CN105049110A - 微小卫星星群分布式管理系统 - Google Patents

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侯建文
庄卓俊
沈朱泉
陈荷
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Abstract

本发明公开了一种微小卫星星群分布式管理系统，包括多个微小卫星近距离组网组成的星群分布式管理系统，以空间无线通信技术为基础，各分系统问通过WiFi无线通信，实现各个微小卫星独立的数据管理和星问数据共享管理。本发明通过多星组网实现了星群遥控、星群遥测、星群时钟同步、星群通信、星群程控等功能。本发明由于WIFI标准高效的网络自组织以及快速恢复功能，各个微小卫星采用工业级货架式集成电路，使得星群分布式管理系统具有实时性高、灵活性强、可靠性高、投资成本低、可重构等特点，对未来微小卫星群的管理系统的工程应用提供了参考价值。

Description

微小卫星星群分布式管理系统
技术领域
本发明涉及航天飞行器总体系统，特别是涉及一种微小卫星星群分布式管理系统。
背景技术
微小卫星是指重量在100千克以下的人造卫星。在科学技术迅速发展的基础上，微小卫星得到了迅速发展。微小卫星是太空科技中出现的有明确用途的新一代卫星，其特点是：新技术含量高、研制周期短、研制经费低，且可以进一步组网，以分布式的星座形成“虚拟大卫星”。与以往的大卫星相比，微小卫星具有很多优势。如微小卫星重量轻、体积小，再加上批量生产，生产成本低；可以用小型火箭发射，或作为大型火箭的辅助载荷发射，发射成本低；能从战斗机甚至气球上发射，或利用地(水)面火炮发射，可以满足快速反应的需求。
随着微小卫星技术的不断发展，微小卫星组网、多星协作式空间任务的需求将不断增加。现有的微小卫星组网、多星协作式空间任务，通常采用单星星务管理体质，存在卫星管理能力差、实时性低、可靠性低、投资成本高、不可重构等缺陷，无法满足微小卫星组网、多星协作式空间任务的需求。
目前航天领域没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为解决现有微小卫星组网、多星协作式空间任务的星务管理存在的突出问题，本发明提出了一种微小卫星星群分布式管理系统，该微小卫星星群分布式管理系统依托空间分布式系统技术，结合微小卫星发展趋势，具有实时性高、灵活性强、可靠性高、投资成本低、可重构等特点，对未来微小卫星群的管理系统的工程应用提供了参考价值。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
一种微小卫星星群分布式管理系统，包括多个微小卫星管理分系统，其中每一个微小卫星管理分系统均包括：地面遥控指令处理模块、卫星遥测数据处理模块、程控任务执行模块、星上时钟调整模块以及星内通信管理模块；其中：
所述地面遥控指令处理模块，用于接受和处理地面遥控指令；
所述卫星遥测数据处理模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，采集、处理、存储和下传卫星遥测数据；
所述星上时钟调整模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，实施星上时钟授时和校时；
所述程控任务执行模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，执行程控任务；
所述星内通信管理模块，用于完成星内通信管理。
优选地，所述程控任务包括如下任一种或任多种：
-卫星飞行程控；
-卫星自主温控；
-卫星有效载荷设备程控开关机。
优选地，所述多个微小卫星管理分系统包括如下任一种模式：
-独立模式，多个微小卫星管理分系统之间相互独立，根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，各自完成自身的卫星遥测数据的采集、处理、存储和下传、星上时钟的授时和校时、程控任务；
-组网模式，多个微小卫星管理分系统之间通过星内通信管理模块彼此通信连接，根据地面遥控指令，通过其中任一个微小卫星管理分系统协作其他微小卫星管理分系统完成卫星遥测数据的采集、处理、存储和下传、星上时钟的授时和校时、程控任务；
所述组网模式下，地面遥控指令通过以下任一种或任多种方式获得：
-微小卫星管理分系统通过其地面遥控指令处理模块接受和处理地面遥控指令；
-微小卫星管理分系统通过其星内通信管理模块共享和整合其他微小卫星管理分系统的地面遥控指令。
优选地，组网模式下，多个微小卫星管理分系统之间通过标准的无线通信。
优选地，所述标准的无线通信采用WiFi通信。
优选地，相邻两个微小卫星管理分系统之间的距离为200米以内。
本发明提供的微小卫星星群分布式管理系统，适合于微小卫星多星协同通讯技术、星群近距离(200米内)的组网通信，打破了传统单星星务管理体制，通过星群分布式数据管理，可实现各个微小卫星独立的数据处理、存储和控制或分系统间数据分发、处理、存储和控制。由于WiFi标准高效的网络自组织以及快速恢复功能，各个微小卫星采用工业级货架式集成电路，使得星群分布式管理系统具有实时性高、灵活性强、可靠性高、投资成本低、可重构等特点，对未来微小卫星群的管理系统的工程应用提供了参考价值。
本发明提供的微小卫星星群分布式管理系统，通过独立模式和组网模式：
实现了星群遥控功能：在独立模式下，各微小卫星管理分系统分别接收和处理地面遥控命令；在组网模式下，通过WiFi通信，实现微小卫星管理分系统之间的遥控命令分发。星群遥控增加了遥控命令冗余度，提高了卫星遥控可靠性。
实现了星群遥测功能：在独立模式下，各微小卫星管理分系统分别完成自身遥测采集、组帧、存储和下传等任务；在组网模式下，通过WiFi通信，微小卫星管理分系统可协作其它分系统完成遥测管理任务，实现多星遥测协同管理。星群遥测增强了卫星遥测管理的灵活性。
实现了星群时钟同步功能：在独立模式下，各微小卫星管理分系统采集自身时钟数据，完成星内授时和校时；在组网模式下，通过WiFi通信，实现多星时钟数据采集、综合、分析和解算，实现多星授时和校时。星群时钟同步提高了卫星时钟的准确度和稳定度。
实现了星群通信功能：在独立模式下，各微小卫星管理分系统主要通过总线实现星内模块间的数据交互；在组网模式下，通过WiFi通信，完成多星动态组网，实现多星信息流共享和整合。星群通信增强了卫星通信的实时性和灵活性。
实现了星群程控功能：在独立模式下，各微小卫星管理分系统完成自身程控任务；在组网模式下，通过WiFi通信，微小卫星管理分系统可生成程控指令分发其它分系统执行，实现多星程控协同管理。星群程控可用于实现更为复杂的程控任务。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的微小卫星星群分布式管理系统，打破了传统单星星务管理体制，通过星群分布式数据管理，可实现更复杂的卫星管理功能，具有实时性高、灵活性强、可靠性高、投资成本低、可重构等特点，对未来微小卫星群的管理系统的工程应用提供了参考价值。
2、本发明针对微小卫星的特点，以空间无线通信技术为基础，各微小卫星间通过WiFi无线组网，实现各个微小卫星独立的数据管理和分系统间数据共享管理，以多星协作式空间任务。
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为一种微小卫星星群分布式管理系统原理框图；
图2为一种微小卫星星群分布式管理系统星群遥控流程图；
图3为一种微小卫星星群分布式管理系统星群遥测流程图；
图4为一种微小卫星星群分布式管理系统星群时钟同步流程图；
图5为一种微小卫星星群分布式管理系统星群通信流程图；
图6为一种微小卫星星群分布式管理系统星群程控流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。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。
实施例
本实施例提供了一种微小卫星星群分布式管理系统，包括多个微小卫星管理分系统，其中每一个微小卫星管理分系统均包括：地面遥控指令处理模块、卫星遥测数据处理模块、程控任务执行模块、星上时钟调整模块以及星内通信管理模块；其中：
所述地面遥控指令处理模块，用于接受和处理地面遥控指令；
所述卫星遥测数据处理模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，采集、处理、存储和下传卫星遥测数据；
所述星上时钟调整模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，实施星上时钟授时和校时；
所述程控任务执行模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，执行程控任务；
所述星内通信管理模块，用于完成星内通信管理。
所述多个微小卫星管理分系统包括如下任一种模式：
-独立模式，多个微小卫星管理分系统之间相互独立，根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，各自完成自身的卫星遥测数据的采集、处理、存储和下传、星上时钟的授时和校时、程控任务；
-组网模式，多个微小卫星管理分系统之间通过星内通信管理模块彼此通信连接，根据地面遥控指令，通过其中任一个微小卫星管理分系统协作其他微小卫星管理分系统完成卫星遥测数据的采集、处理、存储和下传、星上时钟的授时和校时、程控任务；
所述组网模式下，地面遥控指令通过以下任一种或任多种方式获得：
-微小卫星管理分系统通过其地面遥控指令处理模块接受和处理地面遥控指令；
-微小卫星管理分系统通过其星内通信管理模块共享和整合其他微小卫星管理分系统的地面遥控指令。
下面结合附图对本实施例进一步描述。
本实施例的核心思想在于，提出了一种微小卫星星群分布式管理系统，如图1所示，它是一种包括多个微小卫星管理分系统(以下以五个微小卫星管理分系统为例)的分布式系统，具体包括如下两种模式：
独立模式：五个微小卫星管理分系统独立完成每颗卫星的星务管理任务，包括接收和处理地面遥控命令，采集、处理、存储和下传卫星遥测数据，执行程控任务，实施星上时钟授时和校时，完成星内通信管理等。
组网模式：当多星组网协同通信时，微小卫星之间根据任务需要通过标准的无线宽带(WiFi)通信，实现五个微小卫星管理分系统的数据共享管理和信息整合，完成以星群为单位的星务管理任务。
所述的一种微小卫星星群分布式管理系统主要包括以下功能：
(1)星群遥控
所述的一种微小卫星星群分布式管理系统的星群遥控流程如图2。
在独立模式下，微小卫星管理分系统从地面接收遥控指令，完成遥控指令的处理。
在组网模式下，微小卫星管理分系统通过地面和星间两种途径接收遥控指令。对于收到的遥控指令，判断其所属卫星：若属于本颗卫星，则由分系统处理和执行；若属于其它卫星，查询WiFi通信状态字(本星与其它卫星WiFi星间链路通断状态)，将遥控指令转发状态字相应位有效的微小卫星管理分系统处理。
(2)星群遥测
所述的一种微小卫星星群分布式管理系统的星群遥测流程如图3。
在独立模式下，微小卫星管理分系统完成自身遥测采集、组帧、存储和下传。
在组网模式下，根据地面要求，微小卫星管理分系统不仅采集自身遥测数据，也可以采集其他分系统的遥测数据：通过查询WiFi通信状态字，将遥测请求命令转发相应分系统，相应分系统响应请求并返回遥测数据。根据星群遥测格式，微小卫星管理分系统对上述两类遥测数据组帧，通过卫星标识进行区分。根据星群遥测格式周期表和记录比率，将两类遥测帧记录于固存；根据星群遥测回放模式和回放比率，将两类遥测帧下传地面。
(3)星群时钟同步
所述的一种微小卫星星群分布式管理系统的星群时钟同步流程如图4。
在独立模式下，微小卫星管理分系统采集自身时钟数据，完成星内授时和校时。
在组网模式下，微小卫星管理分系统定期采集其他分系统时钟数据，利用星间距离测量计算数据传输延迟，对多星时钟数据进行综合、分析和解算，实现多星授时和校时。
(4)星群通信
所述的一种微小卫星星群分布式管理系统的星群时钟同步流程如图5。
在独立模式下，微小卫星管理分系统主要通过总线实现星内模块间的数据交互。
在组网模式下，微小卫星管理分系统不仅完成星内总线数据管理，还可实现多星WiFi动态组网，通过WiFi通信传输控制命令、遥测数据等。
(5)星群程控
所述的一种微小卫星星群分布式管理系统的星群程控流程如图6。
在独立模式下，微小卫星管理分系统完成自身程控任务，包括飞行程控、自主温控，测控、数传、有效载荷等设备程控开关机，卫星应急处置等。
在组网模式下，微小卫星管理分系统不仅完成自身程控任务，还可根据星群程控计划，生成程控指令分发其它分系统执行，实现多星程控协同管理，完成复杂的多星组网协同任务。
在本实施例中：通过独立模式和组网模式：
实现了星间近距离(200米内)数据交互，包括传输卫星控制命令、遥测数据等。
实现了星群遥控功能。在独立模式下，各微小卫星管理分系统分别接收和处理地面遥控命令；在组网模式下，通过WiFi通信，实现微小卫星管理分系统之间的遥控命令分发。星群遥控增加了遥控命令冗余度，提高了卫星遥控可靠性。
实现了星群遥测功能。在独立模式下，各微小卫星管理分系统分别完成自身遥测采集、组帧、存储和下传等任务；在组网模式下，通过WiFi通信，微小卫星管理分系统可协作其它分系统完成遥测管理任务，实现多星遥测协同管理。星群遥测增强了卫星遥测管理的灵活性。
实现了星群时钟同步功能。在独立模式下，各微小卫星管理分系统采集自身时钟数据，完成星内授时和校时；在组网模式下，通过WiFi通信，实现多星时钟数据采集、综合、分析和解算，实现多星授时和校时。星群时钟同步提高了卫星时钟的准确度和稳定度。
实现了星群通信功能。在独立模式下，各微小卫星管理分系统主要通过总线实现星内模块间的数据交互；在组网模式下，通过WiFi通信，完成多星动态组网，实现多星信息流共享和整合。星群通信增强了卫星通信的实时性和灵活性。
实现了星群程控功能。在独立模式下，各微小卫星管理分系统完成自身程控任务；在组网模式下，通过WiFi通信，微小卫星管理分系统可生成程控指令分发其它分系统执行，实现多星程控协同管理。星群程控可用于实现更为复杂的程控任务。
本实施例提供的一种微小卫星星群分布式管理系统，是包括多个微小卫星近距离组网组成的星群分布式管理系统，以空间无线通信技术为基础，各分系统间通过WiFi无线通信，实现各个微小卫星独立的数据管理和星间数据共享管理。本发明通过多星组网实现了星群遥控、星群遥测、星群时钟同步、星群通信、星群程控等功能。本发明由于WIFI标准高效的网络自组织以及快速恢复功能，各个微小卫星采用工业级货架式集成电路，使得星群分布式管理系统具有实时性高、灵活性强、可靠性高、投资成本低、可重构等特点，对未来微小卫星群的管理系统的工程应用提供了参考价值。
本实施例提供的微小卫星星群分布式管理系统，打破了传统单星星务管理体制，通过星群分布式数据管理，可实现更复杂的卫星管理功能，具有实时性高、灵活性强、可靠性高、投资成本低、可重构等特点，对未来微小卫星群的管理系统的工程应用提供了参考价值。
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 (6)

1.一种微小卫星星群分布式管理系统，其特征在于，包括多个微小卫星管理分系统，其中每一个微小卫星管理分系统均包括：地面遥控指令处理模块、卫星遥测数据处理模块、程控任务执行模块、星上时钟调整模块以及星内通信管理模块；其中：
所述地面遥控指令处理模块，用于接受和处理地面遥控指令；
所述卫星遥测数据处理模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，采集、处理、存储和下传卫星遥测数据；
所述星上时钟调整模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，实施星上时钟授时和校时；
所述程控任务执行模块，用于根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，执行程控任务；
所述星内通信管理模块，用于完成星内通信管理。
2.根据权利要求1所述的微小卫星星群分布式管理系统，其特征在于，所述多个微小卫星管理分系统包括如下任一种模式：
-独立模式，多个微小卫星管理分系统之间相互独立，根据地面遥控指令处理模块接受和处理后的地面遥控指令，各自完成自身的卫星遥测数据的采集、处理、存储和下传、星上时钟的授时和校时、程控任务；
-组网模式，多个微小卫星管理分系统之间通过星内通信管理模块彼此通信连接，根据地面遥控指令，通过其中任一个微小卫星管理分系统协作其他微小卫星管理分系统完成卫星遥测数据的采集、处理、存储和下传、星上时钟的授时和校时、程控任务；
所述组网模式下，地面遥控指令通过以下任一种或任多种方式获得：
-微小卫星管理分系统通过其地面遥控指令处理模块接受和处理地面遥控指令；
-微小卫星管理分系统通过其星内通信管理模块共享和整合其他微小卫星管理分系统的地面遥控指令。
3.根据权利要求2所述的微小卫星星群分布式管理系统，其特征在于，组网模式下，多个微小卫星管理分系统之间通过标准的无线通信。
4.根据权利要求3所述的微小卫星星群分布式管理系统，其特征在于，所述标准的无线通信采用WiFi通信。
5.根据权利要求3或4所述的微小卫星星群分布式管理系统，其特征在于，相邻两个微小卫星管理分系统之间的距离为200米以内。
6.根据权利要求1或2所述的微小卫星星群分布式管理系统，其特征在于，所述程控任务包括如下任一种或任多种：
-卫星飞行程控；
-卫星自主温控；
-卫星有效载荷设备程控开关机。
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