卫星对目标访问信息的计算方法，不仅可以适用于敏捷卫星任务规划，也可以适用于非敏捷卫星任务规划。

摘要： 针对沿狭长地理区域进行成像的任务需求,提出了采用斜条带拼接成像的轨迹规划方法.本文首先在建立斜条带几何模型的基础上,提出采用不同方向的斜条带对狭长地理区域拼接的方法;然后对单段斜条带成像进行了姿态机动规划,得到沿斜条带成像过程中的姿态及姿态角速度随时间的变化规律;最后对斜条带拼接处的姿态调整做了讨论分析.本文的轨迹规划方法能够为敏捷卫星实现沿狭长地理区域的成像提供参考.

摘要： 基于线阵时间延迟积分(TDI)CCD推扫成像原理,通过数学建模和STK仿真场景演示验证设计了敏捷卫星在姿态机动中成像的三自由度成像模式:单段斜条带成像、大幅宽垂直条带成像、反向推扫成像和曲线成像模式,分析了此类成像模式对控制系统的技术指标要求.根据轨道六要素和地面成像目标地理经纬度确定卫星与地面目标的相对关系,设计了机动成像模式的实施过程,基于姿态动态算法和数值仿真数据,完成控制系统技术指标界定.结果表明,此类成像模式要求控制系统执行机构需要具备提供精细化力矩的能力,实现机动中成像的高精度指向控制.

摘要： 为满足敏捷卫星单线阵CCD相机立体成像定位的需求,研究了平台角方位元素及其量测误差对定位精度的影响.以前方空间交会公式为基础,推导出定位精度评估模型,该模型给出了定位精度随角方位元素及其测量误差的变化规律,为卫星平台指标分析和量化提供理论支持,并以典型相机和平台参数为例,计算了敏捷卫星变基高比情况下的对应定位精度.

摘要： 敏捷卫星是近年来天基高分辨率对地观测领域的一个研究热点.敏捷卫星在功能和性能上大幅提高,平台能力不断增强的同时,卫星的设计、测试和在轨应用难度也在同步加大,对卫星研制单位和用户同时提出了挑战.本文根据敏捷卫星的特点,分析了敏捷卫星任务操控的新特点和新需求,以星地一体化协同任务操控的思想为基础,提出了基于星上资源模型的地面任务规划系统和基于星上指令解译的地面任务上注系统,并介绍了这种操控模式的系统方案和应用示例.同时展望了未来星上自主任务规划的技术前景.

摘要： 目前国际主流的商业遥感卫星大部分具有敏捷成像能力,给遥感成像带来了很大的灵活性,使得卫星的应用效能得到了极大的提升.然而敏捷带来的技术进步不限于此,还出现了利用敏捷能力的新型辐射和几何定标方法.本文主要讨论敏捷遥感卫星的新型几何定标方法.敏捷卫星,如Pleiades,利用其灵活的姿态机动能力,于在轨测试阶段进行了一系列新型的几何定标工作,并取得了很好的标定效果.对这些新型定标方法的研究对中国敏捷卫星的在轨定标具有重要指导意义.

摘要： 对敏捷成像卫星同轨多条带拼接模式建立了几何模型,编写了仿真软件,以敏捷卫星的姿态调整能力为基础,工作模式为要求,计算得到各个条带的几何参数.根据这些几何参数,针对不同条带之间地面分辨率、成像角度不同所带来的图像质量差异,分别提出了梯度信息熵、立体结构相似度两个概念,评价由敏捷成像模式引起的图像质量变化,对任务提供一定的预估帮助.通过仿真软件建立几何模型,计算敏捷指标,为敏捷成像的正向分析提供了一种新的手段,有助于用户评价图像退化的情况.

摘要： 本发明涉及一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，包括：进行目标访问计算，得到元任务、成像时间窗口组和成像时间窗口；进行成像一元约束检查和元任务初步筛选；根据顶头插入规则和成像时间窗口调整规则进行成像元任务插入，并检查成像多元约束；进行接收资源安排，同时判断数传天线遮挡约束、回放多元约束、固存约束、能源约束检查；生成任务规划结果，包括成像、回放方案和对应的动作序列及接收方案；对规划结果自动进行正确性检查。本发明具有任务安排率高、成像质量好、时间复杂度低等特点，特别适用于敏捷遥感卫星任务规划领域。

摘要： 本发明公开了一种基于对月成像的敏捷遥感卫星在轨自主调焦方法，该方法包括如下步骤：在月相为满月或凸月时，使卫星进行姿态机动，卫星由对地指向转为对月指向，并达到稳定状态，进入对月调焦模式；当敏捷遥感卫星在地影区内，控制载荷调焦机构调整焦面位置，得到n个焦面位置所对应的月球图像；卫星进行姿态机动，由对月指向转为对地指向；星上数据处理分系统在轨计算所有月球图像清晰度，将清晰度值最大的位置确定为最佳焦面位置。本发明通过姿态机动获取不同焦面位置时的月球影像，计算清晰度判断最佳焦面位置，解决了现有在轨调焦方法对人为干预的依赖。

摘要： 本发明公开了一种东西向卫星的河道敏捷成像方法，包括如下步骤，获取遥感卫星的参数数据和目标河道的中心线矢量数据，其中，所述遥感卫星在东西向卫星轨道上运行，且搭载有卫星传感器；根据所述中心线矢量数据，分解成若干目标点的坐标数据；根据所述目标点的坐标数据和遥感卫星的参数数据，通过卫星传感器获取对应的目标点的成像数据；对所述目标点的成像数据进行镶嵌处理，得到目标河道的成像数据。采用卫星传感器配合敏捷成像技术获取目标河道的成像数据，且卫星传感器搭载于东西向卫星轨道的卫星上，提高了河道监测的时效性。

摘要： 基于点目标的敏捷成像卫星直线扫描条带预生成方法和卫星三轴姿态快速确定方法,涉及航天器成像任务规划领域。本发明为了解决现有技术中在卫星成像规划领域没有关于直线推扫条带生成方法，以及现有采用两轴姿态计算确定卫星姿态的方法中，由于忽略了卫星的偏航机动性能，导致无法在任务规划中考虑敏捷卫星所能实现的推扫成像模式，进而降低了任务规划性能的问题。本发明通过筛选点目标，将每个待观测目标点大地经纬度转化为平面直角坐标，优化计算，得到直线扫描条带，然后通过获得的直线扫描条带，确定待观测目标点对应的新目标点；计算每个新目标点对应的大地坐标，计算卫星三轴姿态的参数，确定卫星三轴姿态。本发明适用于卫星成像任务规划。

摘要： 基于点目标的敏捷成像卫星直线扫描条带预生成方法和卫星三轴姿态快速确定方法,涉及航天器成像任务规划领域。本发明为了解决现有技术中在卫星成像规划领域没有关于直线推扫条带生成方法，以及现有采用两轴姿态计算确定卫星姿态的方法中，由于忽略了卫星的偏航机动性能，导致无法在任务规划中考虑敏捷卫星所能实现的推扫成像模式，进而降低了任务规划性能的问题。本发明通过筛选点目标，将每个待观测目标点大地经纬度转化为平面直角坐标，优化计算，得到直线扫描条带，然后通过获得的直线扫描条带，确定待观测目标点对应的新目标点；计算每个新目标点对应的大地坐标，计算卫星三轴姿态的参数，确定卫星三轴姿态。本发明适用于卫星成像任务规划。

摘要： 本发明提供了一种基于数据驱动的敏捷卫星成像任务调度方法及系统，由于卫星任务调度问题约束条件复杂，遗传算法迭代产生的卫星任务序列通常是违反约束并不可行。通过使用启发式算法使据生成的卫星任务序列最终不违反约束形成卫星任务调度方案，并逐一确定任务在其可见时间窗口内开始时间和结束时间。在对遗传迭代过程中产生的个体使用神经网络模型进行个体适应度提高改进，进而提高整个种群的适应度值，为了确保种群的多样性，对经神经网络模型改进的个体进行局部调整，使种群多样性与收敛性统一，在快速给出优质个体即规划方案的情况下，减少算法的搜索时间。

摘要： 一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，应用于数传分系统智能处理器数传控制单元，根据数传分系统不同的工作模式，将元任务划分为记录、回放、近实传、擦除、智能处理五种类型。通过将元任务模式、数传设备选用组合、压缩比选择、相机载荷数据接收选择、用户模式选择、加密明传选择、指令执行时刻等参数编排成数据块。数传控制单元接收到元任务序列后，解析数据块中的信息并自动生成执行对应元任务的指令序列，并按照指定的执行时刻逐条发送。同时，通过判断当前元任务与前后元任务的切换关系，对指令序列进行合理化裁剪，进而优化开关机和任务衔接转换逻辑，实现在轨任务的高效执行。

摘要： 本发明公开了一种面向超敏捷卫星多类目标成像一体化规划的任务预处理方法及系统，提出面向点、曲线、面不同目标成像的任务分解/合并优化策略，将不同类型目标集转化为带时间戳的条带集，作为超敏捷对地观测卫星同轨复杂多类型目标成像任务规划的原子任务集；针对面目标，以条带长度总和最短为目标实现对面目标的条带分解；针对点目标，采用基于密度的噪声应用空间聚类算法将点集进行合并后再进行条带分解；针对线目标，提出基于贪婪策略的条带分割方法；通过差分进化算法分别对点、曲线、面不同目标的优化得到条带长度总和最短和条带数最少的原子任务集。本发明为超敏捷对地观测卫星复杂多类型目标成像任务规划一体化建模提供基础。

摘要： 本发明公开了一种敏捷卫星应急任务规划方法，得到应急任务可见时间窗口集合；优先级从高到低对应急任务排序；选择当前优先级最高应急任务，在其可见时间窗口内选择开始执行时间，并插入当前规划方案中，得到插入后规划方案，将应急任务从应急任务列表中剔除；判断插入后规划方案中是否存在冲突，如果不存在，则将插入后规划方案作为新的当前规划方案；否则，采用窗口滑动策略解除冲突，得到新的当前规划方案；判断新的当前规划方案是否满足约束条件，若满足，则将当前规划方案更新为新的当前规划方案；否则保持不变；循环遍历所有应急任务，输出规划方案。本发明减小了应急任务对初始规划方案的扰动，降低卫星二次调度难度，提高任务总收益。

摘要： 本发明公开了一种敏捷卫星应急任务规划方法，步骤1：设置遗传种群规模和最大迭代次数，令遗传代数g＝1，对种群Pg进行初始化；步骤2：对初始种群进行非支配排序和拥挤度计算；步骤3：从第g代种群Pg中挑选出父代个体，对个体进行交叉和变异操作，产生后代种群；步骤4：将第g代种群Pg与后代种群合并形成融合种群，对融合种群个体进行非支配排序和拥挤度计算，筛选出最优的N个个体，作为新一代种群；判断是否达到最大迭代次数，如果达到，则转到步骤5；否则，令g＝g+1，转至步骤3；步骤5：结束遗传迭代，输出种群Pg中的帕累托解，并进行解码得到任务规划方案。本发明利用NSGA‑II算法求解敏捷卫星应急任务，获得更多的相关信息和多个不同的可行性方案。