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面向小卫星群的神经网络故障诊断技术研究

面向小卫星群的神经网络故障诊断技术研究

作者：陈辛南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着航天技术的不断发展,太空探索已逐渐进入集群时代。小卫星因具有体积小、质量轻、研制周期短、发射成本低和易于组网等优点,已成为空间实验和太空探索的重要工具之一。与此同时,复杂的空间任务也对小卫星群系统的可靠性提出了较高... 详细信息

随着航天技术的不断发展,太空探索已逐渐进入集群时代。小卫星因具有体积小、质量轻、研制周期短、发射成本低和易于组网等优点,已成为空间实验和太空探索的重要工具之一。与此同时,复杂的空间任务也对小卫星群系统的可靠性提出了较高要求。因此,使卫星具备自主故障诊断及故障处理能力便显得尤为重要。本文以小卫星群为研究对象,针对群系统的故障诊断技术展开研究。主要以级联前馈神经网络作为工具,设计了主从式小卫星群中个体卫星、卫星群系统的姿态控制系统故障诊断策略、以及卫星群队形机动变换过程中的故障诊断策略。论文主要研究内容包括:针对主从式小卫星群中领航主星的姿态控制系统故障,设计了一种基于级联前馈神经网络的观测器,并引入李雅普诺夫函数证明了其稳定性。在此基础上,建立了基于神经网络观测器的故障诊断系统。以姿态控制系统中的执行器故障为例,利用神经网络观测器对系统的状态变量进行估计,判断是否有故障发生,以及故障发生的时间和位置,从而实现对卫星群中领航主星的故障诊断。针对主从式小卫星群中从星的姿态控制系统故障,提出了一种利用主、从星间相对姿态信息设计的神经网络故障诊断策略。对从星的执行器——脉冲等离子体推进器进行了建模分析,并且讨论了其常见的两种故障问题。采用了一种新的算法构建级联前馈神经网络,并优化了权值训练算法。使用该神经网络模拟主星与从星间的相对姿态信息,设计了“一主二从”结构的小卫星群姿态故障诊断方案。针对小卫星群在队形变换过程中发生的故障,设计了一种基于神经网络观测器的故障诊断策略。结合主-从式卫星群系统的相对动力学模型,以及卫星群机动变轨方案,通过运用新型算法构建了级联前馈神经网络,在此基础上完成了神经网络观测器的设计。并以执行器故障为例,利用观测器的估计输出值与敏感器的实际测量值作比较,从而产生残差,实现对卫星群机动过程中的故障检测。通过STK与MATLAB互联仿真试验和可视化演示,验证了本文所提出的面向小卫星群的神经网络故障诊断策略的有效性和可靠性,从而可为空间飞行任务的顺利开展奠定基础。

关键词：小卫星群故障诊断姿态控制系统脉冲等离子体推进器级联前馈神经网络

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小卫星群星间通信低层协议的初步研究

飞行器测控学报 2002年第4期21卷 53-57页

作者：王世练路军李海川张尔扬国防科技大学四院长沙410073 北京跟踪与通信技术研究所北京100094

本文总结了目前国内外LEO星和编队飞行小卫星星间链路ISL的发展情况;针对小卫星群内ISL通信的特点,对近距离空间链路协议Proximity-1和无线局域网协议IEEE802.11等进行了一定的分析;最后对发展小卫星群ISL低层协议给出了几点建议.

关键词：小卫星群星间通信星间链路无线局域网 Proximity-1协议能通信协议

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倒GPS技术在小卫星群外测中的应用

高技术通讯 2001年第9期11卷 53-56页

作者：孙程君张中兆张乃通连全斌马永奎哈尔滨工业大学通信技术研究所哈尔滨150001

对倒GPS的原理进行了阐述 ,并给出站间同步、布站个数、信号产生及PN码的选择和倒GPS链路预算等关键技术的解决方案。

关键词：倒GPS 小卫星群外测定位精度全球定位系统同步测距卫星通信中国

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基于认知无线电的小卫星群通信动态频谱分配

通信技术 2008年第7期41卷 1-3页

作者：刘辉峰朱近康中国科学技术大学个人通信与扩频实验室

文中以认知无线电技术(Cognitive Radio,CR)为基础,提出了一种基于CR的小卫星群通信动态频谱分配MAC方案。该方案允许未授权用户自适应地选取可用带宽,实现了动态频谱接入,有效地提高了频谱利用率。提出一种动态信道的跳预约多址接入(DC... 详细信息

文中以认知无线电技术(Cognitive Radio,CR)为基础,提出了一种基于CR的小卫星群通信动态频谱分配MAC方案。该方案允许未授权用户自适应地选取可用带宽,实现了动态频谱接入,有效地提高了频谱利用率。提出一种动态信道的跳预约多址接入(DC-HRMA)协议,在不需要公共信道的情况下,解决了信道有效接入与退让问题。仿真结果表明,该协议性能和主次用户数目的合理搭配相关。

关键词：小卫星群认知无线电动态频谱分配跳预约多址接入 MAC协议

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NASA将发射跟踪飓风变化的小卫星群

航天器工程 2016年第6期25卷 146-146页

据腾讯网2016年11月15日报道，NASA计划12月12日发射飓风全球导航系统（CYGNSS），将帮助科学家勘测飓风强度、轨迹，并进行风暴潮预测，从而更准确地了解热带气旋和飓风的形成和强度。据悉，CYGNSS能够高分辨率全天时测量飓风和热带气... 详细信息

据腾讯网2016年11月15日报道，NASA计划12月12日发射飓风全球导航系统（CYGNSS），将帮助科学家勘测飓风强度、轨迹，并进行风暴潮预测，从而更准确地了解热带气旋和飓风的形成和强度。据悉，CYGNSS能够高分辨率全天时测量飓风和热带气旋内部表面风速，每颗人造卫星能够每秒进行4次风力测量，对于卫星群而言，每秒能够进行32次风力测量。

关键词： NASA计划小卫星群发射风变化跟踪全球导航系统热带气旋力测量

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微小卫星群将成美军士兵“天眼”

太空探索 2012年第6期 13-13页

作者：阳光不详

敌方作战人员可使用商业卫星图像来策划袭击美军，而大多数美军士兵却因技术或保密限制而拿不到同样的图像。五角大楼称，这一问题可通过能为配备平板电脑的任何美军士兵按需提供战场图像的小卫星群来解决。

关键词：小卫星群美军士兵商业卫星图像五角大楼平板电脑

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微小卫星群将成美军士兵“天眼”

中国航天 2012年第6期 52-52页

敌方作战人员可使用商业卫星图像来策划袭击美军，而大多数美军士兵却因技术或保密限制而拿不到同样的图像。五角大楼称，这一问题可通过能为配备平板电脑的任何美军士兵按需提供战场图像的小卫星群来解决。根据国防高级研究项目局（DA... 详细信息

敌方作战人员可使用商业卫星图像来策划袭击美军，而大多数美军士兵却因技术或保密限制而拿不到同样的图像。五角大楼称，这一问题可通过能为配备平板电脑的任何美军士兵按需提供战场图像的小卫星群来解决。根据国防高级研究项目局（DARPA）5月9日发布的招标文件，该局称为“看我”（SeeME，由“太空带来的军事作战效果”英文缩写而成）的项目将利用机载导弹发射24颗一次性的卫星，所构成的完整星座将留轨至少45天，可在收到请求后1．5小时内向地面士兵发送最新战场图像。美军已部署数干架无人侦察机，但“看我”项目拟依靠卫星群来大大扩大覆盖面。

关键词：小卫星群美军士兵商业卫星图像作战效果无人侦察机五角大楼平板电脑