中繼衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天器中繼衛(wèi)星領(lǐng)域，涉及一種對中繼衛(wèi)星的自主任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃調(diào)度 方法，適用于中繼衛(wèi)星任務(wù)設(shè)計、任務(wù)調(diào)度等應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 中繼衛(wèi)星是一種通信衛(wèi)星，通常用于無法直接獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)的衛(wèi)星，通過中繼衛(wèi) 星對數(shù)據(jù)進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，保證數(shù)據(jù)能正常有效傳回地面。目前對于中繼衛(wèi)星設(shè)計，均是通過 地面遙控形式實現(xiàn)對中繼任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，不支持自主任務(wù)規(guī)劃。當(dāng)中繼衛(wèi)星定點(diǎn)位置位于 國土上空時并且任務(wù)數(shù)量較少時，可以通過地面人員和遙控指令形式實現(xiàn)中繼任務(wù)規(guī)劃和 衛(wèi)星控制，當(dāng)中繼衛(wèi)星形成中繼網(wǎng)絡(luò)，并且任務(wù)數(shù)量增多后，僅靠人員數(shù)量的增加是無法滿 足日益增長的任務(wù)需求。若通過中繼衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，則可以有效實現(xiàn)對中繼衛(wèi)星 相關(guān)任務(wù)進(jìn)行自主規(guī)劃，自主生成指令序列，自主調(diào)度中繼任務(wù)，從而減輕地面運(yùn)控人員的 負(fù)擔(dān)，避免在多任務(wù)高強(qiáng)度的狀態(tài)下對中繼任務(wù)調(diào)度的不及時和不準(zhǔn)確。
[0003] 特別是境外中繼衛(wèi)星定點(diǎn)位置不在國土上空，因此在進(jìn)行測控時會受地理條件和 測控站限制，無法實時進(jìn)行測控。從而對境外中繼衛(wèi)星提出更高的要求，要求其在境外時可 以自主生存，在境內(nèi)時能夠下行相關(guān)參數(shù)，判定衛(wèi)星狀態(tài)，同時在境外時也能有效執(zhí)行中繼 任務(wù)。
[0004] 目前自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù)中的細(xì)分技術(shù)如自主平臺控制技術(shù)中自主能源控制和自 主熱控控制已在航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，相關(guān)自主指令管理目前在航天領(lǐng)域未見使用，當(dāng)前指令均 采用遙控或時標(biāo)形式執(zhí)行不涉及自主指令管理功能。對于自主FDIR(Failure Detection Isolation and Recovery)功能，目前衛(wèi)星上采用較少，大部分具備故障檢測與切換功能， 不能完全實現(xiàn)自主roiR。對于自主中繼任務(wù)規(guī)劃及任務(wù)規(guī)劃調(diào)度功能，目前衛(wèi)星上尚未使 用。對于中繼衛(wèi)星的自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，沒有完整的在衛(wèi)星領(lǐng)域進(jìn)行實現(xiàn)和功能應(yīng)用，沒有 突出自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù)的優(yōu)越性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種中繼衛(wèi)星自主任務(wù) 規(guī)劃技術(shù)，利用自主管理技術(shù)，可以有效實現(xiàn)中繼衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃及自主生存，保證中繼 任務(wù)的有效性和準(zhǔn)確性。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：中繼衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法，步驟如下：
[0007] (1)中繼衛(wèi)星進(jìn)行自主平臺控制，生成自主平臺控制指令序列：自主平臺控制包括 自主位置保持指令序列、自主熱控管理序列以及自主能源管理序列；自主位置保持指令序 列是根據(jù)當(dāng)前星上遞推軌道以及軌道控制精度要求，自主生成位保策略及執(zhí)行指令序列， 進(jìn)行自主位置保持管理；自主熱控管理序列是指根據(jù)當(dāng)前各加熱器狀態(tài)以及當(dāng)前設(shè)備工作 溫度要求，自主生成各加熱器開關(guān)指令進(jìn)行自主熱控功能執(zhí)行；自主能源管理序列是指根 據(jù)當(dāng)前蓄電池狀態(tài)以及太陽翼工作狀態(tài)，自主對蓄電池工作狀態(tài)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換和工作情況 設(shè)計進(jìn)行自主能源管理；
[0008] (2)中繼衛(wèi)星進(jìn)行自主FDIR(Failure Detection Isolation and Recovery,故障 檢測隔離和恢復(fù))生成roiR恢復(fù)指令序列:根據(jù)當(dāng)前星上設(shè)備工作狀態(tài)及故障情況，自主執(zhí) 行故障切換策略，根據(jù)不同狀態(tài)執(zhí)行主動切換或故障切換，保證衛(wèi)星安全，生成FDIR恢復(fù)指 令序列；
[0009] (3)中繼任務(wù)調(diào)度生成調(diào)度指令序列：對當(dāng)前衛(wèi)星執(zhí)行的中繼任務(wù)以及后續(xù)任務(wù) 進(jìn)行優(yōu)先級和時間序列調(diào)度，生成調(diào)度指令序列，保證中繼任務(wù)有序執(zhí)行；
[0010] ⑷自主指令管理:對步驟⑴~⑶生成的指令序列，根據(jù)當(dāng)前指令隊列狀態(tài)以及 生成的自主指令序列，通過優(yōu)先級設(shè)置及序列執(zhí)行時間進(jìn)行自主指令管理；
[0011] (5)任務(wù)調(diào)度:對步驟（1)~（4)進(jìn)行綜合調(diào)度，優(yōu)先處理影響衛(wèi)星安全的任務(wù)，必 要時可以停止中繼任務(wù)以保衛(wèi)星安全，在能保證衛(wèi)星安全的前提下進(jìn)行部分中繼任務(wù)執(zhí) 行。
[0012] 所述步驟（1)~（3)中的指令序列由以下四部分組成，包括自主指令優(yōu)先等級標(biāo) 識、自主指令執(zhí)行時間標(biāo)識、自主指令校驗和、指令內(nèi)容；自主指令優(yōu)先等級標(biāo)識，根據(jù)正常 任務(wù)需求，自主位保指令序列優(yōu)先級最高定義為1級，優(yōu)先保證軌道位置，然后是自主能源 管理指令序列定義為2級，其次是自主熱控管理序列定義為3級，最后是中繼任務(wù)調(diào)度序列 定義為4級，4個優(yōu)先等級可以根據(jù)中繼任務(wù)需求進(jìn)行臨時調(diào)整，如在緊急情況下可以根據(jù) 軌道位置情況暫停位保序列，優(yōu)先執(zhí)行中繼任務(wù)需求；自主指令執(zhí)行時間標(biāo)識，是指令執(zhí)行 時間，生成指令序列后需指定指令執(zhí)行時間，在規(guī)定的時間內(nèi)執(zhí)行該序列，如果時間超限某 一時間后取消該指令序列；自主指令校驗和是對指令內(nèi)容的正確性進(jìn)行驗證，在自主指令 執(zhí)行前需對指令進(jìn)行校驗后再發(fā)出，避免輸出錯誤指令序列；指令內(nèi)容由自主指令隊列構(gòu) 成。
[0013] 所述步驟（2)中，根據(jù)當(dāng)前星上設(shè)備工作狀態(tài)及故障情況，自主執(zhí)行故障切換策 略，根據(jù)不同狀態(tài)執(zhí)行主動切換或故障切換，保證衛(wèi)星安全，生成roiR恢復(fù)指令序列的具體 過程為:對衛(wèi)星上每個部件進(jìn)行狀態(tài)標(biāo)識，劃分為當(dāng)班、健康和加電三種狀態(tài)，同時設(shè)置報 警標(biāo)識，當(dāng)部件發(fā)生故障后觸發(fā)系統(tǒng)報警，進(jìn)而根據(jù)報警標(biāo)識產(chǎn)生恢復(fù)序列，當(dāng)序列恢復(fù)完 成后設(shè)置部件的狀態(tài)，如從設(shè)備A切換為設(shè)備B，恢復(fù)序列就是設(shè)備A關(guān)機(jī)，設(shè)置設(shè)備A不當(dāng) 班、不健康和不加電，設(shè)備B開機(jī)，設(shè)置B當(dāng)班、健康和加電，同時設(shè)置結(jié)束標(biāo)識，表示自主 FDIR處理結(jié)束。
[0014] 所述步驟(3)中，對當(dāng)前衛(wèi)星執(zhí)行的中繼任務(wù)以及后續(xù)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級和時間序 列調(diào)度過程:對上傳的當(dāng)前衛(wèi)星執(zhí)行的指令序列進(jìn)行分類，將每個任務(wù)劃分為三大塊，即任 務(wù)目標(biāo)軌道、任務(wù)執(zhí)行開始時間、任務(wù)結(jié)束時間以及任務(wù)標(biāo)號；分類完成后，根據(jù)任務(wù)執(zhí)行 時間進(jìn)行任務(wù)選擇，同時下傳任務(wù)標(biāo)號表時當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)，同時根據(jù)任務(wù)目標(biāo)軌道設(shè)置 中繼天線的轉(zhuǎn)動角度和跟蹤模式，進(jìn)行中繼天線跟蹤，天線跟蹤完成后，對目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳 輸，當(dāng)執(zhí)行到任務(wù)結(jié)束時間時，結(jié)束當(dāng)前任務(wù)，將退出當(dāng)前中繼任務(wù)模式，同時檢測下一個 任務(wù)開始時間，轉(zhuǎn)而進(jìn)行下一個任務(wù)的執(zhí)行。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] (1)本發(fā)明方法能有效實現(xiàn)中繼衛(wèi)星自主平臺控制，通過對當(dāng)前熱控狀態(tài)可以自 主實現(xiàn)熱控管理，以及自主能源管理，通過對當(dāng)前位置的計算以及相關(guān)參數(shù)判斷，自主生成 自主位保序列，保證衛(wèi)星位置定點(diǎn)滿足要求。
[0017] (2)本發(fā)明方法能通過對當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)的健康檢查，可以有效實現(xiàn)設(shè)備故障切換 及故障狀態(tài)管理，保證衛(wèi)星安全。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示，為本發(fā)明中繼衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法的數(shù)據(jù)流圖，步驟如下：
[0020] (1)自主平臺控制步驟，自主平臺控制包括自主位置保持指令序列、自主熱控管理 序列以及自主能源管理序列；自主位置保持:在衛(wèi)星發(fā)射后，通過地面測量衛(wèi)星軌道信息， 將衛(wèi)星當(dāng)前軌道信息發(fā)送至衛(wèi)星，衛(wèi)星根據(jù)軌道和星上時間進(jìn)行遞推，其中每隔一定周期 后對衛(wèi)星上的軌道信息進(jìn)行校正，這個周期稱之為校正周期，其與衛(wèi)星時間基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度 和軌道遞推精度有關(guān)。在確認(rèn)可以進(jìn)行位置保持后，進(jìn)行自主位置保持指令序列生成發(fā)送 到自主指令管理。自主熱控管理:根據(jù)加熱器設(shè)定的開關(guān)閾值對星上加熱器狀態(tài)進(jìn)行自主 控制，生成自主加熱器通斷的指令序列，并將序列發(fā)送至自主指令管理。自主能源管理:衛(wèi) 星根據(jù)當(dāng)前太陽翼輸出電流狀態(tài)對星上蓄電池工作模式及相關(guān)設(shè)備切換進(jìn)行自主切換控 制，生成自主能源管理指令序列，并將序列發(fā)送至自主指令管理隊列中。
[0021] (2)自主roiR處理步驟，衛(wèi)星上每臺單機(jī)設(shè)定當(dāng)班、健康和加電三種狀態(tài)以及報警 狀態(tài)判斷標(biāo)準(zhǔn)，衛(wèi)星根據(jù)當(dāng)前各分系統(tǒng)的遙測參數(shù)進(jìn)行報警狀態(tài)判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，當(dāng)滿 足報警條件時，立報警標(biāo)志，F(xiàn)DIR檢測恢復(fù)模塊檢測當(dāng)前是否存在報警，發(fā)現(xiàn)報警后立即執(zhí) 行恢復(fù)程序，查看設(shè)備健康狀態(tài)，根據(jù)恢復(fù)策略生成恢復(fù)策略指令序列，發(fā)送到自主指令管 理。如發(fā)現(xiàn)設(shè)備A產(chǎn)生電壓異常報警，此時roiR恢復(fù)策略需將設(shè)備A切換為設(shè)備B，恢復(fù)序列 就是設(shè)備A關(guān)機(jī)，設(shè)置設(shè)備A不當(dāng)班、不健康和不加電，設(shè)備B開機(jī)，設(shè)置B當(dāng)班、健康和加電， 同時設(shè)置FDIR處理結(jié)束標(biāo)識，表示自主FDIR處理結(jié)束。
[0022] (3)自主中繼任務(wù)規(guī)劃，地面通過星間鏈路或地面站發(fā)送上行中繼任務(wù)指令，由于 任務(wù)的眾多性和周期性，地面站上行的指令可能存在同一個任務(wù)執(zhí)行多次或者一次上行多 個任務(wù)。當(dāng)?shù)孛姘l(fā)送指令序列后，中繼任務(wù)規(guī)劃任務(wù)將當(dāng)前未執(zhí)行的中繼任務(wù)與地面上行 的中繼任務(wù)進(jìn)行重新規(guī)劃，上行中繼任務(wù)指令根據(jù)權(quán)利要求1中所述劃分任務(wù)目標(biāo)軌道、任 務(wù)執(zhí)行開始時間、任務(wù)結(jié)束時間以及任務(wù)標(biāo)號，將指令隊列調(diào)整后將指令隊列按權(quán)利要求1 中所述自主指令管理序列格式要求發(fā)送到自主指令管理。中繼任務(wù)執(zhí)行時根據(jù)任務(wù)執(zhí)行開 始時間和任務(wù)結(jié)束時間對當(dāng)前中繼任務(wù)進(jìn)行調(diào)整，即根據(jù)當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)調(diào)整天線指向，進(jìn) 入相應(yīng)的天線指向模式，繼而進(jìn)行任務(wù)跟蹤同時下傳當(dāng)前執(zhí)行任務(wù)的任務(wù)標(biāo)號以表明當(dāng)前 執(zhí)行的任務(wù)號。中繼任務(wù)跟蹤模式可劃分以下幾種，分別為程序跟蹤模式、掃描搜索模式、 自動跟蹤模式、回掃模式以及星地控制模式。程序跟蹤模式:根據(jù)中繼星、用戶軌道運(yùn)動規(guī) 律以及中繼星姿態(tài)，地面站或星上預(yù)先制定控制天線跟蹤用戶的程序，上行注入到中繼星 控制計算機(jī)內(nèi)，計算機(jī)按照這個程序發(fā)送程控指令，驅(qū)動天線跟蹤用戶。一般由天線控制模 塊自動啟動，也可以由地面站遙控啟動。掃描搜索模式:在回掃等待到預(yù)定捕獲用戶的時 亥IJ，如果用戶沒有出現(xiàn)在中繼星天線的敏