摘要：针对小行星探测器高精度自主视觉定位问题,提出了一种融合轨道动力学的深空探测器自主视觉定位方法,能修正视觉视觉定位与地图构建算法(simultaneous localization and mapping,SLAM)的定位误差。该方法通过融合轨道动力学的轨道改进技术,能够在缺乏表面先验信息、无人工手动标记的场景下,实现探测器的高精度视觉导航,并建立小行星表面稠密三维模型。首先,基于视觉同时定位和建图方法(VSLAM)提取小行星表面特征,通过因子图优化算法估计探测器位姿,设计回环检测提高定位精度;其次,重构行星表面三维模型,实现基于多面体法的行星不规则引力场建模;最后,提出了一种基于轨道动力学的伪相对运动轨道优化算法,将其作为物理约束修正视觉定位累积误差,分析反演视觉初始定轨误差在轨道动力学中的传播过程,实现修正视觉定位累积误差,改善初始定位结果。仿真实验结果表明,融合轨道动力学可以有效提升小行星探测视觉定位的精度,从而实现高精度导航,为深空探测技术的未来发展提供参考借鉴。

摘要：为满足卫星有效载荷间SpaceFibre链路的高带宽、高可靠性和轻量化的应用需求,提出一种SpaceFibre节点传输系统的优化设计。该设计采用基于帧累计的增量化计算方法减少了计算电路的冗余;通过四级流水架构满足了错误检测操作的时序要求,使用循环冗余校验共享机制平衡了硬件资源的使用;采取基于完整应答的双层控制策略提升了系统的可靠性,通过构建面向资源优化的控制状态机和存储架构简化了确认重传算法的实现逻辑。使用型号为XC7Z100FFG900-2的FPGA搭建双节点系统,板级验证表明:该设计满足协议规范,与同类设计方案相比,最高工作频率提高1.5倍,支持最高6.25 Gbit/s的传输速率,查找表资源和存储资源降低,寄存器资源相近,为开发具有自主知识产权的高速可靠SpaceFibre编解码器提供了参考。

摘要：固定的星载数据格式设计会造成数据冗余,占用遥测数据下行带宽,导致不关注、不需要的数据被传输等问题.参照OAIS模型中XFDU的设计思路,提出了采用CCSDS XFDU标准进行数据格式的包装方法,采用PUS标准的参数定义方法给出了星载数据定义的方法模型,设计了相应的元数据schema,元数据编码表以及进一步的XFDU格式文件.相应设计了XFDU转换器,支持对描述数据格式的星载二进制数据串到XML文件的转换,基于元数据schema生成元数据文本,并进行了相应的测试验证.通用的XFDU转换器可以提供给不同的系统,供其识别和解析收到的数据格式,从而支持异构系统之间异构信息的解读.采用XFDU可以将卫星遥测场景下的数据定义模型与OAIS模型进行衔接,有利于星地的标准化数据流转、处理和保存,从而进行星载数据的灵活定义,成为定义卫星的一个手段.

摘要：为了更好地解决航天器设备间互操作难、软件通用性弱等问题,文章对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的航天器星载接口业务(SOIS)架构中,基于标准业务和电子数据单(EDS)的星载数据系统架构进行了分析,提出了以标准业务和EDS的融合方式开展设备虚拟访问的设计方法。对设备发现、设备枚举、设备访问、设备虚拟、数据池以及访问管理业务及其相关原语进行了实例化设计,结合1553B总线为实现即插即用而设计的EDS,开展了初步的测试验证,证明了其可行性。文章提出的星载设备虚拟访问融合方式可为标准业务及其相关的电子数据单设计提供参考,有助于系统快速集成、软硬部件的重用。

摘要：为解决传统的数据对象采用接口控制文件方式进行定义,不同的航天器上的数据对象定义方式也是不同的,导致在任务期间不易修改,跨任务时数据格式难以复用等问题,文章基于欧洲空间标准化合作组织(ECSS)提出的包应用标准(PUS)中的数据定义方法,实现对数据对象的通用化定义,并给出了通用的数据对象Schema。基于该方法,设计了数据定义工具,供用户完成对数据类型、数据参数和数据格式的定义。该工具可以单独使用,也可以辅助已有的工具完成数据定义工作。以遥测场景为例,结合空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的基于可扩展标记语言的遥测遥控信息交换标准(XTCE)对工具进行验证。结果表明:使用数据定义方法定义出的通用的数据对象是可行的,并且可以按需进行标准格式转换,便于信息在异构数据系统之间交换。

摘要：针对航天嵌入式软件(aerospace embedded software,AES)时序需求复杂带来的时序需求定义不准确问题,提出一种基于MARTE(modeling and analysis of real-time and embedded systems)模型的数据流时序(data flow timing based on MARTE,DFT-MARTE)模型,设计基于该模型的处理点缓存计算算法、时序偏离概率检测算法和时序序列分析算法。处理点缓存计算算法动态更新缓存空间,使后续时序检测正常执行;时序偏离概率检测算法利用多线程并发模拟时序特性,检测需求中时序偏离问题;时序序列分析算法是基于梯度下降算法,拟合时序序列,指导用户优化需求。该模型相比传统数据流模型更适用航天嵌入式软件,利于后续开发和维护,具有极高的应用价值。

摘要：针对地面云平台移植到太空中会由于单粒子效应频繁导致其可靠性严重下降的问题,结合具体型号任务,针对K8s云平台研究基于三模冗余的任务容错方案。针对星载计算机功耗受限的问题,在综合考虑功耗和任务实时性的基础上,设计实现2种分别基于传统三模冗余和时间三模冗余的冗余方案;针对核心级别的故障恢复需求和单个卫星搭载节点较少的特点,通过修改K8s源码,实现核心分配功能。相关实验结果表明,该容错机制能有效容忍单粒子翻转导致的错误,支持核心级别的错误恢复和利用核级冗余支持任务容错,同时,具有较小的性能开销。

摘要：随着空间探测任务逐步增加、空间信道频谱资源日趋紧张,传统Gardner定时同步算法已经无法满足高速数传系统高通量、高可靠性的需求。为了提高Gardner定时同步算法的吞吐率并增大可纠正误差范围,提出一种高速并行Gardner算法。为了保证插值精度同时减少乘法器消耗,设计了一种并行分段抛物线插值滤波器;为了便于并行流水线设计和最佳采样点选取,构建了计数模块和定时缓存调整模块;为了提高等价吞吐率,重构了流水线并行环路滤波器结构和并行数控振荡器结构。结果表明,该算法等价吞吐率可达1739.13 Msps,数字信号处理器资源消耗可减少44%,可纠正2×10^(-3)的定时误差。

摘要：为提高对地观测卫星搜索海上船舶效能,提出了一种根据卫星对地观测幅宽和船舶最大航速划分区域时空维度的时变网格模型,将船舶航迹预测问题转化为时变网格转移概率预测问题,有效降低了多步预测的复杂度。改进了序列到序列(Seq2Seq)模型,通过对搜索区域内大量历史航迹的学习,实现了较高精确度的多步时变网格转移预测。设计了面向时变网格的卫星观测任务规划算法,以实际AIS数据和卫星信息开展了仿真实验,实验结果表明:基于深度学习的Seq2Seq模型多步预测时变网格具有较高的精确度,有效提升了对地观测卫星搜索海上船舶的效能。

摘要：针对复杂真实环境下无人机三维路径规划解算速度慢的问题,提出一种基于二维连通图的快速三维路径规划方法。首先解析真实地理环境的地形特征和建筑要素,构建基于数字高程模型(DEM)的多层次等效三维数字地图;在此基础上,经过无人机可行空域到二维连通图的转化、连通图中的路径规划及路径的三维化与优化,快速获得一条可执行的三维路径。针对连通图中的全局路径规划,设计了一种基于步长地图的变步长稀疏A*算法,在保证路径质量的同时有效降低路径搜索的时间;针对连通图中的局部路径规划,提出一种基于障碍预测的随机路标图(PRM)实时路径重规划算法,以满足无人机的实时性避障需求。分别在山地环境和城市环境中进行仿真飞行,结果表明:所提方法能够有效降低三维路径规划的解算难度,在短时间内完成复杂环境下不同尺度和需求的路径规划,全局路径规划算法同比三维A*算法和基于二维连通图的二维A*算法搜索时间分别降低了99%和95%,局部路径重规划算法能够在1 s的单次采样周期内完成路径重规划,实时躲避未知障碍物,保证飞行过程的安全。