CN108594838A - 数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，包括以下步骤：(1)确定卫星所采用的轨道姿态确定算法、轨道姿态控制算法和控制指令分配逻辑；(2)确定卫星的飞行模式、飞行方式和监测事件，确定每个监测事件包含的监测参数和切换条件；(3)将每个飞行方式中的监测事件与切换判断封装为一个函数；(4)将控制系统模式切换过程封装为一个函数。通过本发明对卫星控制系统飞行模式中的监测事件和切换逻辑进行规范化定义，进而降低数字卫星控制系统模式切换源代码的开发难度；对卫星飞行模式切换过程进行规范化的书写，提高了数字卫星控制系统模式切换源代码的开发效率。

Description

数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法

技术领域

本发明涉及一种源代码的人工智能书写方法，具体而言，涉及一种数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法。

背景技术

卫星在开始正常工作前，需要经过一系列飞行模式；卫星的控制系统根据敏感器、执行机构反馈的信息和地面指令进行飞行模式的切换操作。受限于设计制造的周期和成本，对于卫星的每个飞行模式及飞行模式的切换逻辑，都发射真实卫星进行飞行验证是不现实的；因此，通常采用数字仿真技术对卫星的飞行模式以及飞行模式的切换进行高精度模拟验证。

现有技术中，针对每个卫星都需组织大量人员进行长时间的编程调试，以完成控制系统模式切换源代码的开发工作。为了提高控制系统模式切换源代码的书写效率，避免大量重复劳动，通常选择直接对已有的数字卫星控制系统模式切换源代码进行改造。然而，卫星的种类和型号不同、开发人员不同，便使得数字卫星控制系统模式切换源代码书写风格各不相同。对数字卫星控制系统模式切换源代码的改造需要建立在充分了解已有数字卫星控制系统模式切换源代码的组成、结构和书写风格的基础上，开发人员的更替又需要重复进行了解和学习，进而使得开发成本较高。

因此，亟待提供一种数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，减少数字卫星控制系统模式切换源代码书写的重复性劳动，并提高数字卫星控制系统模式切换源代码的通用性。

发明内容

基于现有技术的不足之处，本发明提供一种数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，以降低数字卫星控制系统模式切换源代码的开发工作量，缩短开发周期，提高数字卫星控制系统模式切换源代码的通用性。

本发明为了实现上述目的所采取的技术方案是：

数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，包括以下步骤：

(1)根据卫星安装的敏感器和执行机构的类型、型号，确定卫星所采用的轨道姿态确定算法、轨道姿态控制算法和控制指令分配逻辑；

(2)根据卫星安装的敏感器和执行机构的类型、型号以及卫星实际任务需要，确定卫星的飞行模式、飞行方式和监测事件，确定每个监测事件包含的监测参数和切换条件；

(3)将每个飞行方式中的监测事件与切换判断封装为一个函数，包括监测事件的书写，逻辑表达式的书写以及飞行模式、飞行方式切换语句的书写；

(4)将控制系统模式切换过程封装为一个函数，函数主体采用多分支选择语句，每个分支选择中按照剔野、姿态确定、姿态控制、滤波、控制指令分配的顺序书写。

如上所述的数字卫星是按真实卫星的功能、组成、结构、模式、程序、操作所集成的运行在软件模拟的空间环境中的动态模拟仿真系统。

通过上述方法将数字卫星控制系统模式切换源代码的书写过程规范化，可缩短数字卫星控制系统模式切换源代码的开发周期，提高开发效率，降低开发成本。

进一步地，所述步骤(1)具体包括：

1)根据敏感器的类型和型号选择采用的轨道姿态确定算法，书写函数声明；

2)根据执行机构的类型和型号选择采用的轨道姿态控制算法和指令分配逻辑，书写函数声明。

进一步地，所述步骤(2)中的飞行模式包括：速率阻尼模式、太阳捕获模式、对日定向模式、地球捕获模式、对地定向模式、正常工作模式、应急模式、位置保持模式、姿态机动模式、轨道机动模式等。

进一步地，各飞行模式分别包括若干个飞行方式，其中，所述太阳捕获模式包括绕Y轴太阳搜索和绕X轴太阳搜索；所述对日定向模式包括对日定向和对日巡航；所述地球捕获模式包括建立斜轴和地球搜索；所述地球指向模式包括2轴对地定向和3轴对地定向；所述正常工作模式包括正常轮控和正常推力器控制；所述应急模式包括应急地球捕获和应急太阳捕获；所述位置保持模式包括东西位置保持和南北位置保持；所述速率阻尼模式包括管路排气和角速度阻尼；所述姿态机动模式包括机动和机动结束保持；所述轨道机动模式包括机动准备、机动和机动结束保持；各种飞行方式通过改变飞行参数取值派生得到新的飞行方式，各种飞行方式重新组合形成新的飞行模式。

进一步地，所述步骤(2)中采用宏定义的方式定义飞行模式字，采用宏定义的方式定义飞行方式字。

进一步地，所述步骤(2)中的监测事件包括时间是否超时、姿态角控制精度、姿态角速度控制精度、太阳可见性、地球可见性、太阳矢量角控制精度、地球矢量角控制精度等。

进一步地，所述步骤(3)具体包括：

1)将监测事件结果分为满足和不满足两种；除时间是否超时监测事件外，对于每个监测事件的监测结果设置一个计数标识，并初始化为0，监测事件满足则计数标识自加1，否则赋值为0；设定一个阈值，当计数标识大于或等于所述阈值时，监测结果被触发为真；

2)根据切换逻辑书写切换条件的逻辑表达式，在条件判断语句中将待切换的飞行方式字赋值给卫星的当前飞行方式字，接着书写模式切换函数调用语句；

3)函数返回值为当前飞行方式字；

4)重复步骤1)-3)直到完成所有监测事件与切换函数的书写。

进一步地，所述步骤(4)具体包括：

1)将控制系统模式切换函数划分为飞行模式切换控制函数和飞行参数赋值函数，均采用多分支选择语句作为函数主体结构；

2)书写多分支选择语句，将当前飞行方式字作为分支选择判断条件；

3)将卫星所有方式字作为分支选择；

4)对于每个飞行方式，在飞行模式切换控制函数的分支选择中书写算法调用语句，在飞行参数赋值函数中书写飞行方式参数、监测事件的监测参数、算法参数的赋值语句；

5)书写飞行模式显示与打印函数调用语句；

6)函数返回值为当前飞行方式字。

尽管不同卫星的任务不同、轨道高度不同，但从星箭分离到正常工作的飞行模式和飞行方式类似，所采用的敏感器和执行机构类型型号选择有限，相应的轨道姿态确定算法、轨道姿态控制算法和监测事件也具备通用性。

因此，本专利所提出的数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，充分考虑了飞行模式、飞行方式的通用性和切换条件逻辑判断的有限性，对卫星控制系统飞行模式中的监测事件和切换逻辑进行规范化定义，进而降低数字卫星控制系统模式切换源代码的开发难度；在已知卫星安装敏感器、执行机构、轨道姿态确定算法、轨道姿态控制算法和真实任务需求的前提下，对卫星飞行模式切换过程进行规范化的书写，书写过程通过固定的方式交给计算机执行完成，提高了数字卫星控制系统模式切换源代码的开发效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步详述：

实施例1

采用C语言或C++语言对数字卫星控制系统模式切换源代码进行书写，具体方法如下：

(1)根据卫星安装的敏感器和执行机构的类型、型号，确定卫星所采用的轨道姿态确定算法、轨道姿态控制算法和控制指令分配逻辑：

1)根据敏感器的类型和型号选择采用的轨道姿态确定算法，书写函数声明；

为明确直观地表述信息，函数名包括卫星名称和编号、控制器名称和编号、敏感器英文单词简写或缩写、轨道姿态确定算法英文单词简写或缩写、姿态确定状态量或自由度缩写，各信息间采用下划线连接。

其中，敏感器可包括陀螺、太阳敏感器、地球敏感器、星敏感器、磁强计、加速度计、全球卫星定位系统等部件。

陀螺姿态确定算法包括陀螺测角速度、陀螺积分测角度；太阳敏感器姿态确定算法包括测太阳矢量角、测滚转俯仰角、测偏航角；地球敏感器姿态确定算法包括测地球矢量角、测俯仰滚转角，星敏感器姿态确定算法包括测欧拉角；加速度姿态确定算法包括测线加速度；全球卫星定位系统用于进行轨道确定。

2)根据执行机构的类型和型号选择采用的轨道姿态控制算法和指令分配逻辑，书写函数声明；

轨道姿态控制算法给出姿态控制指令，指令分配逻辑将姿态控制指令转换为执行机构能够执行的指令，并且将上述指令分配给应该执行指令的执行机构。

例如，轨道姿态控制算法给出三轴姿态控制指令为三轴力矩(0，5，0)牛顿，指令分配逻辑将上述指令转换为推力器点火时长500ms，然后根据推力器安装，选出负责+y方向控制的推力器4A和5A进行点火500ms的逻辑，则最终结果为：开脉宽数组：[0,0,0,500,500,0,0,0]，开关状态：00011000；使八个推力器中的第四个和第五个推力器为开，并且开500ms。

为明确直观地表述信息，函数名包括卫星名称和编号、控制器名称和编号、执行机构英文单词简写或缩写、轨道姿态控制算法英文单词简写或缩写、姿态控制自由度缩写，各信息间采用下划线连接。

其中，执行机构可包括发动机、推力器、飞轮、磁力矩器、控制力矩陀螺、精密轮等部件。

推力器轨道姿态控制算法包括继电型控制、相平面控制、脉宽调制控制，飞轮姿态控制算法包括比例微分积分控制；磁力矩器的姿态控制算法包括去饱和控制和三轴粗定向控制；控制力矩陀螺的姿态控制算法包括比例微分积分控制；精密轮的姿态控制算法包括步进控制。

上述对卫星所采用的轨道姿态确定算法和轨道姿态控制算法进行规范化定义，提高数字卫星控制系统模式切换源代码的通用性，降低数字卫星控制系统模式切换源代码的开发工作量和开发难度。

(2)根据卫星安装的敏感器和执行机构的类型、型号以及卫星实际任务需要，确定卫星的飞行模式、飞行方式和监测事件，确定每个监测事件包含的监测参数和切换条件：

1)在专用头文件中，采用宏定义的方式定义飞行模式字；

飞行模式包括速率阻尼模式、太阳捕获模式、对日定向模式、地球捕获模式、对地定向模式、正常工作模式、应急模式、位置保持模式、姿态机动模式、轨道机动模式等。

飞行模式字宏定义的命名采用飞行模式的英文单词；从1开始，按照正整数递增的规则逐一对飞行模式字宏定义赋值。

2)在专用头文件中，采用宏定义的方式定义飞行方式字；

各飞行模式分别包括若干个飞行方式，其中，太阳捕获模式包括绕Y轴太阳搜索和绕X轴太阳搜索；对日定向模式包括对日定向和对日巡航；地球捕获模式包括建立斜轴和地球搜索；地球指向模式包括2轴对地定向和3轴对地定向；正常工作模式包括正常轮控和正常推力器控制；应急模式包括应急地球捕获和应急太阳捕获；位置保持模式包括东西位置保持和南北位置保持；速率阻尼模式包括管路排气和角速度阻尼；姿态机动模式包括机动和机动结束保持；轨道机动模式包括机动准备、机动和机动结束保持；各种飞行方式通过改变飞行参数取值派生得到新的飞行方式，各种飞行方式重新组合形成新的飞行模式。

每一个飞行模式所包含的飞行方式，其方式字宏定义的命名为模式字、连接符和方式字的组合；从1开始，按照正整数递增的规则逐一对模式字和飞行方式字宏定义赋值。

3)根据敏感器或执行机构的种类、类型确定监测事件和监测参数；

监测事件包括时间是否超时、姿态角控制精度、姿态角速度控制精度、太阳可见性、地球可见性、太阳矢量角控制精度、地球矢量角控制精度等。

其中，

①时间是否超时监测事件包括时间超时、时间未超时2种监测结果；

监测参数包括当前时间和超时时间；

时间是否超时监测事件不对应敏感器或执行机构。

②姿态角/角速度控制精度监测事件包括姿态角/角速度控制满足精度要求、姿态角/姿态角速度控制精度不满足要求2种监测结果；

监测参数包括当前姿态角/角速度、期望姿态角/角速度、姿态角/角速度精度阈值和姿态角/角速度满足精度计数标识；

姿态角/角速度控制精度监测事件对应执行机构，包括推力器、飞轮等。

③太阳/地球可见性监测事件包括太阳/地球可见、太阳/地球不可见2种监测结果；

监测参数包括太阳/地球可见性标识和太阳/地球可见计数标识；

太阳可见性监测事件对应太阳敏感器；地球可见性监测事件对应地球敏感器。

④太阳/地球矢量角控制精度监测事件包括太阳/地球矢量角控制精度满足要求、太阳/地球矢量角控制精度不满足要求2种监测结果；

监测参数包括太阳/地球矢量角精度阈值和太阳/地球矢量角满足精度计数标识；

太阳/地球矢量角控制精度对应执行机构，包括推力器、飞轮等。

上述对卫星控制系统飞行模式中的监测事件和切换逻辑进行规范化定义，提高数字卫星控制系统模式切换源代码的通用性，降低数字卫星控制系统模式切换源代码的开发工作量和开发难度。

(3)将每个飞行方式中的监测事件与切换判断封装为一个函数，包括监测事件的书写，逻辑表达式的书写以及飞行模式、飞行方式切换语句的书写：

1)采用条件判断语句书写监测事件，将监测事件结果分为满足和不满足两种；除时间是否超时监测事件外，对于每个监测事件的监测结果设置一个计数标识，并初始化为0，监测事件满足则计数标识自加1，否则赋值为0；设定一个阈值，当计数标识大于或等于所述阈值时，监测结果被触发为真。

具体地，监测事件加上逻辑运算符构成监测结果表达式，逻辑运算符包括或运算“||”、与运算“&&”、非运算“！”等。

如“角速度满足精度或时间达到270s”，上述两个监测事件由或运算连接，只要其中一个事件为真，那么该监测结果表达式即为真，此时计数标识自加1，反之所有事件为假则监测结果表达式为假，计数标识赋值为0。当计数标识大于等于某个阈值(比如4)时，表明监测结果表达式连续4次为真，即监测事件连续4次得到满足，那么整个监测结果才被认定为真，触发后续的模式/方式切换，如“进入太阳捕获模式”，由此可避免偶然的1次为真造成的误动作。

2)根据切换逻辑书写切换条件的逻辑表达式，在条件判断语句中将待切换的飞行方式字赋值给卫星的当前飞行方式字，接着书写模式切换函数调用语句；

其中，切换条件即为被触发为真的监测结果表达式，按照逻辑表达式的规范连接逻辑运算符直接书写；时间是否超时监测事件直接书写为当前时间是否大于等于超时时间。

3)函数返回值为当前飞行方式字；

4)重复步骤1)-3)直到完成所有监测事件与切换函数的书写。

(4)控制系统模式切换过程封装为一个函数，函数主体采用多分支选择语句，每个分支选择中按照剔野、姿态确定、姿态控制、滤波、控制指令分配的顺序书写：

1)将控制系统模式切换函数划分为飞行模式切换控制函数和飞行参数赋值函数，均采用多分支选择语句作为函数主体结构；飞行参数赋值函数的形参为飞行方式字；

2)书写多分支选择语句，将当前飞行方式字作为分支选择判断条件；

3)将卫星所有方式字作为分支选择；

4)对于每个飞行方式，在飞行模式切换控制函数的分支选择中书写算法调用语句，在飞行参数赋值函数中书写飞行方式参数、监测事件的监测参数、算法参数的赋值语句；

对于模式切换控制函数，在每个分支选择中，按照剔野算法、轨道姿态确定算法、飞行监测与切换判断、轨道姿态控制算法、滤波算法、控制指令分配算法的顺序逐一书写函数调用语句；其中，剔野针对所有敏感器测量信息，在交给轨道姿态确定算法之前，对可能存在的因干扰等因素导致的野值(不合乎规律，与其他测量数据相比差异显著的值)进行剔除；滤波是在姿态控制器中，串联一个与飞行器柔性部件(如帆板振动)柔性频率相近的滤波器，用于隔离该频率造成的抖动。

对于飞行参数赋值函数，在多分支选择语句书写前，书写飞行方式初始时间赋值语句，并针对所有飞行方式逐一书写计数标识赋值为0的语句；在每个分支选择中，书写敏感器和执行机构选择标识赋值语句、飞行监测参数赋值语句、控制算法参数赋值语句。

5)书写飞行模式显示与打印函数调用语句；

6)函数返回值为当前飞行方式字。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限制于本文所示的实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据卫星安装的敏感器和执行机构的类型、型号，确定卫星所采用的轨道姿态确定算法、轨道姿态控制算法和控制指令分配逻辑；

(2)根据卫星安装的敏感器和执行机构的类型、型号以及卫星实际任务需要，确定卫星的飞行模式、飞行方式和监测事件，确定每个监测事件包含的监测参数和切换条件；

(3)将每个飞行方式中的监测事件与切换判断封装为一个函数，包括监测事件的书写，逻辑表达式的书写以及飞行模式、飞行方式切换语句的书写；

(4)将控制系统模式切换过程封装为一个函数，函数主体采用多分支选择语句，每个分支选择中按照剔野、姿态确定、姿态控制、滤波、控制指令分配的顺序书写。

2.根据权利要求1所述的数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：

1)根据敏感器的类型和型号选择采用的轨道姿态确定算法，书写函数声明；

2)根据执行机构的类型和型号选择采用的轨道姿态控制算法和指令分配逻辑，书写函数声明。

3.根据权利要求1所述的数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤(2)中的飞行模式包括：速率阻尼模式、太阳捕获模式、对日定向模式、地球捕获模式、对地定向模式、正常工作模式、应急模式、位置保持模式、姿态机动模式和轨道机动模式。

4.根据权利要求3所述的数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，其特征在于，各飞行模式分别包括若干个飞行方式，其中，所述太阳捕获模式包括绕Y轴太阳搜索和绕X轴太阳搜索；所述对日定向模式包括对日定向和对日巡航；所述地球捕获模式包括建立斜轴和地球搜索；所述地球指向模式包括2轴对地定向和3轴对地定向；所述正常工作模式包括正常轮控和正常推力器控制；所述应急模式包括应急地球捕获和应急太阳捕获；所述位置保持模式包括东西位置保持和南北位置保持；所述速率阻尼模式包括管路排气和角速度阻尼；所述姿态机动模式包括机动和机动结束保持；所述轨道机动模式包括机动准备、机动和机动结束保持；各种飞行方式通过改变飞行参数取值派生得到新的飞行方式，各种飞行方式重新组合形成新的飞行模式。

5.根据权利要求1所述的数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用宏定义的方式定义飞行模式字，采用宏定义的方式定义飞行方式字。

6.根据权利要求1所述的数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤(2)中的监测事件包括时间是否超时、姿态角控制精度、姿态角速度控制精度、太阳可见性、地球可见性、太阳矢量角控制精度和地球矢量角控制精度。

7.根据权利要求5所述的数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：

1)将监测事件结果分为满足和不满足两种；除时间是否超时监测事件外，对于每个监测事件的监测结果设置一个计数标识，并初始化为0，监测事件满足则计数标识自加1，否则赋值为0；设定一个阈值，当计数标识大于或等于所述阈值时，监测结果被触发为真；

2)根据切换逻辑书写切换条件的逻辑表达式，在条件判断语句中将待切换的飞行方式字赋值给卫星的当前飞行方式字，接着书写模式切换函数调用语句；

3)函数返回值为当前飞行方式字；

4)重复步骤1)-3)直到完成所有监测事件与切换函数的书写。

8.根据权利要求1所述的数字卫星控制系统模式切换源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：

1)将控制系统模式切换函数划分为飞行模式切换控制函数和飞行参数赋值函数，均采用多分支选择语句作为函数主体结构；

2)书写多分支选择语句，将当前飞行方式字作为分支选择判断条件；

3)将卫星所有方式字作为分支选择；

4)对于每个飞行方式，在飞行模式切换控制函数的分支选择中书写算法调用语句，在飞行参数赋值函数中书写飞行方式参数、监测事件的监测参数、算法参数的赋值语句；

5)书写飞行模式显示与打印函数调用语句；

6)函数返回值为当前飞行方式字。