CN106742086B - 敏捷成像卫星自主运控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的敏捷成像卫星自主运控系统，成像卫星配备有星载重规划分系统和实时任务的接收器，实时任务的接收器用于成像卫星与用户、成像卫星与地面支持系统进行实时短报文信息交互，重规划分系统包含任务预处理模块、任务重规划模块和指令生成模块,任务预处理模块将目标分解为若干个元任务，并将每个元任务的目标指示信息转化为目标引导信息；任务重规划模块接收预处理结果，并生成新的任务规划方案；指令生成模块将生成的任务规划方案生成卫星指令，传给星务分系统执行。本发明的自主运控系统，能够根据已制订的卫星任务规划方案与实时收到的任务需求，对任务规划方案进行自主局部调整，实现对实时任务的及时响应，提高实际观测效率。

Description

敏捷成像卫星自主运控系统

技术领域

本发明涉及一种敏捷成像卫星自主运控系统。

背景技术

一颗成像卫星若想要高效地实现对地观测任务，需要运控中心、测控中心、地面站和在轨卫星的共同完成。通常习惯于将运控中心、测控中心和地面站统称为地面支持系统，一颗成像卫星本身构成一个星上系统，一般包括星务分系统、天线分系统、姿轨控分系统、成像载荷分系统、数据存储分系统、电源分系统和温控分系统等。

当前观测任务规划通常在地面进行，规划周期一天到数天不等，规划方案制定完成后，生成相应的控制指令，在星地时间窗口内上注卫星，卫星严格按照方案实施对地观测。

用户根据工作需要，将卫星成像请求发送至卫星运控中心，通常包含成像区域的边界坐标、期望成像的时间段、任务的优先程度、成像模式的选择等具体的需求。运控中心负责整理来自不同用户的需求，将需求分配给不同的卫星，然后任务规划系统中的预处理模块将结合卫星轨道与卫星姿态转角能力等把复杂的用户需求分解为若干元任务，并产生任务规划方案，最后将该计划方案生成卫星可执行的指令，确认无误后，将指令传给测控中心，通知测控中心在某个特定的时间将指令上注给卫星，将接收站的接收计划（即卫星回传任务信息和卫星状态信息的时刻与姿态）发送给地面站，通知地面站在数据回传之前提前调整天线角度准备接收。

在一个任务规划周期内，卫星的地面支持系统一次性上注这一个周期内的所有指令。天线分系统接到指令后立刻将其发送给星务分系统并保存下来，星务分系统则结合卫星授时和状态等信息，在指令的调用时刻调用指令块控制其他分系统的动作，包括控制姿轨控分系统执行姿态机动、成像载荷分系统执行成像及其相关动作、数据存储分系统记录成像数据、电源与温控分系统执行相应的辅助动作等。对应动作执行结束后，各分系统反馈执行结果给星务分系统保存，形成辅助数据，并存储在数据存储分系统统一安排回传。星务分系统不断检查指令调用的时间并执行相应的操作，直到该指令所对应的任务规划周期结束。

传统成像卫星能够满足人们以太空的视角获取有用信息的需求，但运行管控效率仍然较低。随着成像卫星硬件水平的提高，卫星可实现的功能也日益增多。如卫星大角度的姿态机动能力、对自身资源的感知能力、对实时任务需求的感知能力的不断增强，让卫星有机会从简单的指令执行器转变为可独立完成复杂任务的智能体。这些能力的增强，对卫星的应用目标有了更高的要求，显然，仅靠传统的卫星地面管控模式几乎无法满足时效性和可靠性要求高的卫星观测任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种敏捷成像卫星自主运控系统，能够根据已制订的卫星任务规划方案与实时收到的任务需求，对任务规划方案进行自主局部调整，以减少卫星的无效工作，实现对实时任务的及时响应，提高实际观测效率。

本发明采用的技术方案如下：敏捷成像卫星自主运控系统，包括地面支持系统和成像卫星，地面支持系统包括运控中心、测控中心、地面站，成像卫星配备星务分系统、天线分系统和星上其他分系统，成像卫星还配备有星载重规划分系统和实时任务的接收器，实时任务的接收器属于天线分系统，用于成像卫星与用户、成像卫星与地面支持系统进行实时短报文信息交互，星载重规划分系统，主要实现系统中所有观测任务的在线任务规划功能，至少包含任务预处理模块、任务重规划模块和指令生成模块, 任务预处理模块用于将目标分解为若干个元任务，然后根据卫星状态和轨道信息将每个元任务的目标指示信息（任务目标的地理位置信息）转化为目标引导信息（目标的可见时间窗等信息）；任务重规划模块接收预处理结果，结合既定任务信息分析计算成本，自主选择合适的求解方法进行求解，并生成任务规划方案；指令生成模块将生成的任务规划方案结合卫星指令模板生成卫星指令，传给星务分系统执行。

进一步地，所述实时任务的接收器为北斗终端。

进一步地，成像卫星配备有航天级星载微计算机，包含RAM和计算处理单元。

本发明的敏捷成像卫星自主运控系统，能够充分利用星上获取的实时信息进行快速任务处理与规划，卫星按照既定的任务规划方案执行，并可实时获取未知的任务信息，当卫星接收到实时任务信息后，能够对规划方案进行自主调整，在保证任务规划方案相对稳定的前提下获得尽可能高的总效益。

附图说明

图1是本发明的自主运控系统协作图。

具体实施方式

本发明的自主运控系统与传统运控系统的主要区别是在成像卫星上配备星载重规划分系统和北斗终端。重规划分系统主要实现系统中所有观测任务的在线任务规划功能，既能对当前任务规划周期内的任务根据约束条件和资源状况进行一次性规划，也能结合原有的任务规划方案对新到达的应急任务进行任务的重规划，满足应急调度的实时性要求；北斗终端属于天线分系统，用于卫星与用户、卫星与地面支持系统进行实时短报文信息交互，即用户可通过不同终端，利用北斗短报文对卫星发送任务需求信息、卫星可通过北斗终端向运控中心发送任务重规划方案。

要实现敏捷型成像卫星的任务重规划功能，卫星需要配备星载微计算机，包含RAM和计算处理单元。由于星上复杂的工作环境，普通微计算机易受宇宙射线或温度等因素的影响，导致计算不稳定甚至部件损坏，所以星载微计算机应采用航天级产品。

重规划分系统在至少包含三大模块：任务预处理模块、任务重规划模块和指令生成模块。

任务预处理模块的功能是将目标分解为若干个元任务，然后根据卫星状态和轨道信息将每个元任务的目标指示信息转化为目标引导信息。所谓目标指示信息就是指任务目标的地理位置信息，通常用目标的经纬度和海拔信息来表示；目标引导信息就是指目标的可见时间窗等信息，与某一颗固定的卫星有关，表示该卫星在何时能够对该目标成像。对于一般用户，他们并不了解也不关心卫星的轨道参数等信息，提出需求时只能给出目标指示信息，必须由卫星重规划分系统中的任务预处理模块整理为目标引导信息，才能直接被重规划算法直接使用，普通商业用户和其他卫星传来的任务需求等通常是目标指示信息。对于一部分特殊用户，其提交需求的终端就可能具备任务预处理的功能，如运控中心的职员、特殊移动终端的使用者等可以直接向卫星发送目标引导信息，充分利用地面终端计算能力强的特点，大幅减少星上运算压力，也缩短了从用户提出需求到收到数据的整个闭环的时间。

任务预处理模块结束后，预处理结果（即目标引导信息）传递到任务重规划模块，任务重规划模块则结合既定任务信息来分析计算成本，自主选择合适的求解方法进行求解，并生成任务规划方案。重规划分系统一方面将重规划方案通过天线分系统传回地面，另一方面将方案传给指令生成模块，指令生成模块将方案结合卫星指令模板生成卫星指令，传给星务分系统执行。

本发明并不局限于上述的具体实施方式，本发明实施例的某些细节不应构成对本发明的限定，本领域中的普通技术人员在不脱离本发明设计构思和权利要求所保护的范围情况下，对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。

Claims (2)

1.敏捷成像卫星自主运控系统，包括地面支持系统和成像卫星，所述地面支持系统包括运控中心、测控中心、地面站，成像卫星配备星务分系统、天线分系统和星上其他分系统，其特征在于：成像卫星还配备有星载重规划分系统和实时任务的接收器，实时任务的接收器属于天线分系统，用于成像卫星与用户、成像卫星与地面支持系统进行实时短报文信息交互，星载重规划分系统主要实现系统中所有观测任务的在线任务规划功能，至少包含任务预处理模块、任务重规划模块和指令生成模块, 任务预处理模块用于将目标分解为若干个元任务，然后根据卫星状态和轨道信息将每个元任务的目标指示信息转化为目标引导信息；任务重规划模块接收预处理结果，结合既定任务信息分析计算成本，自主选择合适的求解方法进行求解，并生成任务规划方案；指令生成模块将生成的任务规划方案结合卫星指令模板生成卫星指令，传给星务分系统执行；成像卫星配备有航天级星载微计算机，包含RAM和计算处理单元。

2.如权利要求1所述的敏捷成像卫星自主运控系统，其特征在于：所述实时任务的接收器为北斗终端。