5、“1箭20星”中之6星(小卫星在 AIS、ADSB 的应用).ppt

“1箭20星”中之6星微纳卫星星载AIS/ADS-B及其应用,国防科学技术大学微纳卫星工程中心,2015.10.28,一、微纳卫星简介二、天拓三号卫星三、星载AIS应用四、星载ADS-B应用,大卫星，研制周期510年，重量数吨，花费数亿甚至数十亿美元,传统大卫星研制具有周期长、重量大、成本高等特点。,一、微纳卫星简介,Better/Faster/Cheaper By now it is well known that small satellites are the future for NASAs Space and Earth Science missions,美国航空航天局：微纳卫星代表着空间和地球任务的未来,更快、更好、更省,一、微纳卫星简介,NEOSSat,QB50,Waseda-SAT2,AISSat,微纳卫星技术已成为当前航天领域最活跃的研究方向之一，美欧等发达航天国家均开展了大量研究计划，并已从初期主要用于工程教育培训及技术试验，拓展到在通信、遥感、科学实验及空间攻防等多方面得到广泛应用，展示出巨大的发展潜力和广阔的应用前景。,一、微纳卫星简介,美国的“弥诺陶洛斯”火箭,2013年11月19日，美国轨道科学公司利用“弥诺陶洛斯”火箭同时把29颗卫星送入地球轨道。,一、微纳卫星简介,2013年11月21日，俄罗斯和乌克兰联合研制的“第聂伯”号运载火箭同时把33颗卫星送入轨道。,洲际导弹改装的“第聂伯”运载火箭,一、微纳卫星简介,一、微纳卫星简介,一、微纳卫星简介,2015年09月20日，“长征六号”火箭将同时把20颗小卫星/纳卫星/皮卫星送入近地轨道。,一、微纳卫星简介二、天拓三号卫星三、星载AIS应用四、星载ADS-B应用,二、天拓三号卫星,1颗主卫星：基于TT-1，20kg级1颗手机卫星：1kg级4颗飞卫星：0.1kg级,1、主卫星“吕梁一号”,有效载荷：新型AIS信道化接收机、ADS-B接收机、长波红外相机。星载综合电子分系统：OBC及母板、有效载荷对应电路板。姿态确定与控制分系统：三轴对地稳定，包括磁强计、模拟太阳敏2台、0/1太阳敏、惯组、三轴磁力矩器、反作用飞轮4台、GPS接收机、姿控计算机。测控数传分系统：USB测控数传一体机、收发信机2套及天线。电源分系统：体装式太阳电池阵、锂离子蓄电池与电源控制器。结构分系统：多板式体系结构。热控分系统：被动热控，多层隔热包覆，导热、隔热垫。,二、天拓三号卫星,标准1U Cubesat大小，具有卫星的基本功能以手机主板和安卓操作系统为核心进行设计集成,在轨释放前的手机卫星,2、手机卫星“智能号”,二、天拓三号卫星,4颗30g左右的飞卫星，其中与主星固连2颗，与手机卫星固连2颗包括电源、星务、数传和传感器四部分，主要用于多点无线自主组网实验两面都贴太阳电池片，不携带蓄电池，只在光照期工作,3、飞卫星“星尘号”,二、天拓三号卫星,4、演示验证项目,整个在轨试验分五个阶段进行：第一阶段：在星箭分离并收到遥测信号之后，建立稳定工作状态。第二阶段：进行AIS侦收试验和ADS-B侦收试验。第三阶段：手机卫星分离，飞卫星在轨释放展开，验证手机卫星核心概念与技术，进行空间自组织网络试验。第四阶段：红外相机等在轨试验，验证设计结果。第五阶段：进行AIS、ADS-B的长期在轨侦收。,二、天拓三号卫星,5、发射与在轨测试 2015年9月20日，“天拓三号”卫在太原卫星发射中心搭载“长征6号”运载火箭发射。7时01分：“长征6号”运载火箭点火发射。7时16分：星箭分离成功入轨，并由三亚站收到第一轨遥测数据，AIS接收机即侦收到船舶AIS数据。第3轨：整星实现三轴对地稳定，建立起正常工作状态；,二、天拓三号卫星,第8轨：手机卫星成功分离，随后主卫星上飞卫星成功展开并成功组网；学校地面站遥测数据表明，手机卫星状态正常、飞卫星展开正常；第16轨：21日6时开启ADS-B接收机，当圈即侦收到航空目标ADS-B数据；第24轨：21日19时启动红外相机工作，工作正常。目前6颗卫星工作正常，姿态稳定。,二、天拓三号卫星,一、微纳卫星简介二、天拓三号卫星三、星载AIS应用四、星载ADS-B应用,三、星载AIS应用,岸基/空基系统覆盖范围有限；星载AIS覆盖范围广，全球覆盖；全天时，全天候，多参数；可提供高质量服务：多类AIS报文、非点对点系统对用户无限制。,船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）是指在甚高频海上移动频段采用自组织时分多址（Self Organized Time Division Multiple Access，SOTDMA）接入方式自动广播和接收船舶身份、位置、航向、航速等动态/静态信息以便实现识别、导航、监视和通信的系统。,3.1 需求背景,船舶自动识别系统（AIS）：主要用于领航及避撞，交换船只之间的位置、路线和速度等信息。过去的AIS接收设备一般在港口、民用船只上使用，覆盖范围有限。2000年，国际海事组织要求所有2002年7月1日以后建造的300吨以上国际航运船舶、500吨以上不从事国际航运的货船和所有客船均须装配AIS发射设备。,三、星载AIS应用,解析结果：船只用户识别码 35624800；位置：E11804.4126，N2430.1498；航速：0转向率：0对地航向：228.4真航向：207；,报文：“!AIVDM,1,1,A,15Cgah00008LOnt1Cfs61VT00SU,0*3D”,三、星载AIS应用,岸基AIS覆盖半径3050海里空基AIS覆盖半径200海里星载AIS（以轨道高度600km为例）覆盖半径1500海里,利用卫星的高远位置特性，接收卫星覆盖区域船只发送的AIS报文，可实现大范围内民用船只的跟踪和监视。,三、星载AIS应用,3.2 必要性 星载AIS系统具有巨大的民用和军事价值：,三、星载AIS应用,美国海岸警卫队USCG,2006.12TACSAT-2：装载了AIS接收机；USCG通过星载AIS获取离岸边2000海里内的船只信息。TACSAT-2是第一颗从空间成功侦收到AIS信息的卫星。同时发现多网冲突问题,开始从硬件、软件上着手研究。AIS接收机能解析报文和压缩，并能统计没有正确解析的报文数量。,右上：TACSAT-2右中：东大西洋和直布罗陀海峡快照右下：阿拉伯海和波斯湾快照,三、星载AIS应用,3.3 国外研究现状,加拿大COM DEV公司,2005.12至今2005年完成开始仿真研究；2006年完成AIS接收机的地面港口实验；2007年完成AIS接收机的空间飞行验证；2008年随NTS纳星发射，AIS接收性能良好。该公司希望实现AIS空间监测的商业化，原计划2011年实现3颗卫星的空间监测，刷新周期小于6小时；2013年实现6颗卫星的空间监测，刷新周期小于2小时。,三、星载AIS应用,NTS纳星、EV-1和M3MSat微小卫星（待发射）(卫星平台由加拿大多伦多大学研制),Maritime Monitoring and,Messaging Microsatellite,(,M,3,MSat,),NTS,2012年7月22日发射的ExactView-1,三、星载AIS应用,美国Orbcomm公司,2008Orbcomm总承,LuxSpcace研制星载AIS接收机载荷；VesselSat1(2011.10.20由印度PSLV-CA火箭发射)和VesselSat2(2012.1.9由我国CZ-4B火箭发射)；Orbcomm的AIS商业运营取的较大收益。该公司2012年上半财年星载AIS项目的营业收入为3220万美元。Orbcomm计划再发射18颗第二代微小卫星组成AIS星座。通过SpaceX公司的Falcon-9火箭发射，计划2013年一箭8星；2014年在轨卫星数量达到18颗；多个轨道面。,VesselSat 2,VesselSat 1,三、星载AIS应用,ESA,20092009年成立AIS办公室；2011年AIS天线和接收机在国际空间站上搭载试验；计划发射46星组成LEO星座。2010，德国DLR开始研制AISSAT-1卫星，约20kg,三、星载AIS应用,美国海军2009年启动GLADIS计划(GLobal AIS&Data-X International Satellite Constellation)，具体由海军研究试验室组织研究并实施；30颗微纳卫星(其中美国提供6颗卫星，5次发射，一箭6星，且邀请其它国家研制其它24颗卫星)组网，实现对装载AIS收发信机的船只监控和AIS浮标信号侦收；极轨道；5个轨道面，轨道面相隔72；每轨道面6颗卫星，相位相差60；5次发射，一箭6星；,三、星载AIS应用,一箭6星安装方式,GLADIS计划AIS星座示意图,三、星载AIS应用,3.4 发展趋势,星载AIS技术的军民应用价值巨大，已得到很大重视；近年来国际上的发展重点是研制专用的AIS微小卫星（30kg以下），且为了提高船只监测频率，多采用多星组网（先46颗，后逐步增加）的方式，以实现24小时的刷新周期；发展途径：关键技术研究搭载验证专用AIS卫星建立简易AIS 星座完善AIS 星座。,三、星载AIS应用,三、星载AIS应用,2012年5月10日，天拓一号卫星成功发射，实现国内首次星载AIS侦收，目前已积累近30个月的数据，并积累了大量应用经验。经数据对比分析，技术水平与2010年国际水平相当。2012年6月11日至17日，在神舟九号任务中，为航天员应急搜救提供AIS数据支持，得到了交通部救捞局的高度评价。,3.5 国内研究现状,本体尺寸：41042580毫米 整星重量：9.3千克,三、星载AIS应用,黄岩岛区域某船只,亚丁湾某船只,某长距离物流船舶,南海某船只,三、星载AIS应用,天拓一号星载AIS侦收11个月累计态势图,一、微纳卫星技术简介二、天拓三号卫星三、星载AIS应用四、星载ADS-B应用,广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）采用全向广播方式播发空对空、空对地报告，由飞机自动向周围的飞机、车辆和地面接收装置发射自身的位置等信息,四、星载ADS-B应用,广播报文：飞行器ID位置高度航向,四、星载ADS-B应用,当今70%的民航飞机已装备ADS-B设备空管还主要依靠地基雷达,未来2020年后所有高性能飞行器强制安装,四、星载ADS-B应用,基于星载ADS-B的将高灵敏度ADS-B接收机安装到低轨卫星上，广域侦收境内实时转发，境外存储转发,四、星载ADS-B应用,在星载ADS-B之前的全球空管范围,在星载ADS-B之后的全球空管范围,四、星载ADS-B应用,更好地支持航线规划与航路优化运行使用航线高度分层和航路间距更优化，路线更优化,四、星载ADS-B应用,增强安全性增强目标态势感知和冲突检测能力；增强搜救能力；,马航447，坠落南印度洋,2014-3-8,四、星载ADS-B应用,国家安全情报搜集航空识别区；协助军事目标鉴别；,四、星载ADS-B应用,德国宇航中心(DLR)发射的PROVE-V卫星，搭载ADS-B接收机；2013-05-04发射，轨道高度820km,2013-05-23首次试验，侦收英国空域,澳大利亚空域,四、星载ADS-B应用,四、星载ADS-B应用,丹麦GOMSPACE研制的GOMX-1纳卫星，搭载ADS-B接收机；2013-11-21发射,丹麦GOMSPACE研制的GOMX-3纳卫星，搭载ADS-B接收机；2015-10-06发射,“天拓三号”卫星实现了国内星载ADS-B侦收系统的首次飞行试验突破了抗辐射、低功耗与小型化技术，利用总体微型化设计、射频电路的低噪设计、多级窄带带通滤波、高效脉冲检测和信号解码算法，实现了高灵敏度侦收。,天拓三号星载ADS-B,四、星载ADS-B应用,ADSB试验数据：2015.09.21，8小时的数据累积（全球）,四、星载ADS-B应用,ADSB试验数据：2015.09.21，8小时的数据累积（亚洲）,四、星载ADS-B应用,ADSB试验数据：2015.09.21，中国西部空域。,四、星载ADS-B应用,8星方案，8轨道面（600km），每轨道面1颗星：该星座对全球任意位置 的重访时间，最大为1.34小时，平均为0.76小时。（f=1，该参数表示相邻轨道面中最接近的两颗星之间相位差。,8星方案，4轨道面（600km），每轨道面2颗星：该星座对全球任意位置 的重访时间，最大为1.92小时，平均为0.90小时。（f=2）,四、星载ADS-B应用,发展设想,16星方案，8轨道面（600km），每轨道面2颗星：该星座对全球任意位置 的重访时间，最大为0.53小时，平均为0.32小时。（f=2）,16星方案，4轨道面（600km），每轨道面4颗星：该星座对全球任意位置 的重访时间，最大为0.76小时，平均为0.32小时。（f=0）,四、星载ADS-B应用,30星方案：6轨道面（600km），每轨道面5颗星 该星座对全球任意位置 的重访时间，最大为0.176小时，平均为0.115小时。（f=4）,通过6次一箭五星发射，将30颗卫星布署于6个600km高太阳同步轨道上，对全球目标将实现约10min的刷新频率。,四、星载ADS-B应用,敬请各位领导专家批评指正谢谢！,