小卫星地面模拟智能控制及观测验证系统的设计与实现

【摘要】近年来,我国小卫星技术取得了飞快的发展。尤其在智能观测领域,小卫星凭借其功能专一、载荷设计灵活及研制成本低等特点,相对于大卫星更易专注于观测智能化系统的研究与设计。文章从研究真实小卫星组成结构开始,在系统研究了小卫星的通用平台组成及设计方案、常用数据传输总线如CAN总线在小卫星系统中的应用、卫星载荷设计原则等内容的基础上,又介绍了本模拟系统设计中应用到的相关技术,如FPGA芯片及其选型、本系统方案中用到的相机载荷选型及参数信息、惯性/GPS组合导航系统的基本概念及数据协议等内容。最后,详细阐述了本文中多相机载荷智能控制系统及观测验证系统的设计与实现,其主要内容包括：一、研究了小卫星地面模拟智能观测整体设计方案,明确了多相机载荷智能控制系统的功能接口及整体设计方案。在串口通信的基础上,制定了上位机与载荷控制电路的双端通信协议,更好的通过上位机向控制电路发送指令对相机进行外触发同步拍摄。同时,设计基于FPGA的多相机载荷同步外触发控制电路,主要对上位机发送来的指令进行解析并控制相机进行拍摄。二、观测验证系统主要目的是为了在地面模拟小卫星在实际飞行中智能观测系统的运行情况,因此,系统设计的重点为对航迹规划实时控制方案的设计。本文采用惯性/GPS组合导航系统作为系统实时位置信息来源,以航迹规划的方式对载荷控制系统进行验证。为整体地面模拟系统的验证方案提供参考。在完成系统设计后,设计了系统性能的测试方案。运用专业的测试工具对关键的模块设计及相关指标进行测试,验证结果均达到设计要求。文章最后对本文工作进行了总结并阐述了下一步的工作计划及研究展望。本文设计系统一方面为整体的智能观测与智能传输系统的有机组成,同时为下一代小卫星载荷观测智能化提供了功能上的预研与验证,并节约了成本,积累了经验,达到了预期目的。此外,以此课题为背景,发表中文核心学术论文一篇,参与飞行试验一次。
【作者】张文凯；
【导师】关桂霞；
【作者基本信息】首都师范大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】小卫星地面模拟系统；相机载荷；智能控制；FPGA；航迹规划；外触发同步；

【参考文献】
[1]赵闻.光反馈自混合干涉系统反馈水平因子的测量算法设计[D].郑州大学,电磁场与微波技术,2013,硕士.
[2]王超.党支部（党小组）、团支部、班委会“三位一体”班级管理模式研究[D].山东大学,学生事务管理与学生发展指导,2013,硕士.
[3]陈大林.铝钢板翅式换热器钎焊技术研究[D].兰州理工大学,材料加工工程,2014,硕士.
[4]张磊.北京门头沟地区村落传统公共建筑空间再利用研究[D].北京建筑大学,建筑设计及其理论（专业学位）,2013,硕士.
[5]黄芳.大猿叶虫不同地理种群杂交后生物学与滞育特性的研究[D].江西农业大学,动物学,2012,硕士.
[6]李德春.二维光学内反射微小角度传感器的研究[D].天津大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[7]刘欢欢.阶梯疗法治疗小儿痉挛型脑瘫的临床观察[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[8]柯咏梅.针刺治疗气血亏虚型老年性痴呆的临床研究[D].黑龙江中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2014,硕士.
[9]肖小玲,靳秀菊,张翔,刘红磊,姜贻伟.基于常规测井与电成像测井多信息融合的裂缝识别[J].石油地球物理勘探,2015,03:542-547+7.
[10]焦子宇.《时代》周刊封面报道中的中国国家形象[D].西南大学,传播学,2014,硕士.
[11]唐彦.利率市场化背景下的银行产品创新[D].西南财经大学,工商管理,2003,硕士.
[12]苏玉鑫,郑春红,段宝岩.一种改进的模糊PD控制器[J].控制与决策,2004,02:175-178.
[13]叶宇新.东莞市水资源安全问题研究[D].广西师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[14]赵贤正,张玮,邓志文,白旭明,袁胜辉,唐传章,刘占族,李海东.复杂地质目标的2.5次三维地震勘探方法[J].石油地球物理勘探,2014,06:1039-1047+1.
[15]乔丹.从美国早期涂鸦到柏林墙艺术的价值转变[D].东北师范大学,美术学,2012,硕士.
[16]张霖,高黛陵.鲁棒的逆Nyquist阵列（RINA）设计方法[J].自动化学报,1994,03:316-323.
[17]王旭东,冯象初,霍雷刚.去除乘性噪声的重加权各向异性全变差模型[J].自动化学报,2012,03:444-451.
[18]崔小鹏.SERPINB1与肝细胞肝癌的相关性研究[D].苏州大学,外科学（专业学位）,2014,博士.
[19]胡娜.超细氢氧化镁的制备及其在木塑复合材料中的应用研究[D].中南林业科技大学,林产化学加工工程,2013,硕士.
[20]闫琨.战前日本政党政治时期的文官官僚制度研究[D].辽宁大学,世界史,2012,硕士.
[21]冯丽艳.创业板上市公司公司治理对其发布年报补丁的影响研究[D].河北经贸大学,会计,2014,硕士.
[22]童卫芳.P-AKT与PTEN在喉鳞状细胞癌组织中的表达以及相关性研究[D].吉林大学,耳鼻咽喉科学,2014,硕士.
[23]晏轲.高效低复杂度HEVC编码算法研究[D].上海大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[24]程蕾.浙江传统聚落发生发展机制研究[D].浙江大学,建筑历史与理论,2012,硕士.
[25]韩敏.基于智能虚拟摄影机的用户视觉意象研究[D].哈尔滨工业大学,广播电视艺术学,2013,硕士.
[26]张燕.染色体微阵列技术在胎儿常见泌尿系统结构异常中的应用[D].广州医科大学,妇产科学,2014,硕士.
[27]凌爱霞.面向新课程的中学化学教师角色定位研究[D].曲阜师范大学,化学课程与教学论,2004,硕士.
[28]侯沙沙,高燕,王宇,武帅,朱晓明,郭炳冉,张巍,徐元基,阎瑾琦,于继云.可复制型抗乙肝免疫基因治疗剂pSVK-HBVE的构建与表达[J].免疫学杂志,2014,09:816-820.
[29]方霞.表情效价和竖直方位知觉的联系[D].华东师范大学,基础心理学,2013,硕士.
[30]薛巍松.直肠癌保肛术后排便功能障碍研究[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[31]李秋生.语用学视角下的普京演讲分析[D].内蒙古大学,俄语语言文学,2014,硕士.
[32]徐浩,陈长忠,赵蒙海,茅海萼.诊疗信息特性与病人数据存储技术的发展[J].医学信息,2005,12:1601-1605.
[33]张然.初中文言文学习兴趣的激发与培养[D].河北师范大学,学科教学,2013,硕士.
[34]兰鹏.基于无线Mesh网络的视频监控系统的研究及实现[D].杭州电子科技大学,计算机技术,2014,硕士.
[35]杨波.MELD、CLD和Child-Pugh肝功能分级在肝细胞癌术前风险评估中的对比分析[D].桂林医学院,外科学,2012,硕士.
[36]王鑫.大学生心理健康教育知识共享平台构建研究[D].东北大学,管理科学与工程,2009,硕士.
[37]朱来东,田勇,李辉,张溪溪,罗绍华.三价铁源制备LiFePO_4的研究进展[J].电子元件与材料,2014,01:1-4+8.
[38]李建宽.杜鹃素对氧化应激诱导血管内皮细胞损伤的保护作用及分子机制研究[D].山西医科大学,劳动卫生与环境卫生,2014,博士.
[39]张冬冬.用于LTE的混合基DFT算法的FPGA实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[40]韩晨泽.法律推理与个案的正当裁判[D].苏州大学,法学理论,2013,硕士.
[41]潘礼清.胶粉改性沥青高温流变性能研究[D].内蒙古工业大学,岩土工程,2013,硕士.
[42]康乐.基于XDPS-400+的汽包水位报警、预警系统设计与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2011,硕士.
[43]许鹭.新课程背景下高中历史人物教学的现状分析与对策研究[D].东北师范大学,课程与教学论,2012,硕士.
[44]胡亚楠.以油脂为原料一步酯化法制备玉米淀粉酯的工艺及应用[D].江南大学,粮食、油脂及植物蛋白工程,2012,硕士.
[45]檀大羡.生精细胞体外培养的研究[D].广西医科大学,泌尿外科,2004,硕士.
[46]张钰.聚醚醚酮仿生人工骨3D打印热力学仿真及实验研究[D].吉林大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[47]林明泉.中国企业海外上市法律风险研究[D].黑龙江大学,国际法学,2013,硕士.
[48]胡鹏.中国食品安全合作规制问题研究[D].西南政法大学,行政管理,2012,硕士.
[49]冯刚.YBFD总厂绩效管理体系研究与设计[D].四川大学,工商管理,2003,硕士.
[50]阎星娥,鞠时光,蔡涛,辛燕.OLAP中基于FP-增长的关联规则挖掘[J].计算机科学,2004,04:113-116+122.