CN110535523A - 一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法 - Google Patents

一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法 Download PDF

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Abstract

一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，涉及天基测控通信领域；包括如下步骤：步骤一、用户航天器向地面运控中心发出任务请求；步骤二、地面运控中心统计中继星资源分配情况，并生成工作程序注入包文件；步骤三、地面运控中心通过将工作程序注入包文件上行到用户航天器的中继用户终端；步骤四、中继用户终端将工作程序注入包存入内部存储单元；作为用户航天器的中继用户终端进行星间自主切换跟踪的初始条件；步骤五、中继用户终端按中继星编号，依次执行中继天线跟踪中继星动作，直至完成自主跟踪任务；本发明通过星地配合，既可以降低地面站的管控压力，又可以有效实现用户航天器的自主工作，确保中继任务准确高效的完成。

Description

一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法
技术领域
本发明涉及一种天基测控通信领域，特别是一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法。
背景技术
中继用户终端是空间站对外通信联系的主要手段，捕获跟踪中继星，建立与中继星的前、返向链路(S频段和Ka频段)，通过中继星实现空间站与地面站之间的数据传输，提供地面测距手段。
中继用户终端对中继星跟踪采用程序跟踪与自动跟踪相结合的方式，空间站进入中继星覆盖区时，中继用户终端设备开机工作，根据飞行程序指令安排，计算天线的俯仰角和方位角数据，驱动天线程序指向中继星。
目前我国在轨的一代中继星有四颗，二代中继星有一颗，中继用户终端对不同中继星跟踪采用强制切换的方式进行。星上设备开关机指令和切星指令由地面管控人员通过地面站发送执行。随着中国空间站的建设成功，中继任务会变得越来越多，越来越复杂，地面管控人员的管控压力也会越来越大。因此，在一定条件下，如果中继天线在每个跟踪弧段能够自主指向相应的中继星，那么地面将省去上述一系列操作，可以有效减轻地面管控的压力。
中国发明专利105187116A公开了一种星载中继用户终端系统任务控制包生成方法及执行方法，该发明根据给定卫星的总线通信协议数据包格式，规划任务控制包有效数据区，由中继用户终端参数修正包配合中继用户终端工作包完成中继用户终端的一次任务执行。该方法未涉及用户航天器中继天线对不同中继星之间的切换方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，通过星地配合，既可以降低地面站的管控压力，又可以有效实现用户航天器的自主工作，确保中继任务准确高效的完成。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，包括如下步骤：
步骤一、用户航天器向地面运控中心发出任务请求；
步骤二、地面运控中心根据用户航天器的任务请求统计中继星资源分配情况，并生成用户航天器的工作程序注入包文件；
步骤三、地面运控中心通过测控链路将工作程序注入包文件上行到用户航天器的中继用户终端；
步骤四、中继用户终端将工作程序注入包存入内部存储单元；作为用户航天器的中继用户终端进行星间自主切换跟踪的初始条件；
步骤五、中继用户终端按中继星编号，依次执行中继天线跟踪中继星动作，直至完成自主跟踪任务。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，所述的步骤一中，任务请求包括任务时间和任务所需数据容量。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，所述步骤二中，中继星资源分配情况包括：S1、筛选航天器的任务时间内能用的中继星；S2、从能用的中继星选出满足任务所需数据容量的中继星个数。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，所述工作程序注入包文件包括起始时刻、跟踪中继星号、任务状态和结束时刻。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，起始时刻和结束时刻均采用北京时间；设定所需中继卫星个数为n；n为大于等于1的正整数；对中继卫星按顺序依次编号，得到跟踪中继星号；任务状态主要是指中继用户终端设备工作状态，包含主备份、通道数和传输数据速率。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，所述步骤五中，中继用户终端执行中继天线跟踪中继星的具体步骤为：
S1、中继用户终端接收地面运控中心传来的启动自主管理模式指令；开始工作；
S2、中继用户终端对存入内部存储单元的工作程序注入包进行解析；得到当前跟踪中继星号；并判断是否存在下一个跟踪中继星号；若存在进入S3；否则进入S7；
S3、解析得到当前时刻T0和跟踪下一个中继星的起始时刻Tsn；对Tsn-T0的差值进行判断；当Tsn-T0的差值大于a时，进入S4；否则进入S5；
S4、中继用户终端自动对内部单机设备进行关机；
S5、当到达b时刻，中继用户终端自动开启内部单机设备；启动中继天线；
S6、在Tsn时刻，中继天线指向下一个中继星，开始跟踪，并执行测控通信任务；直至完成该中继星跟踪工作，进入S2；
S7、完成全部中继星的跟踪；
S8、中继用户终端自动对内部单机设备进行关机；结束此次任务。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，所述S3中，a为12h。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，所述S4中，b为下一中继星的起始时刻Tsn前5分钟。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，所述S6中，中继天线跟踪中继星的模式包括程序跟踪、程序跟踪+自跟踪和程序跟踪+螺旋扫描+自跟踪中的一种模；
程序跟踪为根据GPS定位信息或航天器轨道信息，结合航天器舱体姿态信息进行程序指向角度计算，驱动中继天线指向中继星；程序跟踪包括GPS程序跟踪和轨道程序跟踪；
螺旋扫描为中继天线按照螺旋扫描方式由内向外进行搜索；当接收到中继星信标信号强度达到捕获门限时，停止搜索转入自跟踪；
自跟踪为中继天线接收中继星的信标信号，控制中继天线指向中继星信标信号的来波方向。
在上述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，所述S6中，完成该中继星跟踪工作的判断方法为：
S1、当中继天线处于限位状态，但尚未出该中继星测控区时，则结束跟踪该中继星；
S2、当中继卫星为未限位状态，即便出该中继星测控区，仍继续跟踪该中继星；直至中继卫星到达限位状态或者到达跟踪下一中继星的起始时刻Tsn前5分钟，则结束跟踪该中继星。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明基于星地配合工作，有效的发挥了地面管控系统的灵活任务配置能力；
(2)本发明实现了用户航天器的在轨自主工作，在长期管控期间可以有效的减轻地面管控的压力；
(3)本发明中用户航天器严格按照工作程序文件和进出站时间工作，逻辑清晰简单，灵活性高，且实现和使用操作方便；
(4)本发明中用户航天器在不执行任务或者没有中继星资源时，可以有效减少中继天线无谓的转动，对中继天线寿命较为有利；
(5)本发明综合考虑了跟踪过程中用户航天器姿态发生变化，避免了限位对中继天线可靠性的影响。
附图说明
图1为本发明中继用户终端自主切换跟踪中继星流程图；
图2为本发明中继用户终端执行中继天线跟踪中继星流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，地面运控中心根据用户航天器的申请任务内容和中继星的可用资源，编制用户航天器的工作程序文件，用户航天器根据工作程序文件内容执行跟踪与数据传输任务。该方法逻辑简单，灵活性高，能有效减轻地面管控的压力。
如图1所示为中继用户终端自主切换跟踪中继星流程图，由图可知，一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，包括如下步骤：
步骤一、用户航天器向地面运控中心发出任务请求；其中，任务请求包括任务时间和任务所需数据容量。
步骤二、地面运控中心根据用户航天器的任务请求统计中继星资源分配情况，中继星资源分配情况包括：S1、筛选航天器的任务时间内能用的中继星；S2、从能用的中继星选出满足任务所需数据容量的中继星个数。并生成用户航天器的工作程序注入包文件。工作程序注入包文件包括起始时刻、跟踪中继星号、任务状态和结束时刻。
其中，起始时刻和结束时刻均采用北京时间；设定所需中继卫星个数为n；n为大于等于1的正整数；对中继卫星按顺序依次编号，得到跟踪中继星号；任务状态主要是指中继用户终端设备工作状态，包含主备份、通道数和传输数据速率。
步骤三、地面运控中心通过测控链路将工作程序注入包文件上行到用户航天器的中继用户终端；
步骤四、中继用户终端将工作程序注入包存入内部存储单元；作为用户航天器的中继用户终端进行星间自主切换跟踪的初始条件；
步骤五、中继用户终端按中继星编号，依次执行中继天线跟踪中继星动作，直至完成自主跟踪任务。如图2所示为中继用户终端执行中继天线跟踪中继星流程示意图，由图可知，中继用户终端执行中继天线跟踪中继星的具体步骤为：
S1、中继用户终端接收地面运控中心传来的启动自主管理模式指令；开始工作。
S2、中继用户终端对存入内部存储单元的工作程序注入包进行解析；得到当前跟踪中继星号；并判断是否存在下一个跟踪中继星号；若存在进入S3；否则进入S7。
S3、解析得到当前时刻T0和跟踪下一个中继星的起始时刻Tsn；对Tsn-T0的差值进行判断；当Tsn-T0的差值大于a时，进入S4；否则进入S5；a为12h。
S4、中继用户终端自动对内部单机设备进行关机。当中继用户终端长期不工作时，对其内部单机设备进行关机操作，避免设备长期加电影响寿命。
S5、当到达b时刻，中继用户终端自动开启内部单机设备；启动中继天线；b为下一中继星的起始时刻Tsn前5分钟。
S6、在Tsn时刻，中继天线指向下一个中继星，开始跟踪，并执行测控通信任务；直至完成该中继星跟踪工作，进入S2；中继天线跟踪中继星的模式包括程序跟踪、程序跟踪+自跟踪和程序跟踪+螺旋扫描+自跟踪3种模式；可以通过指令控制切换。
程序跟踪为根据GPS定位信息或航天器轨道信息，结合航天器舱体姿态信息进行程序指向角度计算，驱动中继天线指向中继星；程序跟踪包括GPS程序跟踪和轨道程序跟踪；
螺旋扫描为中继天线按照螺旋扫描方式由内向外进行搜索；当接收到中继星信标信号强度达到捕获门限时，停止搜索转入自跟踪；
自跟踪为中继天线接收中继星的信标信号，控制中继天线指向中继星信标信号的来波方向。
完成该中继星跟踪工作的判断方法为：
S1、当中继天线处于限位状态，但尚未出该中继星测控区时，则结束跟踪该中继星；
S2、当中继卫星为未限位状态，即便出该中继星测控区，仍继续跟踪该中继星；直至中继卫星到达限位状态或者到达跟踪下一中继星的起始时刻Tsn前5分钟，则结束跟踪该中继星。
S7、完成全部中继星的跟踪。
S8、中继用户终端自动对内部单机设备进行关机；结束此次任务。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、用户航天器向地面运控中心发出任务请求；
步骤二、地面运控中心根据用户航天器的任务请求统计中继星资源分配情况，并生成用户航天器的工作程序注入包文件；
步骤三、地面运控中心通过测控链路将工作程序注入包文件上行到用户航天器的中继用户终端；
步骤四、中继用户终端将工作程序注入包存入内部存储单元；作为用户航天器的中继用户终端进行星间自主切换跟踪的初始条件；
步骤五、中继用户终端按中继星编号，依次执行中继天线跟踪中继星动作，直至完成自主跟踪任务。
2.根据权利要求1所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：所述的步骤一中，任务请求包括任务时间和任务所需数据容量。
3.根据权利要求2所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：所述步骤二中，中继星资源分配情况包括：S1、筛选航天器的任务时间内能用的中继星；S2、从能用的中继星选出满足任务所需数据容量的中继星个数。
4.根据权利要求3所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：所述工作程序注入包文件包括起始时刻、跟踪中继星号、任务状态和结束时刻。
5.根据权利要求4所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：起始时刻和结束时刻均采用北京时间；设定所需中继卫星个数为n；n为大于等于1的正整数；对中继卫星按顺序依次编号，得到跟踪中继星号；任务状态主要是指中继用户终端设备工作状态，包含主备份、通道数和传输数据速率。
6.根据权利要求5所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：所述步骤五中，中继用户终端执行中继天线跟踪中继星的具体步骤为：
S1、中继用户终端接收地面运控中心传来的启动自主管理模式指令；开始工作；
S2、中继用户终端对存入内部存储单元的工作程序注入包进行解析；得到当前跟踪中继星号；并判断是否存在下一个跟踪中继星号；若存在进入S3；否则进入S7；
S3、解析得到当前时刻T0和跟踪下一个中继星的起始时刻Tsn；对Tsn-T0的差值进行判断；当Tsn-T0的差值大于a时，进入S4；否则进入S5；
S4、中继用户终端自动对内部单机设备进行关机；
S5、当到达b时刻，中继用户终端自动开启内部单机设备；启动中继天线；
S6、在Tsn时刻，中继天线指向下一个中继星，开始跟踪，并执行测控通信任务；直至完成该中继星跟踪工作，进入S2；
S7、完成全部中继星的跟踪；
S8、中继用户终端自动对内部单机设备进行关机；结束此次任务。
7.根据权利要求6所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：所述S3中，a为12h。
8.根据权利要求7所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：所述S4中，b为下一中继星的起始时刻Tsn前5分钟。
9.根据权利要求8所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：所述S6中，中继天线跟踪中继星的模式包括程序跟踪、程序跟踪+自跟踪和程序跟踪+螺旋扫描+自跟踪3中模式；
程序跟踪为根据GPS定位信息或航天器轨道信息，结合航天器舱体姿态信息进行程序指向角度计算，驱动中继天线指向中继星；程序跟踪包括GPS程序跟踪和轨道程序跟踪；
螺旋扫描为中继天线按照螺旋扫描方式由内向外进行搜索；当接收到中继星信标信号强度达到捕获门限时，停止搜索转入自跟踪；
自跟踪为中继天线接收中继星的信标信号，控制中继天线指向中继星信标信号的来波方向。
10.根据权利要求9所述的一种中继用户终端自主切换跟踪中继星的方法，其特征在于：所述S6中，完成该中继星跟踪工作的判断方法为：
S1、当中继天线处于限位状态，但尚未出该中继星测控区时，则结束跟踪该中继星；
S2、当中继卫星为未限位状态，即便出该中继星测控区，仍继续跟踪该中继星；直至中继卫星到达限位状态或者到达跟踪下一中继星的起始时刻Tsn前5分钟，则结束跟踪该中继星。
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