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1、精选优质文档-倾情为你奉上国家技术发明奖推荐公示材料项目名称： 基于工业级器件的皮卫星一体化设计及可靠性技术推荐单位（专家）意见： 该项目突破传统卫星设计理念，探索了以工业级器件为主研制航天器的技术途径，解决了基于工业级器件的皮卫星一体化设计和可靠性难题。创新发明了系列皮卫星核心部组件，初步形成了皮卫星产品体系；研制发射了两颗皮星一号A卫星和两颗皮星二号卫星，并应用于重大工程，开创了我国公斤级卫星研究和应用领域；测控等部组件得到推广应用，为皮纳卫星的发展奠定了技术和工程基础，创造了显著的经济效益和社会效益。 推荐申报国家技术发明二等奖。项目简介： 航天技术是二十一世纪最为重要的战略高技术之一。
2、皮卫星是未来航天技术重要发展方向，在国防安全和民用领域均有重要应用。国际上尤其是发达国家竞相开展皮卫星研究，但由于体积、重量和功耗限制苛刻，所发射的皮卫星成功率低且功能单一。 本项目围绕基于工业级器件的皮卫星技术开展研究，在发挥工业级器件小型化、高性能优势的同时解决可靠性难题，取得以下三方面主要创新成果：发明点1：发明基于时钟闭环控制的时钟同步3模冗余技术和基于软件变点技术的皮卫星可靠性量化评估方法，以工业级器件为主实现皮卫星一体化和微小型化设计，实现2型4颗皮卫星长期在轨可靠工作。微小型化和保障工业级器件长期在轨可靠工作是国内外皮卫星研究面临的主要难题之一。本项目提出了以综合电子系统设计为核
3、心的皮卫星电子系统一体化设计新思路，发明了基于时钟闭环控制的硬件时钟同步3模冗余方法（专利号：ZL 2.4，ZL 7.1），结构整体线切割一次成型加工方法（ZL 2008 1 .3），卫星自动测试验证系统（专利ZL 2011 1 .7），解决了皮卫星一体化设计以及工业级器件航天应用可靠性设计难题。发明了软件可靠性变点分析量化评估方法，解决了皮卫星可靠性准确量化评估难题。应用上述成果，在有限时间内研制发射了2颗皮星一号A卫星和2颗皮星二号卫星。皮星一号A卫星是我国首颗成功发射的皮卫星，该卫星用于地面雷达对微小目标的探测能力验证，并对雷达测量目标微波反射截面的精度进行了标校。皮星二号卫星是我国首颗
4、应用型皮纳卫星，为某系统试验提供了唯一科学手段。发明点2：发明了可实现高精确仿真分析和系统鲁棒性拉偏检验的半实物仿真系统，解决了多目标约束下的皮卫星姿态控制设计难题，在国际上首次实现了公斤级皮卫星自主快速三轴稳定和携带大型挠性展开机构的皮纳卫星三轴姿态控制和姿态快速机动。皮卫星多采用一体化、集成化技术研制，对于成本、体积、功耗等有着非常严苛的约束，且由于星体内部高度集成，各系统间布局高度密集，相互之间的电磁干扰较为严重，质心与惯量分布较难优化调整，为姿态控制系统提出极大挑战。本项目提出了基于结构有限元分析与系统参数辨识相结合的方法，实现了对皮卫星动力学模型的精确建模，基于该模型发明了以仿真计算
5、机、嵌入式处理器和现场可编程门阵列为核心的可拓展半实物仿真系统（专利ZL 2009 1 .7），将敏感器与执行机构直接接入仿真回路，并构建轨道控制模拟环境，可灵活便捷的实现对姿态控制系统的高精确性能仿真分析和系统鲁棒性拉偏检验。利用该仿真系统研究解决了多目标约束下的系统方案优化设计问题，完成了对敏感器、执行机构指标进行精确权衡，研制完成皮卫星三轴姿态测量控制系统。两颗皮星一号A卫星发射入轨后1天内即自主实现了对地三轴稳态控制，为国际上首次实现了公斤级卫星自主快速三轴稳定。两颗皮星二号卫星入轨后展开1.5米挠性展开机构（最低基频0.3Hz），星上采用最小能量混合环境力矩控制技术，在国际上首度解决
6、了携带大型挠性展开机构的皮纳卫星高精度姿态控制问题。发明点3、发明了一种高可靠低成本测控应答机载波跟踪环，研制出微小型化、低功耗、高可靠的星载USB/扩频/数传多模应答机，并成功应用于多型卫星。国外公斤级微小卫星一般只携带具有遥测遥控功能的通信机，轨道测量和预报则由GPS或空间目标监视网提供。但我国目前卫星测定轨和遥测遥控仍以S波段统一载波测控体制（USB）为主，国内外USB应答机一般重达10kg，功耗达20W，与皮卫星的要求相去甚远。针对应答机体积重量大、功耗高的问题，先后攻克了数字锁相环串联时噪声折叠和相位模糊、载波快速捕获及高精度跟踪等关键技术，发明了一种高可靠低成本测控应答机载波跟踪环
7、，在此基础上，将集成数字锁相环和软件无线电引入USB测控应答机中（专利ZL6.9，专利ZL 3.1，专利ZL 6.1），与采用模拟倍频器、锁相环和解调器的传统应答机相比，大幅降低了体积重量和功耗；针对扩频通信因带宽大而易受干扰的问题，提出一种基于中值的自适应门限算法，大幅提高了扩频测控体制抗窄带干扰的能力（专利 ZL 7.6）；提出了基于对数分段的单次扫描中值近似求解方法，与传统方法相比大大降低了运算量和存储空间，有利于系统的小型化。同时，针对近地轨道，提出了一种伪码快速捕获方法（ZL 9.8），实现扩频体制下扩频码的快速捕获。在上述工作基础上，研制出微小型化、高抗干扰非相干扩频体制应答机，重
8、量仅100余克，功耗4W，满足我国微小卫星对扩频体制的测控需求。开展了测控及数传分系统的一体化设计，利用测控分系统下行的闲置资源用于数传发射，减少了独立的数传设备及天线资源，大大简化了设计，在国内首次实现了测控及数传一体化工作模式。USB应答机和非相干扩频应答机获得原总装备部可靠性和产品化推进项目支持，并被正式列入航天产品型谱。 本项目已获发明专利30项，发表论文85篇。两颗皮星一号A卫星已被西安卫星测控中心用于雷达标校任务，两颗皮星二号卫星成功应用于某重大应用任务。测控应答机已被航天五院、国防科大、中科院、长光卫星公司等单位7型20颗卫星采用，其中希望一号、天拓一号、天拓二号、天空二号伴星、
9、力学星等已发射成功，入轨后工作正常，圆满完成在轨任务。 教育部鉴定意见认为，该成果开创了我国公斤级卫星研究领域，为后续发展和应用奠定了技术和工程基础；探索了一条以工业级器件为主研制航天器的技术途径。整体研究成果具有国际先进水平，其中星载USB应答机的体积功耗、皮卫星快速自主三轴稳定等方面达到国际领先水平。 该项目获得2013年浙江省科学技术一等奖。客观评价：（1）项目验收意见2006年10月29日，教育部重点项目微小卫星星载测控应答机研制通过教育部验收，认为在应答机的微小型化、低功耗方面具有创新性； 2010年12月17日，皮卫星技术XXX项目通过总装预研管理中心验收，技术成熟度被评价为7级。
10、（2）在轨测试报告西安卫星测控中心在皮星一号A卫星在轨测试总结报告中指出，两颗皮卫星的功能与性能正常，均达到研制要求。在ZDPS-1A卫星微小型USB测控应答机测试报告、ZDPS-1A卫星数字化USB测控应答机测试报告、TT-1卫星测控应答机在轨测试报告中指出，微型低功耗测控应答机的性能与传统应答机相当，长期工作中性能稳定。北京跟踪与通信技术研究所在“皮星二号在轨测试总结报告”中指出，两颗皮星二号卫星主要功能与性能正常、运行稳定，基本功能和性能满足研制总要求，可以配合地面系统开展试验。（3）教育部成果鉴定意见（2012年）认为：该项目研制了国内首颗公斤级卫星，成功发射和至今在轨稳定运行2年多；
11、在国际上首次实现了公斤级卫星自主快速三轴稳定；研制出国际上体积重量最小、功耗最低的星载USB应答机，并已成功应用于多型卫星；该项目开创了我国公斤级卫星研究领域，并为后续发展和应用奠定了技术和工程基础；探索了一条以工业级器件为主研制航天器的技术途径。整体研究成果具有国际先进水平，其中在星载USB应答机的体积功耗、皮卫星快速自主三轴稳定等方面达到国际领先水平。（4）总装备部贺信及社会影响2010年9月22日，浙江大学研制的2颗ZDPS-1A卫星搭载发射成功后，总装备部给浙江大学发来贺信，充分肯定了浙江大学在卫星研究领域取得的成就，鼓励浙大再接再厉，为加快我国航天技术进步和创新作出新的更大贡献。22
12、日的中央电视台新闻联播和次日的人民日报头版都对浙大皮卫星成功发射进行了报道。在总装创新工作十周年大会上，浙大应邀作为6个大会报告之一，就皮卫星创新研究作了专题发言。（5）用户报告西安卫星测控中心在ZDPS-1A卫星目标特性测试用户报告中肯定了ZDPS-1A卫星应用于雷达特性观察试验中所起的重要作用。航天东方红卫星有限公司在低功耗通信试验载荷在轨测试情况说明中指出，浙江大学提供的应答机功能和性能指标满足任务要求。国防科学技术大学在用户使用报告中指出，浙江大学为天拓一号提供的微小型USB应答机功能和性能指标满足任务需求，是国际上最小的测控应答机，并在后续的视频卫星（天拓二号）中仍采用为主用应答机。
13、推广应用情况： 皮星一号A卫星、皮星二号卫星、测控应答机、姿控、综合电子系统等部组件的推广应用情况如下：应用单位名称起止时间推广应用量(情况)1. 西安卫星测控中心2009-20122颗皮星一号A卫星用于大型雷达标校2. 北京跟踪与通信技术研究所2010-20122颗皮星二号卫星3. 2012-20166套应答机应用于XX卫星星座6颗卫星4. 航天东方红卫星有限公司2009-20101套应答机用于希望一号卫星5. 国防科学技术大学2010-20121套微型化应答机用于TT-1卫星6. 国防科学技术大学2012-20131套微型化应答机用于TT-2卫星7. 中科院上海小卫星工程部2012-201
14、41套微型化应答机用于伴星2号8. 航天一院14所2009-20121套微型姿控系统9. 北京航天自动控制研究所2010-20131套综合电子系统10. 长光卫星技术有限公司2016-201710套应答机应用于灵巧视频卫星系列主要知识产权证明目录（不超过10件）： 知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利基于时钟同步技术的星载三模冗余系统中国ZL 2.42015年10月21日浙江大学童杰文、王慧泉、金仲和、王婵、汪宏浩有效发明专利小卫星姿态控制地面仿真装置及方法中国ZL 2009 1 .72011年7月20日浙江大学韩柯、向甜、朱小丰、
15、屠斌杰、王昊、金仲和有效发明专利一种高可靠低成本测控应答机载波跟踪环及其方法中国ZL 3.12016年6月8日浙江大学李承一、王春晖、金仲和有效发明专利一种皮卫星的综合测试设备中国ZL 2011 1 .72013年1月2日浙江大学陈宇睿、郑阳明、王和包、金仲和有效发明专利等温化设计的皮卫星热控制装置及热控制方法中国ZL 2012 1.22015年4月29日浙江大学吴昌聚，许秀琴，金仲和有效发明专利全景成像地球敏感器中国ZL 2011 1 .X2013年4月10日浙江大学金仲和、沈国权、王昊、白剑有效发明专利用于微小卫星的全视场太阳敏感装置及方法中国ZL 2012 1 .X2014年12月24日浙江大学蔡波、向甜、王俊、王昊、金仲和有效发明专利一种微型化星敏感器及其实现方法中国ZL2013 12016年6月8日浙江大学王萌萌，蒙涛有效发明专利一种用于皮卫星的接收机电路中国ZL6.92013年6月5日
