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分布式星群中的协同计算卸载与资源分配

宇航学报 2024年第6期45卷 970-982页

作者：刘津宇姜兴龙胡海鹰梁广中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 中国科学院大学北京100049 上海微小卫星工程中心上海201203

在分布式星群在轨建造、维修的全天基场景中,星群动态性大,时延敏感类(A类)与时延容忍类(B类)任务由资源受限的终端卫星并发产生,而传统的天地协同卸载场景中不考虑卫星动态性和任务类型的多样性。针对全天基场景的需求,构建了一种分布... 详细信息

在分布式星群在轨建造、维修的全天基场景中,星群动态性大,时延敏感类(A类)与时延容忍类(B类)任务由资源受限的终端卫星并发产生,而传统的天地协同卸载场景中不考虑卫星动态性和任务类型的多样性。针对全天基场景的需求,构建了一种分布式星群边缘计算架构,提出了一种差分自适应奖励系统DDPG(DARS-DDPG)算法。通过将差分自适应奖励系统引入传统DDPG算法,使算法在学习过程中能够区分出不同类型任务的重要性,并自适应调整两类任务的惩罚系数,使两类任务的完成率达到最高。仿真表明,DARS-DDPG学习出的策略相较于基线策略以及传统DDPG学习出的策略,在任务时延以及A、B类任务完成率上都有大幅提升。

关键词：计算卸载资源分配卫星集群深度强化学习

基于姿态误差时空补偿的高分五号02星全谱段影像定位精度提升方法

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光学学报 2024年第12期44卷 337-349页

作者：王艳丽王密董志鹏范城城山东科技大学测绘与空间信息学院武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室自然资源部第一海洋研究所中国科学院微小卫星创新研究院上海微小卫星工程中心

提出一种顾及姿态误差时空变化的全谱段光谱成像仪（VIMS）定位精度提升方法。通过分析高分五号02星（GF-5B卫星）181 d的星敏感器低频误差规律，以分段傅里叶级数模型为基础，利用时序化、多空间补偿策略，统一了非基准与基准定姿模式... 详细信息

提出一种顾及姿态误差时空变化的全谱段光谱成像仪（VIMS）定位精度提升方法。通过分析高分五号02星（GF-5B卫星）181 d的星敏感器低频误差规律，以分段傅里叶级数模型为基础，利用时序化、多空间补偿策略，统一了非基准与基准定姿模式之间的低频误差特性，补偿低频误差对影像几何定位的影响。研究结果表明，所提方法将VIMS可见光近红外影像无地面控制几何定位精度从4.274 pixel优化至1.867 pixel，且对不同时相、不同区域的光学影像均有良好的精度提升效果。

关键词：遥感姿态低频误差几何定位精度高分五号02星全谱段光谱成像仪

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载荷数据和对日导引律修正星敏安装矩阵算法

航空学报 2024年第13期45卷 322-334页

作者：陈炳龙王磊刘帮周衡中国科学院微小卫星创新研究院上海201306

先进天基太阳天文台卫星(ASO-S)主要任务是对日观测。为实现高精度高稳定度需求,卫星采用星敏感器(STR)和光纤陀螺的扩展卡尔曼滤波算法进行姿态确定。在轨因受到地气光影响,卫星装配的3台STR交替有效。为了减弱装配测量偏差引起定姿使... 详细信息

先进天基太阳天文台卫星(ASO-S)主要任务是对日观测。为实现高精度高稳定度需求,卫星采用星敏感器(STR)和光纤陀螺的扩展卡尔曼滤波算法进行姿态确定。在轨因受到地气光影响,卫星装配的3台STR交替有效。为了减弱装配测量偏差引起定姿使用星敏切换时的姿态指向控制误差,需统一3台STR的测量基准。同时,修正STR相对载荷测量基准的偏差,提高卫星对日指向控制精度。ASO-S载荷之一的白光太阳望远镜(WST)入轨后即可开机测量太阳全日面图像,经图像处理后得到太阳中心二维指向偏差角。同时,另一载荷太阳导行镜(SGT)可直接测量太阳中心二维指向偏差角。结合载荷对日观测数据和卫星对日指向控制导引律,提出一种星载STR安装矩阵在轨修正算法。通过仿真验证了STR安装矩阵修正算法的正确性,与仿真中星敏模型的安装矩阵相比,使用10幅WST全日面图像计算STR安装矩阵的精度优于3″;利用300 s SGT数据计算STR安装矩阵的精度优于0.2″。以ASO-S在轨遥测数据进行算法验证,卫星对日指向控制偏差与SGT测量太阳中心偏差角间的偏差值优于15″,将STR相对SGT的装配测量精度提高了1.5倍。

关键词：高精度高稳定度二维指向偏差角太阳导行镜导引律安装矩阵

一种基于AOP模块相控阵的星载三模宽带圆极化天线

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电子技术应用 2024年第7期50卷 114-117页

作者：康湛毓贺连星费冬亮魏晓黎梁广上海微小卫星工程中心上海201304

设计了一种应用于Ka频段星载相控阵的低成本、宽覆盖、高可靠性的圆极化天线阵元,该阵元通过BGA植球直接与射频前端实现互连,具有差损小、重量轻、成本低的特点,同时基于特征模分析,通过单层微带的超表面设计激励起三模圆极化辐射有效... 详细信息

设计了一种应用于Ka频段星载相控阵的低成本、宽覆盖、高可靠性的圆极化天线阵元,该阵元通过BGA植球直接与射频前端实现互连,具有差损小、重量轻、成本低的特点,同时基于特征模分析,通过单层微带的超表面设计激励起三模圆极化辐射有效地拓展了带宽,克服常规单层微带天线带宽窄的缺点,降低太空高低温环境下天线分层失效的风险,解决现有星载毫米波相控阵阵元低剖面、宽带工作问题。以4个该阵元为一组2×2顺序旋组阵,进一步拓展了阵列天线的工作带宽和轴比带宽,实测了扫描±50°在28~31 GHz轴比小于3 dB,增益曲线随频率保持不变,非常适合在星载Ka频段通信系统应用。

关键词： AOP技术星载相控阵宽带圆极化特征模分析

基于北斗导航系统的三频载波相位高精度时间长距离传递方法研究

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南京理工大学学报 2024年第3期48卷 293-299页

作者：彭恒范城城北京航天长城卫星导航科技有限公司北京100032 中国科学院微小卫星创新研究院上海201210 上海微小卫星工程中心上海201210 中国科学院卫星数字化技术重点实验室上海201210

全球导航卫星系统(GNSS)是高精度时间长距离传递技术重要应用手段。针对高精度时间长距离传递受限于全球定位系统(GPS)载波信号组合的问题,该文提出一种基于北斗导航系统(BDS)的三频载波相位高精度时间长距离传递方法。分别对BDS不同载... 详细信息

全球导航卫星系统(GNSS)是高精度时间长距离传递技术重要应用手段。针对高精度时间长距离传递受限于全球定位系统(GPS)载波信号组合的问题,该文提出一种基于北斗导航系统(BDS)的三频载波相位高精度时间长距离传递方法。分别对BDS不同载波信号B1、B2、B3进行两两组合,通过二次叠加无电离层,消弱各种全链路误差影响,验证了B12和B13组合时间传递精度最低,B13和B23组合时间传递精度最高,3种组合的时间传递均方根(RMS)误差差异不超过0.03 ns。与国际精密钟差产品比较,结果表明在2600 km的时间链上,基于BDS的三频载波相位的时间传递均方根误差小于0.244 ns,基于BDS的三频载波相位长距离时间传递可以实现亚纳秒级,可为全球导航卫星系统应用提供技术支撑。

关键词：北斗导航系统精密时间三频信号载波相位长距离

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空洞卷积和双边格网的立体匹配网络

光学精密工程 2024年第3期32卷 445-455页

作者：张晶晶杜兴卓支帅丁国鹏中国地质大学(武汉)自动化学院湖北武汉430074 复杂系统先进控制与智能自动化湖北省重点实验室湖北武汉430074 地球探测智能化技术教育部工程研究中心湖北武汉430074 中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 上海微小卫星工程中心上海201203

为解决基于深度学习的立体匹配方法面临着网络规模大、网络结构复杂等问题,提出了一个网络规模较小、精度较高的网络结构。该网络在特征提取模块删减修改了复杂冗余的残差层并引入了空洞卷积金字塔池化模块来扩大视野范围,提取更多有用... 详细信息

为解决基于深度学习的立体匹配方法面临着网络规模大、网络结构复杂等问题,提出了一个网络规模较小、精度较高的网络结构。该网络在特征提取模块删减修改了复杂冗余的残差层并引入了空洞卷积金字塔池化模块来扩大视野范围,提取更多有用的上下文信息;在代价计算模块中使用了三维卷积层以成本聚合提升立体匹配的精度;最后,在代价聚合模块引用了双边格网模块以较低分辨率的成本量来获取精度较高的视差图。将该网络在KITTI 2015数据集和Scene Flow数据集等主流数据集上进行实验,结果显示,相较于其他主流优秀网络类如金字塔立体匹配网络(Pyramid Stereo Matching Network,PSM-Net),网络规模参数量减少了约38%,并取得了较高的实验精度,其中Scene Flow数据集的终点误差(End-point Error,EPE)为0.86,是一个同时兼顾速度与精度的立体匹配网络。

关键词：计算机视觉立体匹配人工神经网络视差

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基于神经网络的散热兼容型红外隐身薄膜设计

工程热物理学报 2024年第2期45卷 514-519页

作者：张鲁豫胡兰芳高菲菲张文杰山东大学能源与动力工程学院济南250061 中科院微小卫星创新研究院上海201306

军事目标的红外辐射特征取决于红外大气窗口的发射率和目标温度水平。传统红外隐身涂层在全红外波段保持低发射率但并不能通过非大气窗口辐射散热。本文利用深度神经网络设计出一组由锗、铂、硅顺次排列,可用于兼容辐射散热的红外隐身... 详细信息

军事目标的红外辐射特征取决于红外大气窗口的发射率和目标温度水平。传统红外隐身涂层在全红外波段保持低发射率但并不能通过非大气窗口辐射散热。本文利用深度神经网络设计出一组由锗、铂、硅顺次排列,可用于兼容辐射散热的红外隐身多层薄膜结构。分析表明:该结构在3~5μm和8~14μm的红外大气窗口探测波段中具有0.20和0.23的低平均发射率,而在5~8μm的非大气窗口波段中具有0.87的高平均发射率,可兼容辐射散热,并且该兼容性对偏振和方向不敏感。该薄膜结构光谱选择性的微观机理可归因于锗层的选择性透过、铂–硅–钛合金形成的Fabry-Perot共振,以及铂层和钛合金基底的本征吸收。

关键词：辐射特性调控深度神经网络多层薄膜结构

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一种适用于北斗三号星间扩展用户的定轨算法

中国空间科学技术 2024年第1期44卷 106-113页

作者：邵瑞强常家超林夏谭双杰龚文斌林宝军上海微小卫星工程中心导航卫星研究所上海201210 中国科学院微小卫星创新研究院上海201210 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100094 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210

针对北斗卫星导航系统星间链路网络扩展服务航天器的精密轨道确定及时间同步需求,提出了基于多项式轨道拟合方法的轨道确定与时间同步算法,克服了传统算法中使用北斗星间链路双向测量数据必须具备初始轨道和钟差等先验信息的约束,可有... 详细信息

针对北斗卫星导航系统星间链路网络扩展服务航天器的精密轨道确定及时间同步需求,提出了基于多项式轨道拟合方法的轨道确定与时间同步算法,克服了传统算法中使用北斗星间链路双向测量数据必须具备初始轨道和钟差等先验信息的约束,可有效拓宽北斗星间链路使用场景。该算法以多项式表达航天器一段时间的轨道和钟差,并使用星间双向测量数据基于最小二乘算法迭代估计多项式系数,从而完成航天器轨道和钟差解算。利用北斗三号星间链路在轨实测数据的试验表明定轨和时间同步精度均在0.12 m以内,有效验证了该算法的正确性。

关键词：星间链路自主定轨时间同步最小二乘算法多项式拟合

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一种遥感微纳卫星星载先进存储系统（英文）

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering 2024年第4期 600-616页

作者：涂实磊王慧泉黄跃金仲和浙江大学微小卫星研究中心浙江省微纳卫星研究重点实验室

随着卫星小型化技术和遥感技术的发展，微纳卫星星座的快速部署与应用是必然趋势。由于体积、重量和功率(SWaP)的限制，具有高扩展性、高性能和高可靠性的星载存储系统仍然是遥感微纳卫星的技术瓶颈之一。基于商用现货(COTS)现场可编程... 详细信息

随着卫星小型化技术和遥感技术的发展，微纳卫星星座的快速部署与应用是必然趋势。由于体积、重量和功率(SWaP)的限制，具有高扩展性、高性能和高可靠性的星载存储系统仍然是遥感微纳卫星的技术瓶颈之一。基于商用现货(COTS)现场可编程门阵列(FPGA)和存储器件，本文提出一种小型化星载先进存储系统(SASS)设计。该设计为微纳卫星多通道载荷数据提供了基于动态规划调度与队列调度的多输入多输出缓存技术和一种高速、高可靠性的NAND flash控制器。实验结果表明，SASS具有出色的可扩展性，支持多通道数据调度与存储，适配不同型号遥感卫星。其最大数据写入速率可达2429 Mb/s，在单个NAND flash故障时，数据写入速率至少能保留78.53%。动态规划调度与队列调度有效缩短了数据调度时间，提高数据调度实时性，提出的数据重映射法使NANDflash数据驻留错误降低了至少50.73%，存储误码率降低了至少37.80%。

关键词：微纳卫星星载先进存储系统扩展性性能可靠性