CN109947058A - 一种航天器多项自主管理功能状态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航天器多项自主管理功能状态控制方法，包括自主管理功能状态调度表的设计和基于所述调度表的功能状态控制；自主管理功能状态调度表的设计为：为每一项自主管理功能设计一个状态调度子表，在调度子表中设置若干属性，所述属性包括调度状态、调度周期、执行状态、关联项，多个状态调度子表构成自主管理功能状态调度表；基于所述调度表的功能状态控制为：每个时间单位内遍历整个调度表，逐一对各子调度表的属性进行调度管理。本发明航天器多项自主管理功能状态控制方法，基于统一的调度表组织维护状态和属性，实现用统一的方法对各项自主管理功能实施调度管理。

Description

一种航天器多项自主管理功能状态控制方法

技术领域

本发明属于航天器器上信息系统技术领域，具体涉及一种航天器多项自主管理功能状态控制方法。

技术背景

现代航天器具有一定的信息化水平和自主管理能力，器载计算机能够按照设计的策略，选择特定遥测数据作为输入，经过分析计算判断后，执行预定的指令序列或其它处理操作，以在没有地面具体控制干预的情况下，自主完成某些功能任务。传统的航天器电子信息系统或器载计算机中，对于每项自主管理单独进行状态控制，一般区分为“使能”和“禁止”两种状态，在使能时执行自主管理程序，禁止时则不执行。但随着航天器信息化水平提高，新型航天器需要器上自主管理控制的功能越来越多，而且自主管理功能趋向复杂，不同功能之间可能存在关联性。传统对单个自主管理分别只进行“使能”和“禁止”两种状态控制的方法，存在以下不足：

1)对多个自主管理功能的调度管理复杂，没有统一调度管理，增加器载计算机软件设计实现难度，且效率较低；

2)没有统一的状态表示组织管理方法，造成遥控指令类型复杂，扩展性较差，并增加器载计算机识别处理负担；

3)不便于航天器在轨变更或增加新自主管理功能后系统的调度管理，灵活性和扩展性不足；

4)不便于实现不同自主管理功能之间的关联控制；

5)状态控制精细程度不足，对于某些复杂的自主管理功能，有自主执行指令序列完整性要求和功能启动时机要求难以提供支持保障。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种航天器多项自主管理功能状态控制方法，该方法能够提高航天器自主管理功能的便利性、可扩展性、可靠性并提供对自主管理功能延时控制、关联控制的支持能力。

实现本发明的技术方案如下：

一种航天器多项自主管理功能状态控制方法，包括自主管理功能状态调度表的设计和基于所述调度表的功能状态控制；

自主管理功能状态调度表的设计为：为每一项自主管理功能设计一个状态调度子表，在调度子表中设置若干属性，所述属性包括调度状态、调度周期、执行状态、关联项，多个状态调度子表构成自主管理功能状态调度表；

基于所述调度表的功能状态控制为：每个时间单位内遍历整个调度表，逐一对各子调度表的属性进行调度管理。

进一步地，本发明所述状态调度子表为调度表的一条记录；

所述调度子表中的属性包括：

子表索引号：以1起始的连续自然数编号，是子表在整个调度表中的检索顺序；

调度状态：分别为“使能”、“禁止”、“屏蔽”；

调度周期：表示调度该自主管理功能的周期间隔时间单位个数；

调度计数：调度状态为“使能”时有效，记录距下一次进入自主管理功能程序运行的时间单位计数；

执行状态：为0时表示无延时，使能即开始运行该自主管理功能；>0时，表示使能后需要等待的时间单位个数；<0时，表示自主管理功能已完成对遥测的检测判断，触发了执行条件；

自主管理功能程序入口：是该自主管理功能的软件程序的入口地址；

使能关联项：为自主管理功能的子表索引号，表示本自主管理功能的使能前提条件是使能关联项指出的自主管理功能已经为使能，为0表示没有使能关联项；

禁止关联项：为自主管理功能的子表索引号，表示本自主管理功能的使能前提条件是禁止关联项指出的自主管理功能已经为禁止，为0表示没有禁止关联项；

结束模式：分别为“使能”、“禁止”、“屏蔽”，用于指出本自主管理功能在完成一次执行阶段后的状态。

进一步地，本发明所述对各子调度表的属性进行调度管理为：

由调度状态和执行状态组合形成5种控制状态

调度状态	执行状态	实际形成的控制状态
			屏蔽	——	屏蔽
使能	>0	延时使能
			使能	0	使能
使能或禁止	<0	执行中
			禁止	>＝0	禁止

(1)忽略控制状态为屏蔽的子调度表；

(2)对于控制状态为延时使能的子调度表，将其执行状态数值减1；

(3)对于控制状态为使能的子调度表，检查其调度计数，如果>0，将调度计数减1；如果调度计数为0，则检查使能关联项和禁止关联项的关联条件是否满足，满足则将调度计数置为该子调度表的调度周期，然后进入其自主管理功能程序，即进入执行阶段；

(4)对于控制状态为执行中的子调度表，直接进入其自主管理功能程序，即进入执行阶段；

(5)对于控制状态为禁止的子调度表，不做处理。

进一步地，本发明自主管理功能程序运行时分为两个阶段，第一阶段为检测阶段，进行遥测数据选择和分析计算、比较判断，如果分析计算结果达到触发条件，则转入第二阶段即执行阶段，执行预定的系列处理操作，如果在第一阶段完成一次检测后未到达触发条件，则在设定的调度周期后再次进行检测。

进一步地，本发明当功能状态控制从检测阶段转向执行阶段时，将子调度表中的执行状态数值设为<0，当执行阶段结束时，需要将执行状态数值设为0，并且将调度状态设置为其结束模式。

进一步地，本发明当器载计算机发生复位时，对各子调度表的调度状态和执行状态进行恢复，如果状态控制为执行中，则自主管理功能程序直接进入执行阶段。

进一步地，本发明所述地面对航天器发送遥控指令可以对所有自主管理功能进行配置和运行控制，遥控指令实现统一的格式，即所有指令中均为三项构成：1.子调度表索引号；2.数据项编号；3.设置值，即设置对应数据项的数值。

有益效果

第一，本发明一种航天器多项自主管理功能状态控制方法，基于统一的调度表组织维护状态和属性，实现用统一的方法对各项自主管理功能实施调度管理。

第二，本发明在子表中设置执行状态、调度周期、结束模式、禁止关联项、使能关联项等属性，使得该方法能够支持自主管理功能的延时控制和功能执行完整性，支持各项自主管理功能有各自的调度周期和结束模式，支持对多种控制状态以及不同自主管理功能之间状态关联性的管理，提高航天器自主管理功能便利性、可靠性和可扩展性。

第三，本发明统一了对全部自主管理功能的遥控指令格式，简单并能全面配置；有效提供提高航天器自主管理功能便利性、可靠性和可扩展性。

第四，本发明在航天器器载计算机上设置调度表，并基于该调度表进行统一组织管理，由于航天器器载计算机的计算与存储能力均低于地面普通计算机，该方法适用于航天器器载计算机。

附图说明

图1为本发明调度自主管理功能过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例提出一种航天器多项自主管理功能状态控制方法，可以由航天器器载计算机软件实现。其设计思想为：设计自主管理功能状态调度表，对每一个自主管理功能有一个子调度表，器载软件中的每一项自主管理功能的入口函数地址存放在对应子调度表的自主管理功能程序入口数据项，器载软件的主程序或者负责自主管理功能的任务(或线程)负责周期性遍历所有子调度表对各项自主管理功能进行调度管理，其周期作为本发明中的时间单位。

一种航天器多项自主管理功能状态控制方法，包括自主管理功能状态调度表的设计和基于所述调度表的功能状态控制；

自主管理功能状态调度表的设计为：对每一项自主管理功能设计一个状态调度子表，并按统一组织表示方法维护其属性和状态，所述调度子表中设置包括调度状态、调度周期、执行状态、关联项等属性，多个状态调度子表构成自主管理功能状态调度表；基于所述调度表的功能状态控制为：每个时间单位内遍历整个调度表，逐一对各子调度表的属性进行判断处理。

本发明通过对自主管理功能状态调度表的使用和设置，完成对自主管理功能的统一管理。

本发明实施例中自主管理功能调度表设计为：

调度表由一个或多个调度子表构成，每个调度子表对应于一项自主管理功能，每个调度子表可以视为调度表的一条记录。

调度子表中包含以下内容：

子表索引号：以1起始的连续自然数编号，是子表在整个调度表中的检索顺序。

调度状态：具有三种取值，分别代表“使能”、“禁止”、“屏蔽”。

调度周期：是一个数值，表示调度该自主管理功能的周期间隔时间单位个数。

调度计数：是一个数值，调度状态为“使能”时有效，记录距下一次进入自主管理功能程序运行的时间单位个数，为0时表明可以进入。

执行状态：是一个数值，为0是表示无延时，使能即开始运行该自主管理功能；>0的数值表示使能后需要等待的时间单位个数；<0的数值表示该自主管理功能已完成对遥测的检测判断，触发了执行条件，已经开始执行指令输出等处理操作。

自主管理功能程序入口：是该自主管理功能的软件程序的入口地址。

使能关联项：是一个数值，为某一项或多项自主管理功能的子表索引号，表示本自主管理功能的使能前提条件是使能关联项指出的自主管理功能已经为使能；0表示没有使能关联项。

禁止关联项：是一个数值，为某一项或多项自主管理功能的子表索引号，表示本自主管理功能的使能前提条件是禁止关联项指出的自主管理功能已经为禁止；0表示没有禁止关联项。

结束模式：具有三种取值，分别代表“使能”、“禁止”、“屏蔽”，用于指出本自主管理功能在完成一次执行阶段后，前述调度状态应设置的值。

对于每一项自主管理功能，由其调度子表中的调度状态和执行状态组合形成实际上的5种控制状态：

调度状态	执行状态	实际形成的控制状态
			屏蔽	——	屏蔽
使能	>0	延时使能
			使能	0	使能
使能或禁止	<0	执行中
			禁止	>＝0	禁止

本实施例调度管理为：器载计算机软件每个时间单位内遍历整个调度表。对各子调度表逐一进行如下处理：

忽略控制状态为屏蔽的子调度表，即调度状态为“屏蔽”的子调度表。

对于控制状态为延时使能(即调度状态为使能，而执行状态>0)的子调度表，将其执行状态数值减1。

对于控制状态为使能的子调度表，检查其调度计数，如果>0，将调度计数减1；如果调度计数为0，则检查关联条件是否满足，满足则将调度计数置为该子调度表的调度周期，然后进入其自主管理功能程序。

其中，关联条件不满足是指该子调度表有使能关联项，而使能关联项所指向的子调度表的控制状态为延时使能或禁止，或者有禁止关联项，而禁止关联项所指向的子调度表的控制状态为使能或执行中，其它情况均为关联条件满足。

对于控制状态为执行中的子调度表，直接进入其自主管理功能程序。

对于控制状态为禁止的子调度表，不做处理。

本实施例自主管理功能程序的处理为：各项自主管理功能的具体工作内容、作用各不相同，但对于子调度表的操作处理方法是统一的。

自主管理功能程序运行时分为两个阶段，第一阶段为检测阶段，进行遥测数据选择和分析计算、比较判断，如果分析计算结果达到触发条件，如某个门限值，则转入第二阶段即执行阶段，执行预定的系列处理操作，如输出指令序列等。如果在第一阶段完成一次检测后未到达触发条件，则在设定的调度周期后再次进行检测；

每当自主管理功能程序在运行中发生从检测阶段转向执行阶段的同时，需要将子调度表中的执行状态数值设为<0。每当执行阶段结束时，需要将执行状态数值设为0，并且将调度状态设置为其结束模式。

子调度表的调度状态和执行状态作为航天器器上软件的重要数据，当器载计算机发生复位时，对各子调度表的调度状态和执行状态进行恢复(航天器软件的重要数据保存恢复方法是已经广泛应用的技术，不属于本发明的内容)，如果控制状态为执行中，则自主管理功能程序直接进入执行阶段，以避免复位造成自主管理触发的执行处理过程不完整。

本实施例中指令设置：

地面对航天器发送遥控指令可以对所有自主管理功能进行配置和运行控制。由于所有自主管理功能采用统一形式的子调度表进行组织管理，所以遥控指令的格式也是统一的，不必受到具体的自主管理功能及其种类和数量的影响。

根据本发明提出的子调度表的构成设计，对子表索引号、调度状态、调度周期、调度计数、执行状态、自主管理功能程序入口、使能关联项、禁止关联项、结束模式各项数据依次编号，称为数据项编号。遥控指令可实现统一的格式，即所有指令中均为三项构成：子调度表索引号；数据项编号；设置值，即设置对应数据项的数值。

器载计算机接收到遥控指令的处理方式是简单而统一的，按照子调度表索引号和数据项编号可以定位写入位置，而写入的内容就是设置值。

利用本发明方法进行航天器统一管理的具体过程为：

步骤一、初始设置

器载软件设计时，按照用户需求装订初始数据，配置所有子调度表的初始值。在软件中记录子调度表的个数M。

航天器器载计算机启动初始化后，开始周期性按照初始配置信息检查状态进调度。

根据自主管理功能的用途，需要系统初始就运行的自主管理功能调度状态设为使能，执行状态设为0；需要在初始化完成一段时间后开始运行的自主管理功能调度状态设为使能，执行状态设为需要延时的时间单元个数。其它主管理功能调度状态设为禁止。

对于只在初始化阶段使用一次，之后不再使用的自主管理功能，可以将其结束状态设置为屏蔽。

步骤二、统一调度管理

周期性对M个子调度表逐一进行如下处理：

a)对于控制状态为执行中的子调度表，直接进入步骤三。

b)对于控制状态为延时使能(即调度状态为使能，而执行状态>0)的子调度表，将其执行状态数值减1。

c)对于控制状态为使能的子调度表，检查其调度计数，如果>0，将调度计数减1；如果调度计数为0，则检查关联条件是否满足，满足则将调度计数置为该子调度表的调度周期，然后进入步骤三。

d)其它情况结束本次对该子调度表的检查处理。

步骤三、自主管理功能运行

自主管理功能程序分为检测阶段和执行阶段，各项主管理功能的检测阶段和执行阶段的具体功能是不同的，也不属于本发明的范围，但涉及子调度表的操作是相同的。

每当自主管理功能程序在运行中发生从检测阶段转向执行阶段的同时，需要将子调度表中的执行状态数值设为<0。每当执行阶段结束时，需要将执行状态数值设为0，并且将调度状态设置为其结束模式。未发生这些情况时，不做对子调度表的操作。

步骤二和步骤三的软件处理过程参见附图1。

步骤四、遥控指令处理

对自主管理功能可以由地面控制管理，修改调整管理策略。遥控指令指定子调度表索引号和数据项编号，可以设置修改调度表的任何内容，

根据需要可以使用一条或多条指令组合修改状态和参数以改变对该项自主管理功能的使用方式。其中常用的是对于调度状态和执行状态的设置，操作自主管理功能的使能/禁止。当自主管理功能处于执行中状态时，遥控注入设置调度状态为禁止的指令不会影响正在执行处理过程的完整性。如果确实需要终止当前正在执行处理过程，可一同注入设置执行状态为0的指令。

对于不需要再使用的自主管理功能，可以通过遥控指令设置其调度状态为屏蔽。被屏蔽的自主管理功能不再参加调度和运行，也不再作为关联项影响其它自主管理功能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种航天器多项自主管理功能状态控制方法，其特征在于，包括自主管理功能状态调度表的设计和基于所述调度表的功能状态控制；

自主管理功能状态调度表的设计为：为每一项自主管理功能设计一个状态调度子表，在调度子表中设置若干属性，所述属性包括调度状态、调度周期、执行状态、关联项，多个状态调度子表构成自主管理功能状态调度表；

基于所述调度表的功能状态控制为：每个时间单位内遍历整个调度表，逐一对各子调度表的属性进行调度管理。

2.根据权利要求1所述航天器多项自主管理功能状态控制方法，其特征在于，所述状态调度子表为调度表的一条记录；

所述调度子表中的属性包括：

子表索引号：以1起始的连续自然数编号，是子表在整个调度表中的检索顺序；

调度状态：分别为“使能”、“禁止”、“屏蔽”；

调度周期：表示调度该自主管理功能的周期间隔时间单位个数；

调度计数：调度状态为“使能”时有效，记录距下一次进入自主管理功能程序运行的时间单位计数；

执行状态：为0时表示无延时，使能即开始运行该自主管理功能；>0时，表示使能后需要等待的时间单位个数；<0时，表示自主管理功能已完成对遥测的检测判断，触发了执行条件；

自主管理功能程序入口：是该自主管理功能的软件程序的入口地址；

使能关联项：为自主管理功能的子表索引号，表示本自主管理功能的使能前提条件是使能关联项指出的自主管理功能已经为使能，为0表示没有使能关联项；

禁止关联项：为自主管理功能的子表索引号，表示本自主管理功能的使能前提条件是禁止关联项指出的自主管理功能已经为禁止，为0表示没有禁止关联项；

结束模式：分别为“使能”、“禁止”、“屏蔽”，用于指出本自主管理功能在完成一次执行阶段后的状态。

3.根据权利要求2所述航天器多项自主管理功能状态控制方法，其特征在于，所述对各子调度表的属性进行调度管理为：

由调度状态和执行状态组合形成5种控制状态

调度状态 执行状态 实际形成的控制状态 屏蔽 —— 屏蔽 使能 >0 延时使能 使能 0 使能 使能或禁止 <0 执行中 禁止 >＝0 禁止

(1)忽略控制状态为屏蔽的子调度表；

(2)对于控制状态为延时使能的子调度表，将其执行状态数值减1；

(3)对于控制状态为使能的子调度表，检查其调度计数，如果>0，将调度计数减1；如果调度计数为0，则检查使能关联项和禁止关联项的关联条件是否满足，满足则将调度计数置为该子调度表的调度周期，然后进入其自主管理功能程序，即进入执行阶段；

(4)对于控制状态为执行中的子调度表，直接进入其自主管理功能程序，即进入执行阶段；

(5)对于控制状态为禁止的子调度表，不做处理。

4.根据权利要求3所述航天器多项自主管理功能状态控制方法，其特征在于，所述自主管理功能程序运行时分为两个阶段，第一阶段为检测阶段，进行遥测数据选择和分析计算、比较判断，如果分析计算结果达到触发条件，则转入第二阶段即执行阶段，执行预定的系列处理操作，如果在第一阶段完成一次检测后未到达触发条件，则在设定的调度周期后再次进行检测。

5.根据权利要求4所述航天器多项自主管理功能状态控制方法，其特征在于，当功能状态控制从检测阶段转向执行阶段时，将子调度表中的执行状态数值设为<0，当执行阶段结束时，需要将执行状态数值设为0，并且将调度状态设置为其结束模式。

6.根据权利要求2所述航天器多项自主管理功能状态控制方法，其特征在于，当器载计算机发生复位时，对各子调度表的调度状态和执行状态进行恢复，如果状态控制为执行中，则自主管理功能程序直接进入执行阶段。

7.根据权利要求2所述航天器多项自主管理功能状态控制方法，其特征在于，所述地面对航天器发送遥控指令可以对所有自主管理功能进行配置和运行控制，遥控指令实现统一的格式，即所有指令中均为三项构成：1.子调度表索引号；2.数据项编号；3.设置值，即设置对应数据项的数值。