CN108631855A - 面向智能终端的卫星地面控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向智能终端的卫星地面控制系统，属于涉及卫星地面控制的通信技术领域。该系统包括：地面控制站、服务器、智能终端。将地面测控站测控资源抽象化为网络资源后存储在服务器中，服务器管理卫星与地面之间的信息交互，在卫星过境切换地面测控站接入通信链，在服务器故障时上注地面指令至卫星，地面人员在地面测控站故障时可指定访问无故障地面测控站，为地面工作人员提供接入多个地面站的机会，地面工作人员能够借助该系统随时随地通过智能终端对卫星进行控制并且可以有效延长与卫星的通信时间，增加通信可靠性。

Description

面向智能终端的卫星地面控制系统

技术领域

本发明公开了面向智能终端的卫星地面控制系统，属于涉及卫星地面控制的通信技术领域。

背景技术

随着我国航天技术的发展，我国在轨运行的卫星数量不断增长，地面测控站的负担也会加重，地面站的自动化、无人化势在必行。地面测控任务日渐繁杂，传统测控方法需要测控人员驻守地面站方可对卫星进行测控，这造成人力资源的浪费，因此亟需提出一种新的测控方法以允许技术人员能随时随地进行测控操作。在轨运行的卫星往往需要与地面进行大量的数据交换，传统测控方法受制于卫星的过境时长而无法进行大量的数据交换，因此亟需提出一种新的测控方法以延长卫星与地面的通信时间。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了面向智能终端的卫星地面控制系统，通过客户端服务器网络架构实现了通信链中地面站节点的更换，延长地面工作人员与卫星的通信时间，提高了通信可靠性，解决了传统测控方法受制于卫星的过境时长而无法进行大量的数据交换的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种面向智能终端的卫星地面控制系统，包括：地面测控站，服务器，智能终端，服务器配置在地面测控站，智能终端可以是日常所见到的智能手机、笔记本或平板电脑等，两者都需要接入互联网，智能终端需要安装客户端软件用于访问地面站服务器。

将地面测控站抽象化后的网络资源汇总于服务器，由服务器进行管理，为这些测控资源配置网络接口以使工作人员可以通过互联网访问并使用这些测控资源。

智能终端安装客户端软件后可以对抽象为网络资源的地面测控资源进行访问，选定所需的地面站并使用该地面站的测控资源实现与卫星的通信，包括对卫星遥感信息进行访问和指令信号的发送，智能终端包括但不限于智能手机、平板电脑或计算机等设备；

在地面工作人员与卫星的通信链中，因为地面站节点具有通用性，卫星与服务器通信中的地面站节点可以根据需要进行灵活切换。当客户端未指定特定的地面站进行通信时，服务器将自动为客户端选择合适的地面站并在卫星过境时自动切换地面站节点，从而尽可能延长工作人员与卫星的通信时长。

客户端对卫星的遥感遥控权限由服务器进行管理。服务器对卫星各子系统进行包括信息访问类权限和控制操作类权限的权限分类并对各客户端进行权限授予，对于信息访问类权限，只有当客户端具有卫星某一子系统的信息访问权时，该客户端方可访问卫星该子系统的遥感信息；对于控制操作类权限，只有当客户端具有卫星某一子系统的控制操作权时，该客户端方可对卫星该子系统进行指令信号的上注。

服务器所接收到的指令信号来自于各个客户端，指令经由地面测控站上传给卫星；服务器所分发的卫星遥感信息由地面站从卫星下行，然后服务器按照权限分发给授权的客户端。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)、降低技术人员遥感测控操作的成本。以往的测控方式需要技术人员亲身前往地面测控站进行操作或者自主配置遥测天线进行测控，无论何种方式，时间成本和经济成本都不容忽视。而本发明允许技术人员利用现有的智能终端与地面站服务器连接，可以随时随地进行测控操作。在智能设备普及的现代，技术人员甚至不需要为测控任务配置新的设备，也无需驻守地面站进行长期任务的监守，这在很大程度上节约了遥感测控操作的人力成本。

(2)、推进卫星地面站的自动化、无人化。本发明为技术人员提供了便捷的测控方式，使得技术人员无需亲身前往地面测控站即可实施测控操作。这使地面站的自动化、无人化成为可能。

(3)、增强地面测控站资源的利用率，使得测控系统的成本和性能得到两全。测控系统需要专业人员进行搭建，技术成本、硬件成本巨大，再加上设备选址、能源消耗等，测控系统的成本不容忽视。本发明可以通过日常接触的智能终端接入地面站，从而利用其高端专业的测控设备对卫星进行测控操作，实现地面测控站的共享，减免了测控系统搭建的开销。

(4)、提高地面工作人员与卫星的通信时间。传统的测控手段使得卫星与地面站的通信时间受限于卫星的过境时间。通过向地面站部署服务器，使地面站资源抽象化并提供统一的接口，由此实现通信链中地面站节点的更换，延长地面工作人员与卫星的通信时间。

(5)、提高地面工作人员与卫星的通信可靠性。传统测控方式使得测控有可能受到极端天气或者测控设备故障的影响，本设计为地面工作人员提供接入多个地面站的机会，从而减轻了单个地面站通信链路不良造成的负面影响。

(6)、推进卫星商用化、平民化。本发明因为降低了测控成本，使得访问卫星变得简单。这便于教育部门、科研部门访问卫星遥感信息资源，从而最大限度地发挥对卫星遥感数据价值的利用；也为企业涉足航天领域进行卫星周边产业开发、遥测数据挖掘、提高卫星遥测数据生产开创了条件。这对我国经济发展、科技发展、航天事业发展都能起到积极的推动作用。

(7)、推进航天全球化，推动航天技术发展。本发明通过把地面站虚拟化为网络资源，使得工作人员可以远程接入地面站。通过将遍布多国的地面站虚拟化，实现航天资源的共享，推动航天全球化和航天技术的共同发展。

附图说明

图1为系统结构框图。

图2为系统实际应用示意图。

图3为系统模块设计图。

图4为系统测控权限管理的设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

面向智能终端的卫星地面控制系统主要涉及地面测控站、服务器的搭建和客户端的开发。图1为系统的框架，详细叙述如下：

(1)、地面和卫星之间包括卫星遥测数据接收、指令信号上传的通信由地面站进行。地面站将卫星下行的遥感数据发送给服务器，由服务器进行包括分发给各客户端的后期处理。地面站可以决定上传给卫星的指令信号来自服务器或者由地面站技术人员输入，以避免服务器发生故障或者遭受攻击时带来的不确定性和危险性。

(2)、服务器负责地面站测控资源网络接口管理、卫星子系统权限分类、客户端权限授予以及卫星和客户端之间交互信息的管理。服务器对地面站抽象化后的网络资源的管理包括将地面站的测控资源分配给特定的客户端，以及为延长地面与卫星的通信时间所进行的地面站节点的切换。服务器对卫星子系统的权限分类包括对遥感信息访问权和控制操作访问权的分类。服务器对客户端权限的授予也对应地包括对遥感信息访问权和控制操作访问权的授予。服务器对卫星与客户端交互信息的管理包括卫星遥感信息的分发和客户端指令信号的上传。

(3)、智能终端安装客户端软件用于访问服务器。客户端提供人机交互界面，提供用户相应的地面站信息和卫星遥感信息，提供用户输入指令信号的方法。

在具体应用中，系统工作流程如图2所示，图2所示的地面站A和地面站B分别位于不同地理位置，其通信覆盖的空间范围也互不重叠，卫星轨道分别经过A、B两个地面站通信覆盖的空间范围，地面站节点切换的过程如下：

(1)、地面站抽象化后的资源存储于服务器中，由服务器分发给各客户端以供选择，亦可由服务器根据卫星的空间位置选择合适的地面站节点进行测控；

(2)、当卫星首先经过地面站A通信覆盖的空间范围时，服务器经由地面站A与卫星进行通信；

(3)、当卫星离开地面站A通信所覆盖空间范围，进入地面站B通信覆盖的空间范围时，服务器经由地面站B与卫星进行通信；

(4)、在此过程中，客户端通过访问服务器完成与卫星的通信，包括遥感信息的下行与指令信号的上行。

按照系统的信息流可以把系统分为几个主要的模块。图3为在系统的主要模块。从卫星到客户端，系统可以分为4个部分，卫星、地面测控站、服务器和客户端，各部分的详细叙述如下：

(1)、卫星是遥控遥测的对象，通过数据采集模块对星上的数据进行采集，采集到的数据作为遥感信息传输给地面站，指令执行模块用于执行地面站上行的指令信号，测控数据收发模块用于与地面站进行测控数据的传输；

(2)、地面站负责地面与卫星间的通信，同时，把遥测信息提供给服务器或上传服务器提供的指令信号，所包含的测控资源主要为遥感信息接收模块和指令信号上传模块；

(3)、服务器中的遥感信息分发模块用于将卫星遥感信息分发给各客户端，指令信号接收上传模块用于接收用户上传的指令信号并转发给地面测控站，地面站资源管理模块用于管理地面站抽象化的网络资源以及地面站节点的切换，权限管理模块用于限制或允许用户对卫星数据的访问和对卫星的控制；

(4)、客户端提供的人机交互界面用于提供显示卫星遥感信息的方法以及提供用户输入指令信号的方法，遥感信息接收模块用于接收服务器下行的地面站资源信息和卫星遥感信息，指令信号上传模块用于上传用户输入的指令信号。

图4为系统用户权限管理的一个设计，用户权限分为数据访问权和控制权，其详细叙述如下：

(1)、服务器对遥感信息进行分类，如热控系统数据、姿控系统数据和能源系统数据等，服务器对用户进行授权，用户只有在被授予对应的数据访问权后才可访问该数据；

(2)、服务器对卫星子系统的控制操作也进行分类，如热控系统控制操作、姿控系统控制操作和能源系统控制操作；

(3)、用户只有在被授予数据访问权才能访问其对应的卫星遥感数据，被授予控制权才能想对应的卫星子系统进行控制。

Claims (6)

1.面向智能终端的卫星地面控制系统，其特征在于，包括：

至少一个地面测控站，在卫星过境时上注地面指令信号、下行遥感信息，

服务器，存储有各地面测控站测控资源抽象化后的网络资源，在卫星运行至地面测控站通信覆盖范围时为各智能终端分配该地面测控站测控资源抽象化后的网络资源，将接收的卫星遥感信息分发给智能终端，对卫星子系统权限进行分类并授权给智能终端，管理卫星和智能终端之间的信息交互，及，

至少一个智能终端，从服务器分配的网络资源下行授权访问的卫星子系统信息，上行授权访问卫星子系统的地面指令信号至服务器以更新服务器为其分配的网络资源，提供用于人工输入地面指令信号的人机交互界面。

2.根据权利要求1所述面向智能终端的卫星地面控制系统，其特征在于，服务器管理卫星和智能终端之间的信息交互具体为：地面测控站在服务器正常工作时上注地面指令信号至过境的卫星，地面测控站在服务器故障时上注地面测控站输入的地面指令信号至过境的卫星。

3.根据权利要求1所述面向智能终端的卫星地面控制系统，其特征在于，所述各地面测控站测控资源抽象化后的网络资源包括各地面测控站的遥感信息接收模块和指令信号传输模块。

4.根据权利要求1所述面向智能终端的卫星地面控制系统，其特征在于，通过智能终端的人机交互界面指定访问地面测控站数据时，服务器为请求访问的智能终端分配指定地面测控站测控资源抽象化后的网络资源。

5.根据权利要求1所述面向智能终端的卫星地面控制系统，其特征在于，所述卫星子系统权限包括遥感信息访问权和控制操作访问权。

6.根据权利要求1所述面向智能终端的卫星地面控制系统，其特征在于，所述智能终端包含但不限于智能手机、笔记本或平板电脑。