CN110113092B - 基于云服务的微纳卫星互联测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于云服务的微纳卫星互联测控方法，包括：测控站与服务器建立连接，服务器根据特定立方体卫星定时获取两行根数并实时转发至在线测控站；测控站获取两行根数后，天线客户端实时计算卫星的位置信息，并将卫星位置信息和天线状态信息返回给服务器；卫星过境时卫星数据客户端将卫星获取的原始接收数据转换为卫星上行指令模式传送至服务器，服务器将输入的卫星上行指令上传至卫星数据客户端，卫星数据客户端将数据转换为原始接收数据模式传送至卫星；服务器接收并显示来自卫星数据客户端的遥测信息；立方体卫星若接收到数据请求帧，则向测控站发送相应的数据应答帧。

Description

基于云服务的微纳卫星互联测控方法

技术领域

本发明涉及一种卫星联合测控技术，特别是一种基于云服务的微纳卫星互联测控方法。

背景技术

目前的立方体卫星测控技术多采用一星多站测控模式来实现卫星的多点测控。立方体卫星测控系统分为天线系统、伺服控制系统、信道系统以及软件系统。现有的立方体卫星测控系统由于以下原因造成联合测控系统搭建工作量大，各站点测控时间自由度低，由于测控工作需要多站点工作人员联调配合而影响了联合测控的可靠性，由于过境时间点极端(休息时间)而影响整体测控：(1)天线系统需要根据卫星信号波段选型搭建；(2)伺服控制系统需要根据卫星轨道进行相应的设置实现追踪；(3)不同波段的卫星信号对应不同的信道系统，信道系统和卫星信息格式也共同决定软件系统的设计；(4)硬件系统的搭建和软件系统的设计都需要根据不同卫星和地面测控站实现；(5)各测控站卫星过境时间不同，信号强度不同，长报文传输需要多站联调；(6)易受天气等客观因素和人为操作失误等主观影响导致丢帧现象出现；

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于云服务的微纳卫星互联测控方法，适用于立方体卫星的远程联合测控系统设计，方便各测控站接入系统，解决了测控系统搭建和软件适配问题、天线系统联调追踪卫星问题以及卫星测控数据存储及处理等问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于云服务的微纳卫星互联测控方法，包括：

步骤1，测控站与服务器建立连接，服务器根据特定立方体卫星定时获取两行根数并实时转发至在线测控站；

步骤2，测控站获取两行根数后，天线客户端实时计算卫星的位置信息，并将卫星位置信息和天线状态信息返回给服务器；

步骤3，卫星过境时卫星数据客户端将卫星获取的原始接收数据转换为卫星上行指令模式传送至服务器，服务器将输入的卫星上行指令上传至卫星数据客户端，卫星数据客户端将数据转换为原始接收数据模式传送至卫星；

步骤4，服务器接收并显示来自卫星数据客户端的遥测信息；

步骤5，立方体卫星若接收到数据请求帧，则向测控站发送相应的数据应答帧。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)现有测控站只需要移植发布的天线客户端和卫星数据客户端就可以接入服务器，能够整合测控资源，并且极大地减少了软件重构工作量；(2)用户能够通过网络实现远程操控一个或多个地面站，提高测控的时间自由度和空间自由度，卫星数据存储到云服务器中，方便用户获取。

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明方法的系统框架图。

图2为本发明方法的网页端上行指令页面布局图。

图3为本发明方法的卫星数据客户端的工作流程图。

图4为本发明方法的天线客户端的工作流程图。

具体实施方式

结合图1，一种基于云服务的微纳卫星互联测控方法，包括下述步骤：

步骤1，测控站与服务器建立连接，服务器根据特定立方体卫星定时获取两行根数，并实时转发至在线测控站；

步骤2，测控站获取两行根数后，天线客户端开始实时计算卫星的位置信息，并将卫星位置信息和天线状态信息返回给服务器；

步骤3，卫星过境时，卫星数据客户端开辟缓冲区，存储多条原始数据，开始异步解析处理原始接收数据和卫星上行指令，并将接收数据转发至对应工作端，卫星数据客户端继续执行下一条解析转发任务；

步骤4，服务器接收来自卫星数据客户端的遥测信息，经过校验、解析、存储及动态网页刷新展示；并对丢包数据进行反馈，根据丢包数据向卫星数据客户端发送对应遥测下行指令，并根据响应信息决定是否重复请求；

步骤5，立方体卫星若接收到数据请求帧，则向测控站发送相应的数据应答帧；

步骤6，服务器接收来自天线客户端的卫星位置信息和天线状态信息，校验通过后，可以据此提供卫星过境预报和卫星轨迹仿真；

步骤7，卫星数据客户端记录转发的数据及转发状态。

步骤2中提及的位置信息计算方法基于SGP4模型的两行根数解算。SGP4模型是KenCranford提出的针对近地卫星的轨道计算模型。两行根数指轨道根数(或称轨道要素或轨道参数)，是用来描述天体在其轨道运行状态的一组参数。通常情况下指的是用经典万有引力定律描述天体按圆锥曲线运动时所必需的6个参数。北美防空网会更新在轨卫星的两行根数，其网址是http://www.celestrak.com/NORAD/elements/。

步骤2中提及的天线状态信息包括跟踪时间、设备状态、目标方位角、目标俯仰角、测量方位角及测量俯仰角。

步骤3中原始接收数据指卫星遥测数据，即星上数据，考虑到卫星传输资源有限，卫星传输下来的数据的帧头是简化的协议头，如表2，卫星数据客户端接收遥测数据后，需要对原始接收数据进行解析处理，将数据转换为如表1格式的数据。表2状态时的数据是从卫星到测控站的卫星数据客户端。卫星数据客户端收到表2的数据后转换为表1的数据，再送至服务器，用网页来显示。

表1卫星上行指令模式数据形式

其中，表1的注解如下：

(1)VER：版本，用于标识协议版本，用b7、b6表示，其余位保留。b7b6＝[10]表示本协议规定的帧格式。

(2)MID：任务代号，用于识别该帧信息应用于的用户目标测控任务，采用2字节无符号整数表示。用户目标的任务代号另行规定。信息类别包含卫星ID。

(3)SID：信源地址标识，表示该帧数据的生成方，用4字节无符号整数表示。具体数值待定。信息类别包含测控站ID、服务器。

(4)DID：信宿地址标识，表示该帧数据的目的地址，表示方法同信源地址。具体数值待定。信息类别包含服务器、测控站ID。

(5)BID：信息类别编码，用于识别该帧信息，长4字节。用4字节无符号整数表示。具体数据根据信息类别待定，信息类别包含天线状态、两行根数、卫星下行、卫星上行。

(6)No.：包序号，标识某一端到端通信双方发送同一数据标志(BID)的数据包累计计数，用4字节的无符号二进制整数表示，0～232-1循环计数。

(7)FLAG：数据处理标志，处理成功为0x01,未处理为0x00，失效为0xFF；

(8)Res：保留字段，长4个字节，固定填00000000H。

(9)JD：积日，用于标识数据发送日期。采用积日表示方法，用2字节无符号二进制整数表示。积日从2000年1月1日开始计算，2000年1月1日为第1天。

(10)JS：积秒，用于标识数据发送时间。采用积秒表示方法，用4字节无符号二进制整数表示，时间零点为当日0点，量化单位为0.1ms。

(11)LEN：DATA字段字节数组长度，用2字节无符号二进制整数表示。

(12)DATA：字节数组，表示该帧数据所传送的数据信息。

表2天线状态信息数据形式

名称	数据目的端	数据发送端	信息类别	数据字段
					符号	Dest	Src	Type	Data
字节数	1	1	1	n

其中，表2的注解如下：

(1)Dest：星地通信中，数据接收端，可以表示卫星和地面站。

(2)Src：星地通信中，数据发送端们可以表示卫星和地面战。

(3)Type：星地通信中，传输的数据类型，决定Data的数据字段长度，其中，当传输数据是长报文数据(比如音频、图像)时，Data中的前两个字节分别代表文件序号和包序号。

(4)Data：星地通信中，通信数据的数据字段。

结合图2，卫星上行指令指用户在网页端点击相应控件，设置相应参数，网页服务器生成相应指令并存储到命令数据库中，服务器会定时轮询命令数据库，把新命令转换为符合表1格式的通信命令，根据DID发送到指定卫星数据客户端。客户端接收到数据后会根据MID，把指令转换为符合表2格式的数据，发送至卫星。表1状态时的数据是从网页传至服务器再传至测控站的卫星数据客户端，卫星数据客户端将表1数据转换为表2后再传给卫星。对应工作端指通信数据的DID即对应工作端。

步骤4中的丢包指卫星在向下传输相片和音频等数据时，由于卫星通信机单次传输字节限制，这些数据需要分包传输，在接收过程中，会出现连续几包数据中的某一包数据未能被接收，即出现丢包现象。服务器可以根据接收数据的包序号NO来判断是否存在丢包现象，如果丢包，会通知用户具体丢包序号，用户可以发送单包下行指令获取丢包的数据，判断是否重复请求下行单包的依据是指定包是否被接收，网页端同时会有相应的显示响应。

实施例

本实施例基于Windows Server 2016 Datacenter操作系统搭建云服务器和数据库，基于SuperSocket技术搭建服务器，使用WPF技术编写客户端和服务器，使用SQL Server2012进行数据库设计、开发，采用SGP4算法计算周期内卫星轨道信息，系统运行流程主要包括下述步骤：

步骤1，测控站N接入服务器，测控站向服务器发起连接，连接成功后，服务器返回一条“Welcome！”消息，测控站的天线客户端和卫星数据客户端检测到“Welcome！”会按照表1的协议发送一条数据字段字节数为0的总长度为32字节的自我介绍信息SelfIntro，服务器根据SelfIntro更新在线测控站列表并查询目的卫星的两行根数，两行根数转换为字节数组，根据通信协议整合到最终的消息数组中，经服务器发送到指定天线客户端；

步骤2，测控站在接收到两行根数后，开始解算周期内的卫星轨道信息，解算结果被发送到服务器，服务器根据卫星轨道信息预报卫星轨道，同时，天线客户端会等时间间隔发送天线状态至服务器；

步骤3，卫星过境，测控任务开始，如图4流程，天线客户端控制天线旋转跟踪卫星，保证天地通信角度最优，并每隔2s向服务器发送信息AntInfo，AntoInfo包含天线测量角度和卫星解算角度。如图3流程，卫星数据客户端开始工作，经过解析的卫星原始遥测数据会进入发送数据队列，只要数据队列非空，卫星数据客户端就会把队列内容按“先进先出”原则发送到服务器，队首数据出队，数据消息发送成功后，继续发送队首消息，如果发送失败，数据进入队尾等待发送。授权用户可以根据遥测消息在网页端选择指定命令，命令数据会存入命令数据库，服务器定时轮询命令数据库，检测到未发送命令会根据命令协议头发送到指定测控站，并根据返回结果改变命令的执行状态，便于管理员查询；

步骤4，服务器根据接收到的遥测数据对长报文的丢包进行统计和显示，如果出现丢包，卫星过境时，用户可以发送下行指定序号包下行指令；

步骤5，卫星离境，境内测控站任务结束。

Claims (6)

1.一种基于云服务的微纳卫星互联测控方法，其特征在于，包括：

步骤1，测控站与服务器建立连接，服务器根据特定立方体卫星定时获取两行根数并实时转发至测控站，特定卫星为根据测控站的自我介绍信息SelfIntro查询得到的目的卫星；

步骤2，测控站获取两行根数后，天线客户端实时计算卫星的位置信息，并将卫星位置信息和天线状态信息返回给服务器；

步骤3，卫星过境时卫星数据客户端从卫星获取原始接收数据并转换为卫星上行指令模式传送至服务器，服务器将输入的卫星上行指令上传至卫星数据客户端，卫星数据客户端将数据转换为原始接收数据模式传送至卫星；

步骤4，服务器接收并显示来自卫星数据客户端的遥测信息；

步骤5，立方体卫星若接收到数据请求帧，则向测控站发送相应的数据应答帧；

天线客户端和卫星数据客户端设置于测控站内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中根据SGP4模型对两行根数解算获取卫星的位置信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中天线状态信息包括跟踪时间、设备状态、目标方位角、目标俯仰角、测量方位角及测量俯仰角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中的原始接收数据模式包含的元素有数据目的端、数据发送端、信息类别、数据字段。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3所述的卫星上行指令模式包含的元素有版本、任务代号、信源、信宿、信息类别、包序号、信息标志、保留、积日、积秒、数据字段长度、数据字段。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中服务器接收并显示来自卫星数据客户端的遥测信息，若遥测信息存在丢包现象，则根据丢包序号，服务器向卫星数据客户端发送单包下行指令获取丢包的数据。

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