CN103257891A - 二层解析式航天器任务管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二层解析式航天器任务管理系统及方法，该方法包括：航天器接收地面上注的遥控注数包，对接收到的注数包进行识别处理，若接收到的是任务注数包，根据任务号把任务项插入到任务表，更新任务索引表；若接收到的为指令链，把指令插入到指令队列；每个控制周期内对任务索引表和指令队列进行查询，如果有任务起始时间落在当期任务启动窗口内则根据任务类型及任务相关参数的不同生成不同指令链，并将指令插入到指令队列中；如果有指令执行时间小于当前系统时间则执行指令输出执行指令至相关载荷。本发明解决了以往航天器在任务管理上的诸多不便，既减少了航天器常规在轨管理的上注数据量又可在突发情况下灵活的对任务进行增减、变更。

Description

二层解析式航天器任务管理系统及方法

技术领域

本发明涉及航天器任务管理，具体地，涉及一种二层解析式航天器任务管理方法。

背景技术

目前，航天器的任务管理有两种。一种为指令链式航天器任务管理方法，即地面上注的任务形式为带时间信息的指令链，航天器对指令链直接进行解析执行；一种为固化式航天器任务管理方法，即地面上注的任务形式为任务项，航天器对任务项进行解释执行。

对于第一种指令上注式任务管理方法，航天器把地面上注的指令链中的每个带执行时间的指令插入到指令队列中。在航天器的每个执行周期内查询指令队列，对指令执行时间小于等于当前系统时间的指令读取出来并执行。其任务的执行流程如图4所示。这种方法的优点是航天器对于任务管理所动用的如CPU时间等资源较少，实现简单。但是其缺点也较为明显，有如下3点。

1）由于地面上注的是指令链，而一个任务从开始执行到执行完成需要的指令少则十条多则上百条，需要较大的注数量。一般的低轨航天器的过顶测控弧段较短，一次过顶能上注的任务量有限。如果航天器要执行大量、复杂的任务，这样的任务管理就难于应对。

2）已上注的任务无法单独取消。由于指令链上注后已被分散插入到指令队列中，所以无法单独把一个任务的全部指令在任务未执行前，从指令队列里挑出删掉。

3）已上注的任务项无法修改。由于指令链上注后被分散插入到指令队列中，所以无法单独把一个任务中某些指令的执行时间或指令内容进行修改、替换。

对于第二种固化式任务管理方法，航天器把地面上注的注数包解释成任务项，把该任务项存储在相关类型的任务表中。对于有M个任务类型的航天器，对每个任务类型创建一个任务监控实例。该任务监控实例对本任务执行到哪一步进行记录，根据已固化的程序，对在这一步应该进行的动作进行输出。其任务的执行流程如图5所示。

这种方法有以下优点：

1）地面上注数据量小。由于任务的分解在航天器内完成，只要上注一个任务类型和起始、持续时间就可以由航天器生动的执行指令序列。

2）由于每种类型的任务分析已固化在航天器内，减少了由于地面指令链编排错误导致的指令时序错误。指令时序的错误有可能导致航天器上设备的损坏。

但是，该方法还存在以下缺点：

1）在此方法中航天器预先设定了固定数量的任务实例。每个实例只能一次处理一个任务。这样就影响了各任务的并发执行。随着航天器多载荷间的协作增加及单载荷内部多任务并发，使得该方法难以适应。

2）航天器的空间环境恶劣，意外情况频发。有时需要在短时间内完成任务流程修改。如果错过时机可能会导致重大的损失。本方法中对任务的解析是由固化程序完成的。变更任务流程时需要进行在轨编程。地面先要重新编制程序，再上注到航天器上，航天器重新启动任务的解析功能。这个过程所花费的过长的时间往往已经错失了最佳时机。

上述的这些航天器的任务管理方法存在着比较明显的不足。本发明提出的二层解析式航天器任务管理方法可以弥补这些不足。这种方法是结合了上述的指令链式任务管理方法和固化式的任务管理方法的优点。二层解析式航天器任务管理方法，既可以用固化式方法把任务解析成指令链，再对指令链进行解析执行，也可以直接上注指令链。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种二层解析式航天器任务管理系统及方法，本发明既可以在日常在轨任务管理中简化地面测控系统的复杂注数生成；又可以在处理突发情况下的灵活变更任务。

根据本发明的一个方面，提供一种二层解析式航天器任务管理系统，包括航天器和地面测控站，航天器包括星载计算机和载荷，星载计算机包括输入/输出模块和处理器模块，处理器模块通过输入/输出模块接收地面测控站的任务注数包并对任务注数包进行分析处理后输出至载荷控制载荷工作，处理器模块包括：

存储单元：用以存储任务表、任务索引表和指令队列，其中，任务表用以存放任务；任务索引表用以存放指向起始时间对应的任务表中的任务项的指针；指令队列为按指令执行时间从小到大排序的循环队列；

应用识别单元：分别与输入/输出模块和存储单元连接，用以对接收到的注数包进行识别处理，判断接收到的注数包的类型，若接收到的是任务注数包，则将任务项插入到任务表中并更新任务索引表；若接收到的为指令链，则将指令链包含的指令插入到指令队列中；

索引查询单元：与存储单元连接，用以在每个控制周期内对任务索引表进行查询，当有任务项的起始时间落在启动窗口内则开始解析该任务项，把该任务项解释成带时间信息的指令链，并把该些指令插入到指令队列中；以及，

指令查询单元：分别与输入/输出模块和存储单元连接，在每个控制周期内对指令队列进行查询，当有指令的执行时间小于等于当期航天器系统时间时执行该指令，并输出指令脉冲至对应载荷或通过输入/输出模块经总线发送数据至对应载荷。

优选地，注数包包括若干任务项，任务项包括任务号、任务起始时间、任务类型和任务相关参数。

优选地，任务表为每项为一个任务的一维数组，接收到的任务根据任务号插入到任务表中，任务号与任务在任务表中的存储位置一一对应。

优选地，任务索引表中的指针按未执行任务项的起始时间从小到大进行排序。

优选地，指令队列包括队列读指针和队列写指针，队列读指针指向该循环队列中第一个未执行的指令，队列写指针指向该循环队列中最后一个未执行的指令。

优选地，指令的输出包括指令脉冲和总线数据两种类型。

根据本发明的另一个方面，提供一种二层解析式航天器任务管理方法，包括以下步骤：

步骤一：航天器接收地面上注的遥控注数包，对接收到的注数包进行识别处理，判断接收到的注数包的类型，若接收到的是任务注数包，执行步骤二；若接收到的为指令链，则执行步骤三；

步骤二：根据任务号把任务项插入到任务表，同时更新任务索引表；

步骤三：把指令插入到指令队列；

步骤四：航天器在每个控制周期内对任务索引表和指令队列进行查询，如果有任务起始时间落在当期任务启动窗口内则执行步骤五；如果有指令执行时间小于当前系统时间则执行步骤六；

步骤五：根据任务项中的任务类型及任务相关参数的不同生成不同指令链，把这些指令插入到指令队列中；

步骤六：执行指令并根据指令的输出类型输出执行指令至相关载荷。

优选地，步骤六中，若输出类型为脉冲信号输出则执行指令脉冲输出至相关载荷；若输出类型为总线数据，则通过总线将数据发送至相关载荷。

本发明中，航天器把地面上注的任务数据包进行格式、数据检查后。对数据内容进行判断，根据注数的内容是任务项还是指令链分别对任务表、任务索引表和指令队列进行更新。航天器在对任务的解析分为二层。一层为任务层的解析，一层为指令层的解析。保证了常规在轨时以任务级颗粒度的在轨管理，也可以在突发处理时指令级颗粒度的在轨管理。第二层的指令级任务解析作为第一层任务级任务解析的支撑，使航天器在第一层任务管理界面应用简洁、方便。同时由于地面注数可以直接控制第二层的指令级任务解析，使得任务规划得以精确控制，可以进行任务的灵活变更。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明把航天器任务管理分为两层，在不同的使用环境下可以分别控制任务级和指令级的任务解析，通过对任务级和指令级的二层解析分层次处理，实现上注数据的简化，常规任务注数任务解析的天上自动化处理，同时也可对突发任务的快速响应进行指令级的变更。与现有技术相比，本发明解决了以往航天器在任务管理上的诸多不便，解决了以往航天器指令链式任务管理方法中地面上注数据量过大问题或固化式任务管理方法中任务临时变更困难的问题，既减少了航天器常规在轨管理的上注数据量又可在突发情况下灵活的对任务进行增减、变更。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有指令链式航天器任务管理方法的原理示意图；

图2为现有固化式航天器任务管理方法的原理示意图；

图3为本发明实施例的任务索引及任务表示意图；

图4为本发明实施例的指令队列的结构示意；

图5为本发明二层解析式航天器任务管理方法的原理示意图；

图6为任务上注、解析、执行过程示意图；

图7为任务、指令链接收流程原理图；

图8为任务、指令查询流程原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

航天器中数管系统具体实施对上注的航天器任务进行管理。地面测控站上注给航天器的遥控数据经航天器上的测控系统接收、检测、解密后以注数包的形式发送给数管系统。数管系统经过对上注任务进行解析、处理后形成指令脉冲或总线数据对载荷系统进行控制。地面遥控注数进行航天器任务管理过程如附图6所示。

数管系统接收到的测控注数包的格式如表1。

表1测控注数包格式

表1是一个简化后的注数包格式。“应用识别”用来区分不同类型的“应用数据”。“包顺序控制”用来实现多包“应用数据”的拼接。“包长”用来控制对“应用数据”的读写。“校验”用于对“应用数据”的有效性进行判断。

当数管系统接收到地面注数包后进行任务管理如图3所示。当一个任务项的注数量比较小时一个测控注数包可以包含多个任务项。当管理一个复杂的任务时，一个任务项的注数量比较大，需要对多个注数包的内容根据“包顺序控制”进行拼接形成一个大任务项。每个任务项的格式是一致的如表2所示。复杂的任务的“任务相关参数”占用数据空间较大，简单任务的“任务相关参数”占用数据空间较小。

表2注数包中一个任务项的格式

任务起始时间

任务类型

任务相关参数

任务表为任务项的一维数组。数管系统把接收到的任务根据“任务号”插入到任务表中。“任务号”与任务在任务表中的存储位置一一对应，以便于对指定任务号的任务进行删除、修改。

数管系统接收到遥控注数时，根据注数包中“应用识别”进行判读，把任务项插入任务表，把指令插入指令队列。此流程如图7所示。任务索引表为加速任务查询而设置的任务索引项的一维数组。地面上注的指令链格式如表4所示。

表3任务索引项格式

任务起始时间

任务指针

表4注数指令链的格式

数管系统在每个控制周期分别查询任务索引表和指令队列，判断是否有任务项需要解释，是否有指令需要执行。其查询的流程如图8所示。

数管系统对任务级的任务管理提供以下5种操作：

1）任务插入；

2）任务表清空；

3）未执行任务的更改；

4）未执行任务的注销；

5）任务的读取。

数管系统对指令级的任务管理提供以下3种操作：

1）指令插入；

2）指令列表清空；

3）指令读取。

以下通过国土资源卫星对地成像任务的管理为例说明二层解析式任务管理方法。一个对地光学成像任务的格式如表5所示。一个对地雷达成像任务的格式如表6所示。

表5对地光学成像任务格式

表6对地雷达成像任务格式

如表5的一个对地光学成像任务，在数管系统由固化的程序解释成如表7的9条指令。其中，1、2、6、7、8、9为指令脉冲输出，3、4、5为总线数据输出。

表7光学成像任务固化的指令分解

如表6的一个对地雷达成像任务，在数管系统由固化的程序解释成如表8的10条指令。其中，1、2、3、7、8、9、10为指令脉冲输出，4、5、6为总线数据输出。

表8雷达成像任务固化的指令分解

以对云南地区的光学遥感为例，对常规在轨任务管理进行说明。此任务的各参数如表9所示。

表9对云南遥感成像任务数据

对表9的任务进行解释形成的指令链如下：

1）天计数162，天内毫秒技术49803500指令号0x1001（相机控制器加电）

2）天计数162，天内毫秒技术49804000指令号0x1003（相机转动机构加电）

3）天计数162，天内毫秒技术49805000指令号0x9111（相机俯仰转动参数0x0013，相机偏航转动参数0x010B参数传输）

4）天计数162，天内毫秒技术49805500指令号0x9112（相机曝光参数0x98AC、0x1801、0x182C、0x0B32参数传输）

5）天计数162，天内毫秒技术49805500指令号0x8A13（数传屏蔽0x0240参数传输）

6）天计数162，天内毫秒技术49806000指令号0x0411（数传存储器写指令）

7）天计数162，天内毫秒技术49986000指令号0x0412（数传存储器停指令）

8）天计数162，天内毫秒技术49986500指令号0x1005（相机转动机构断电）

9）天计数162，天内毫秒技术49987000指令号0x1002（相机控制器断电）

当对云南地区的资源遥测任务已开始，突然接到上级通知四川地区发生地震，需最快速度紧急启动对地震灾区的雷达遥感成像，以支援抢险救灾。由于资源遥感卫星的能源限制，无法连续长时间对地遥感成像。必须中止已开始的对云南地区的可见光遥感成像任务才能保证对四川地质灾害地区的雷达成像遥感任务。如此的突发任务需上注指令清空指令队列，再上注指令停止相机工作，最后上注对四川地区地质灾害雷达成像任务，共三个步骤完成。

1．上注指令清空指令队列

1）天计数162，天内毫秒技术49816000指令号0x0401（清空指令队列）

2．上注指令停止载荷工作

1）天计数162，天内毫秒计数49816500指令号0x0412（数传存储器停指令）

2）天计数162，天内毫秒计数49816500指令号0x1005（相机转动机构断电）

3）天计数162，天内毫秒计数49817000指令号0x1002（相机控制器断电）

表10清空指令队列及停止载荷工作的注数指令链

3.上注对四川地区地质灾害遥感探测的任务

对四川地区地质灾害遥感探测的任务的各参数如表11所示。

表11对灾区雷达成像任务数据

对表11的任务进行解释形成的指令链如下：

1）天计数162，天内毫秒技术49988000指令号0x2001（关补偿加热器）

2）天计数162，天内毫秒技术49988500指令号0x2003（二次电源A加电）

3）天计数162，天内毫秒技术49989000指令号0x2005（二次电源B加电）

4）天计数162，天内毫秒技术49990000指令号0x7117（工作模式0x9103）

5）天计数162，天内毫秒技术49990500指令号0x7118（波位参数0x858E、0x2000、0x1855、0x1857、0x2829、0x2A2B、0x477E、0x2000、0x1897、0x1898、0x4041、0x4243）

6）天计数162，天内毫秒技术49990500指令号0x8A19（数传屏蔽参数0x12B3）

7）天计数162，天内毫秒技术49991000指令号0x0411（数传存储器写指令）

8）天计数162，天内毫秒技术50111000指令号0x0412（数传存储器停指令）

9）天计数162，天内毫秒技术50111500指令号0x2006（二次电源B断电）

10）天计数162，天内毫秒技术50112000指令号0x2004（二次电源A断电）

由上例的两次简短注数实现了对已开始执行任务的注销，并上注了紧急执行的任务。

由于航天器的技术实现不同，任务项、任务表、指令队列的实现细节也会不同。但航天器任务的最后执行形式都是指令和数据输出。通过对任务级和指令级的二层解析分层次处理，实现上注数据的简化，常规任务注数任务解析的天上自动化处理，同时也可对突发任务的快速响应进行指令级的变更。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种二层解析式航天器任务管理系统，包括航天器和地面测控站，所述航天器包括星载计算机和载荷，所述星载计算机包括输入/输出模块和处理器模块，所述处理器模块通过所述输入/输出模块接收地面测控站的任务注数包并对任务注数包进行分析处理后输出至所述载荷控制载荷工作，其特征在于，所述处理器模块包括：

存储单元：用以存储任务表、任务索引表和指令队列，其中，所述任务表用以存放任务；所述任务索引表用以存放指向起始时间对应的任务表中的任务项的指针；所述指令队列为按指令执行时间从小到大排序的循环队列；

应用识别单元：分别与所述输入/输出模块和存储单元连接，用以对接收到的注数包进行识别处理，判断接收到的注数包的类型，若接收到的是任务注数包，则将任务项插入到任务表中并更新任务索引表；若接收到的为指令链，则将指令链包含的指令插入到指令队列中；

索引查询单元：与所述存储单元连接，用以在每个控制周期内对任务索引表进行查询，当有任务项的起始时间落在启动窗口内则开始解析该任务项，把该任务项解释成带时间信息的指令链，并把该些指令插入到指令队列中；以及，

指令查询单元：分别与所述输入/输出模块和存储单元连接，在每个控制周期内对指令队列进行查询，当有指令的执行时间小于等于当期航天器系统时间时执行该指令，并输出指令脉冲至对应载荷或通过输入/输出模块经总线发送数据至对应载荷。

2.根据权利要求1所述的二层解析式航天器任务管理系统，其特征在于，所述注数包包括若干任务项，所述任务项包括任务号、任务起始时间、任务类型和任务相关参数。

3.根据权利要求2所述的二层解析式航天器任务管理系统，其特征在于，所述任务表为每项为一个任务的一维数组，接收到的任务根据所述任务号插入到任务表中，任务号与任务在任务表中的存储位置一一对应。

4.根据权利要求1所述的二层解析式航天器任务管理系统，其特征在于，所述任务索引表中的指针按未执行任务项的起始时间从小到大进行排序。

5.根据权利要求1所述的二层解析式航天器任务管理系统，其特征在于，所述指令队列包括队列读指针和队列写指针，所述队列读指针指向该循环队列中第一个未执行的指令，所述队列写指针指向该循环队列中最后一个未执行的指令。

6.根据权利要求1所述的二层解析式航天器任务管理系统，其特征在于，所述指令的输出包括指令脉冲和总线数据两种类型。

7.一种二层解析式航天器任务管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：航天器接收地面上注的遥控注数包，对接收到的注数包进行识别处理，判断接收到的注数包的类型，若接收到的是任务注数包，执行步骤二；若接收到的为指令链，则执行步骤三；

步骤二：根据任务号把任务项插入到任务表，同时更新任务索引表；

步骤三：把指令插入到指令队列；

步骤四：航天器在每个控制周期内对任务索引表和指令队列进行查询，如果有任务起始时间落在当期任务启动窗口内则执行步骤五；如果有指令执行时间小于当前系统时间则执行步骤六；

步骤五：根据任务项中的任务类型及任务相关参数的不同生成不同指令链，把这些指令插入到指令队列中；

步骤六：执行指令并根据指令的输出类型输出执行指令至相关载荷。

8.根据权利要求7所述的二层解析式航天器任务管理方法，其特征在于，步骤六中，若输出类型为脉冲信号输出则执行指令脉冲输出至相关载荷；若输出类型为总线数据，则通过总线将数据发送至相关载荷。

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