CN110155377B - 自动管理卫星地面测控系统的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星地面测控系统自动管理的方法和系统，该方法包括：根据外测数据或者GNSS数据，进行数据预处理、精密定轨和轨道预报，生成卫星星历预报、星下点预报和测站跟踪预报；根据测站跟踪预报和测控任务需求，将各类操作事件按时间序列排列，形成测站跟踪计划和测控工作计划；根据测控工作计划安排，自动关联启动多个线程并行计算多颗卫星的多个控制量，自动进行遥控数据块组包；根据测控工作计划，进行卫星指令序列的编排，校验审批通过后存入数据库中；以及接收测站跟踪计划，并根据计划安排自动完成测控站设备配置，自动跟踪卫星。本发明提高了地面测控系统稳定性和时效性，减少了地面操作人员需求，节省了地面测控成本。

Description

自动管理卫星地面测控系统的方法和系统

技术领域

本发明一般地涉及航天器测控技术领域。更具体地，本发明涉及一种自动管理卫星地面测控系统的方法和系统。

背景技术

随着商业卫星的发展，特别是中低轨卫星及星座的大批量发射，在轨商业卫星数量急剧增长，在轨测控任务密度也随之越来越密集，传统测控使用大量的专业技术人才，昼夜倒班的重人力模式已无法满足需求，高度自动化的测控系统已成为一种发展趋势。

因此，亟需一种卫星地面测控系统自动管理方法，通过提高测控系统的自动化程度，为多星或星座的自动化测控提供支撑，以应对后续海量的测控市场需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：本发明为一种卫星地面测控系统自动管理方法，通过对卫星地面测控系统运行流程进行分析，将地面测控系统中轨道确定与预报、测控任务规划、站控管理、控制计算、遥测处理、遥控发令、测控实时监视等多个功能模块进行统一考虑，设计了一种系统自动运行管理方法。可提高地面测控系统的稳定性和时效性，简少地面操作人员需求，节省测控成本，以应对后续千量级卫星的测控市场需求。

具体地，在一个方面中，本发明提供一种卫星地面测控系统自动管理的方法，包括：

根据外测数据或者GNSS数据，进行数据预处理、精密定轨和轨道预报，生成卫星星历预报、星下点预报和测站跟踪预报；

根据测站跟踪预报和测控任务需求，将指定时间段内的预定义的各类操作事件按时间序列排列，形成多星统一的测站跟踪计划和测控工作计划；

根据测控工作计划安排，自动关联启动多个线程并行计算多颗卫星的多个控制量，计算完成后根据遥控注入数据格式自动进行遥控数据块组包；

根据测控工作计划，利用遥控脚本语言进行卫星指令序列的编排，校验审批通过后存入数据库中；以及接收测站跟踪计划，并根据计划安排自动完成测控站设备配置，在卫星过境时自动跟踪卫星，为遥测、遥控或测距任务提供通道。

在一个实施例中，其中当需要进行遥控上行时，由工作计划驱动遥控管理系统中的指令序列，自动进行指令序列的发送。

在又一个实施例中，其中根据测控工作计划自动启动遥测处理进程和遥测存储进程，完成遥测数据的接收、处理、存储或转发，以便供控制计算、遥控发令、实时监视功能使用。

在另一个实施例中，其中实时监视功能包括实时监视测控任务规划及执行情况、进程运行情况、控制计算结果、遥测源码、遥测工程值或遥控执行结果实时显示，为实时监视卫星测控系统自动化运行状态提供直观的展示结果。

在另一个方面中，本发明提供一种卫星地面测控系统，包括：

预报模块，其配置成根据外测数据或者GNSS数据，进行数据预处理、精密定轨和轨道预报，生成卫星星历预报、星下点预报和测站跟踪预报；

任务规划模块，其配置成根据测站跟踪预报和测控任务需求，将指定时间段内的预定义的各类操作事件按时间序列排列，形成多星统一的测站跟踪计划和测控工作计划；

控制计算模块，其配置成根据测控工作计划安排，自动关联启动多个线程并行计算多颗卫星的多个控制量，计算完成后根据遥控注入数据格式自动进行遥控数据块组包；

编排模块，其配置成根据测控工作计划，接收操作员利用遥控脚本语言进行卫星指令序列的编排，校验审批通过后存入数据库中；以及

站控模块，其配置成接收测站跟踪计划，并根据计划安排自动完成测控站设备配置，在卫星过境时自动跟踪卫星，为遥测、遥控或测距任务提供通道。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：本发明通过对卫星地面测控系统运行流程进行分析，将地面测控系统中轨道确定与预报、测控任务规划、站控管理、控制计算、遥测处理、遥控发令、测控实时监视等多个功能模块进行统一考虑，设计了一种系统自动运行管理方法。提高了地面测控系统稳定性和时效性，简少了地面操作人员需求，节省了地面测控成本。为多星或星座的自动化测控提供支撑，以应对后续海量的测控市场需求。

附图说明

通过阅读仅作为示例提供并且参考附图进行的以下描述，将更好地理解本发明及其优点，其中：

图1是根据本发明的地面测控系统自动管理的流程图；

图2是根据本发明的定时轨道确定与预报的流程图；

图3是根据本发明的测控任务规划的流程图；

图4是根据本发明的站控系统自动运行的流程图；

图5是根据本发明的自动关联进行控制计算和数据组包的流程图；

图6是根据本发明的遥控序列生成的流程图；

图7是根据本发明的遥控序列自动执行的流程图；

图8是根据本发明的遥测数据自动处理及存储的流程图；

图9是根据本发明的测控任务的执行情况的截图；以及

图10是根据本发明的进程运行的截图。

具体实施方式

本发明通过对卫星地面测控系统运行流程进行分析，将地面测控系统中轨道确定与预报、测控任务规划、站控管理、控制计算、遥测处理、遥控发令、测控实时监视等多个功能模块进行统一考虑，设计了一种系统自动运行管理方法。

下面将结合附图来详细描述本发明的实施例。需要理解的是下面的实施例仅仅是示例性的而非限制性的，本领域技术人员根据本发明的教导可以对本发明的技术方案做出适当的修改、改变或替换，而这样的变化仍然不会偏离本发明的精神和保护范围。

图1是示出根据本发明的地面测控系统自动化运行的流程图。具体地，本发明通过对卫星地面测控系统运行流程进行分析，设计的自动化运行流程如图1所示。首先，在101处，轨道确定与预报功能根据102处的外测数据或GNSS数据自动进行轨道确定与预报，生成的轨道数据和预报数据在103处存入数据库。在104处，测控任务规划功能根据105处的测控任务需求及106处的数据库中最新的测站跟踪预报进行测控任务规划，生成测站跟踪计划和测控工作计划。站控系统接收任务规划生成的测站跟踪计划，自动进行测站设备配置，并在卫星入境时自动跟踪卫星(如在108处)，提供测控通道。在107处，控制计算功能或模块由测控工作计划驱动自动进行控制计算(如在109处)，生成各项控制参数并根据遥控注入数据格式进行组包得到相应的遥控数据块；在110处，遥控操作员可以在遥控管理功能中利用遥控脚本语言进行指令序列编排，并在111处，可以对指令序列进行存储。当需要进行遥控上行时，在112处，由工作计划驱动自动进行指令序列(如在113处)的发送；系统根据测控工作计划自动启动遥测处理进程和遥测存储进程(如在114处)，完成遥测数据的接收、处理、存储及转发(如在115处)，供控制计算、遥控发令、实时监视(如在117处)等功能使用，并在116处可以对遥测源码和工程值进行存储；在117处，测控实时监视功能可以实现测控任务规划及执行情况、控制计算结果、遥测源码、遥测工程值、遥控执行结果等的统一实时监视。

图2是根据本发明的定时轨道确定与预报的流程图。如图2所示，流程开始于201处，并且在203处，轨道确定与预报功能每日定时读取地面站测量的测距、测速、测角数据或GNSS位置速度数据等原始数据。接着，在202处，根据测量数据处理配置信息对原始数据进行野值剔除，对剔除野值后的数据进行平滑处理，然后在204处，得到测量事后处理数据并存储。然后，在206处，读取初始轨道根数文件和处理后的测量数据，建立积分运动方程计算观测时刻的理论观测值和残差、建立条件方程并法化计算求解参数的修正值，并在205处，根据精密定轨配置信息进行迭代计算直到满足改进精度的要求，得到精密轨道根数文件并在207处进行存储；接着，可以在208处，读取精密轨道根数文件，并根据测站坐标数据、天线角数据计算测站跟踪数据、星历数据、星蚀数据、日凌数据等，并且在209处，执行数据的显示、预报和存储。最终，流程结束于210处。

图3是根据本发明的测控任务规划的流程图。如图所示，流程开始于301，在302和304处，测控任务规划功能每周日从数据库中获取最新的测站跟踪预报和未来一周的测控任务需求(在304处)等信息，完成对测控资源(在303和305-307处)和测控任务(在302处)的配置和管理，并将测站跟踪预报转化为卫星测控弧段信息。然后，在308处，对测控任务信息和测控资源信息进行建模，并在309处，利用测控任务规划算法，对任务进行资源匹配，最终在310处，生成未来一周的测控工作计划和测站跟踪计划，并在311处，存入数据库中。最终，流程结束于312处。

图4是根据本发明的站控系统自动运行的流程图。如图4中所示，流程开始于401处，接着在402和403处，控制计算功能从数据库中读取测控跟踪计划，并判断当前的计划列表中是否有要执行的任务，如404处所示。当存在将要执行的任务时，则在405处配置任务参数。接着，在406处，令天线进行程引跟踪并且在407处完成任务。最终，流程结束于408处。在一个实施例中，站控功能从数据库中读取测站跟踪计划，并判断当前的计划列表中是否有将要执行的任务。当存在需要执行的任务时，将该任务的设备宏参数及卫星轨道信息配置到相应测控站的各个设备中。配置完成后，在卫星过境时ACU会控制天线按照轨道文件进行程引跟踪，直至任务结束。

图5是根据本发明的自动关联进行控制计算和数据组包的流程图。如

图5中所示，流程开始于501，并且在502和503处，控制计算功能从数据库中读取测控工作计划，并且在504中判断当前的计划列表中是否有需要控制计算支持的任务，当不存在时，则流程重新返回到504。否则，在流程前进到505，此处启动控制计算线程进行计算505，即自动关联启动控制计算线程计算卫星控制参数，并在506处对控制参数进行存储。当计算完成后，在507处，根据遥控注入数据格式自动进行遥控注入数据组包，并在508处，将控制参数和生成的遥控注入数据块存入数据库中。最终，流程结束于509处。

图6是根据本发明的遥控序列生成的流程图。如图6中所示，流程开始于601处，并且在602和603处，获得测控工作计划，并且在604处，对脚本进行编辑，并且在605处对脚本进行校验，并且在606处，判断校验是否通过，如未通过则流程返回到604进行进一步编辑脚本。在一个实施例中，根据测控工作计划，遥控操作员可以通过脚本编辑器按照一定的规则对多个遥控指令和数据注入文件的发送时机或顺序进行编排，脚本编辑完成后进行脚本的语法规则校验和指令的数据库比对，校验和比对都通过后，在在607处，提交指令序列，等待管理员的审核。在608处，审核通过后，则在609处，合法的、可执行的指令序列将生成，此时可以在610处将指令序列存储到数据库中。最终，流程结束于611处。

图7是根据本发明的遥控序列自动执行的流程图。如图7中所示，流程开始于701，在702和703处，获取测控工作计划。并且在704处，判断是否有需要执行的遥控任务。当存在时，则流程前进到705处，执行脚本自主执行。例如，当需要进行遥控上行时，遥控管理功能从数据库中获取编排好的指令序列并自动开始执行。在脚本序列运行过程中，可以实时的从遥测处理功能获取遥测工程值(如在706处)，并根据遥测工程值的变化判断每条指令的发送时机，同时操作员可以进行人工干预，控制脚本运行的暂停、继续、停止状态(如在707处)，从而达到指令序列发送过程可控制的目的。当执行暂停时，在708处执行线程休眠，并且在709处，判断操作员点击是否有继续，并且在710处，执行线程唤醒。在712处，判断脚本执行是否结束。最终，流程结束于713。

图8是根据本发明的遥测数据自动处理及存储的流程图。如图8中所示，流程开始于801，并且在802和803处，遥测处理及存储功能从数据库中读取测控工作计划，并在804处，判断当前的计划列表中是否有将要执行的遥测任务。当存在将要执行的遥测任务时，在805处，系统自动启动遥测处理进程和遥测存储进程。

接着，在806处，遥测处理进程从数据总线接收多个卫星的遥测源码报文(在807处)并解析，并在808处，对遥测源码报文进行有效性判断。如果有效则进行下一步809，无效则在814处，执行丢弃操作。在809处，根据解析得到卫星的标识，选择匹配的卫星遥测格式文件及相应的处理函数和处理方法，进行遥测处理，将遥测源码转换成工程值，并将转换得到的工程值打包(在810处)，组播发送到数据总线，供控制计算、遥控发令、实时监视等功能使用。

遥测存储进程实时监听接收网络中的用户数据报协议(“UDP”)组播源码数据、遥测工程值数据。当监听到有数据传入，启动相应个数的线程，分别进行不同卫星的源码、工程值存储(在811和812处)。当在812处判断任务结束后，系统在815处自动关闭相应的遥测处理进程和遥测存储进程。

图9和图10分别示出根据本发明的测控任务的执行情况和进程运行的截图。通过该截图可以看出，实时监视功能能够实现测控任务规划及执行情况、进程运行情况、控制计算结果、遥测源码、遥测工程值、遥控执行结果等的实时显示，为实时监视卫星测控系统自动化运行状态提供直观的展示结果。使操作人员对整个自动化运行过程有更加全面清晰的认识，便于进行系统管理。

本发明的方法和系统可以通过在计算机可读的记录介质以计算机可读代码来体现。计算机可读记录介质包括存储可通过计算机系统解读的数据的所有种类的记录介质。该记录介质例如可以包括但不限于只读存储器(ROM，“Read Only Memory”)、随机存取存储器(RAM，“Random Access Memory”)、磁盘、磁盘、光盘、闪存等。进一步，这些计算机可读的记录介质可以通过通信网络(包括计算机通信网络、蜂窝通信网络或局域域通信网络)在各个通信实体之间传播或扩散，从而也可以通过任意的方式来运行存储在计算机可读存储介质上的计算机可读指令或计算机可执行代码。

虽然本发明所实施的方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种卫星地面测控系统自动管理的方法，包括：

根据外测数据或者GNSS数据，进行数据预处理、精密定轨和轨道预报，生成卫星星历预报、星下点预报和测站跟踪预报；

根据测站跟踪预报和测控任务需求，将指定时间段内的预定义的各类操作事件按时间序列排列，形成多星统一的测站跟踪计划和测控工作计划；

根据测控工作计划安排，自动关联启动多个线程并行计算多颗卫星的多个控制量，计算完成后根据遥控注入数据格式自动进行遥控数据块组包；

根据测控工作计划，利用遥控脚本语言进行卫星指令序列的编排，校验审批通过后存入数据库中；以及

接收测站跟踪计划，并根据计划安排自动完成测控站设备配置，在卫星过境时自动跟踪卫星，为遥测、遥控或测距任务提供通道。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当需要进行遥控上行时，由工作计划驱动遥控管理系统中的指令序列，自动进行指令序列的发送。

3.根据权利要求1所述的方法，其中根据测控工作计划自动启动遥测处理进程和遥测存储进程，完成遥测数据的接收、处理、存储或转发，以便供控制计算、遥控发令、实时监视功能使用。

4.根据权利要求3所述的方法，其中实时监视功能包括实时监视测控任务规划及执行情况、进程运行情况、控制计算结果、遥测源码、遥测工程值或遥控执行结果实时显示，为实时监视卫星测控系统自动化运行状态提供直观的展示结果。

5.一种卫星地面测控系统，包括：

预报模块，其配置成根据外测数据或者GNSS数据，进行数据预处理、精密定轨和轨道预报，生成卫星星历预报、星下点预报和测站跟踪预报；

任务规划模块，其配置成根据测站跟踪预报和测控任务需求，将指定时间段内的预定义的各类操作事件按时间序列排列，形成多星统一的测站跟踪计划和测控工作计划；

控制计算模块，其配置成根据测控工作计划安排，自动关联启动多个线程并行计算多颗卫星的多个控制量，计算完成后根据遥控注入数据格式自动进行遥控数据块组包；

编排模块，其配置成根据测控工作计划，接收操作员利用遥控脚本语言进行卫星指令序列的编排，校验审批通过后存入数据库中；以及

站控模块，其配置成接收测站跟踪计划，并根据计划安排自动完成测控站设备配置，在卫星过境时自动跟踪卫星，为遥测、遥控或测距任务提供通道。

6.根据权利要求5所述的系统，其中在系统需要进行遥控上行时，由工作计划驱动指令序列，自动进行指令序列的发送。

7.根据权利要求6所述的系统，其中根据测控工作计划自动启动遥测处理进程和遥测存储进程，完成遥测数据的接收、处理、存储或转发，以便供控制计算、遥控发令、实时监视使用。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述实时监视包括实时监视测控任务规划及执行情况、进程运行情况、控制计算结果、遥测源码、遥测工程值或遥控执行结果实时显示，为实时监视卫星测控系统自动化运行状态提供直观的展示结果。

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