CN111478727B

CN111478727B - 一种卫星星座的任务规划方法及系统

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Publication number: CN111478727B
Application number: CN202010473077.6A
Authority: CN
Inventors: 赵元瑞; 梁广; 顾馨月; 梁旭文; 刘会杰; 程睿; 孙思月; 姜兴龙; 马菁涛; 吕松玲; 朱华; 田丰
Original assignee: Shanghai Engineering Center for Microsatellites; Innovation Academy for Microsatellites of CAS
Current assignee: Shanghai Engineering Center for Microsatellites; Innovation Academy for Microsatellites of CAS
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: CN111478727A

Abstract

本发明公开一种卫星星座的任务规划方法及系统，其中卫星星座包括按规律布置的，且没有星间链路的N颗在轨作业卫星，以及任务规划系统包括一颗轨道的运行方向与在轨作业卫星相反的任务规划卫星。在轨作业卫星的注入任务规划表的允许时间不晚于任务开始前30分钟；以及任务规划卫星通过测控通道接收在轨作业卫星对观察位置的观察结果，进行任务规划，形成新的任务规划表，通过测控通道发送给下一过观察位置的在轨作业卫星。

Description

一种卫星星座的任务规划方法及系统

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种卫星星座的任务规划方法及系统。

背景技术

卫星上密集安装了各类电子电气设备，其功能性强大，用途非常广泛，可应用于科学探测和研究、天气预报、土地资源调查、土地利用、区域规划、通信、跟踪、导航等各个领域。为了实现一些特定的空间任务，往往还需要将一群卫星按一定规律布置，以形成卫星星座。

现有的卫星星座具有完善的运控、以及应用系统，但在无星间链路的情况下，卫星间无法进行通信。因此，现有卫星星座的各个卫星都是单独完成任务。卫星在过境期间，接收地面测控站上注的任务规划表，以确定和执行后续的任务，其每次执行的任务依赖于任务规划表内的规划内容。这样固定的任务形式使得现有卫星星座难以凝视待观察位置或对其进行长时间观察，以至于无法进行更为及时的响应和细致的分析。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种卫星星座的任务规划系统，其中所述卫星星座包括按规律布置的N颗在轨作业卫星，且所述在轨作业卫星间没有星间链路，所述在轨作业卫星的注入任务规划表的允许时间被配置为不晚于任务开始前30分钟；

所述任务规划系统包括一颗任务规划卫星，所述任务规划卫星与所述在轨作业卫星通过测控通道实现信息交互，用于进行任务规划，所述任务规划卫星与所述在轨作业卫星的轨道的运行方向相反。

进一步地，所述任务规划卫星包括：

任务表模块，用于接收所述在轨作业卫星下发的观察结果，并根据所述观察结果规划生成第一任务规划表；

搜索模块，用于接收地面测控站上传的在轨作业卫星的轨道及星历，并根据所述轨道及星历计算下一个过观察位置的在轨作业卫星的卫星编号；以及

合并模块，用于合并所述第一任务规划表与所述计算得到的卫星编号，以生成能够通过测控上注的第二任务规划表。

进一步地，所述任务规划卫星的轨道低于所述在轨作业卫星的轨道。

进一步地，所述任务规划卫星的轨道平行于所述在轨作业卫星的轨道。

本发明另一方面提供一种卫星星座的任务规划方法，以控制在轨作业卫星对指定的观察位置进行长时间观察，所述任务规划方法包括：

任务规划卫星根据各个在轨作业卫星的轨道及星历，计算下一个到达所述观察位置的在轨作业卫星的卫星编号；

任务规划卫星根据当前位于所述观察位置的在轨作业卫星的观察结果制定第一任务规划表；

任务规划卫星将前述步骤计算得到的卫星编号根据格式编写入前述步骤规划出的第一任务规划表中，形成第二任务规划表，然后将所述第二任务规划表发送给下一个到达所述观察位置的在轨作业卫星；以及

下一个到达所述观察位置的在轨作业卫星接收到所述第二任务规划表后，判断现有的任务规划表中是否包含所述第二任务规划表中的内容：

若未包含，则更新任务规划表；以及

若包含，则所述在轨作业卫星内现有的任务规划表不作变化。

进一步地，所述在轨作业卫星的轨道及星历由地面测控站上传至所述任务规划卫星。

进一步地，所述任务规划表的更新包括:比较所述第二任务规划表中的新增任务与现有的任务规划表中下一个作业的时间：

若所述新增任务的时间早于所述下一个作业的时间，则将所述新增任务添加至所述在轨作业卫星内现有的任务规划表的最前面，并删除当前入境时间以前的作业任务，以及与新增任务时间相近的下一作业时间；

若所述新增任务的时间晚于所述下一个作业的时间，但两者的时间差不超过十分钟，则将所述新增任务添加至所述在轨作业卫星内现有的任务规划表的最前面，并删除当前入境时间以前的作业任务，以及与新增任务时间相近的下一作业时间；以及

若所述新增任务的时间晚于所述下一个作业的时间，但两者的时间差超过三十分钟，则将所述新增任务按照时间顺序添加至所述在轨作业卫星内现有的任务规划表中。

进一步地，所述任务规划卫星通过测控通道发送第二任务规划表给所述在轨作业卫星。

进一步地，若所述任务规划卫星的轨道低于所述在轨作业卫星的轨道时，则所述在轨作业卫星的观察结果由所述在轨作业卫星直接下发给所任务规划卫星。

进一步地，若所述任务规划卫星的轨道平行于所述在轨作业卫星的轨道时，则所述在轨作业卫星的观察结果由所述在轨作业卫星入境后下发至终端，然后由终端上传至所述任务规划卫星。

本发明提供的一种卫星星座的任务规划方法及系统，通过增加任务规划卫星的方式，来解决应急和星间通信的问题，从而达到增强该星座性能的目的。所述任务规划卫星又可称为“司令塔”，“司令塔”通过接收在轨作业卫星下传的结果数据，以及地面测控站发送的卫星星座的轨道以及星历等信息，自主规划下一个进入待观察区域的在轨作业卫星的任务，增强了所述卫星星座的使用能力，在原来星座内卫星能够单独完成任务的基础上，进行了组队式的长时间观察待观察位置，并能够快速做出响应，增强了卫星星座的性能。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种卫星星座任务规划系统的布局示意图；

图2示出本发明一个实施例的一种卫星星座与任务规划卫星的数据流示意图；以及

图3示出本发明一个实施例的任务规划卫星内工作流程示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

针对现有卫星星座难以对待观察位置进行凝视和长时间观察的问题，本发明在现有卫星星座基础上增加了卫星“司令塔”的通信卫星，形成了卫星星座的任务规划系统，并提供了基于所述任务规划系统的卫星星座的任务规划的方法。下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种卫星星座的任务规划系统的布局示意图。如图1所示，一种卫星星座的任务规划系统，用于为卫星星座进行任务规划，其中，所述卫星星座包括N颗在轨作业卫星，其中N为自然数，所述任务规划系统包括一颗任务规划卫星2。在图1中示出的卫星星座包括11,12,13,…,112共计12颗在轨作业卫星，但应当理解的是，在本发明的其他实施例中，也可以根据任务需求，布置不同数量的在轨作业卫星。

如图1所示，所述N颗在轨作业卫星根据需求按一定的规律布置，同时，所述各个在轨作业卫星间没有星间链路。为了实现任务规划，所述在轨作业卫星的注入任务规划表的允许时间被配置为不晚于任务开始前30分钟。

所述任务规划卫星2主要用于提供所述在轨作业卫星的任务规划，其与所述在轨作业卫星通过测控通道实现信息交互，如图2所示，当在轨作业卫星11入境后，所述在轨作业卫星11会下发观察之后的观察结果给终端3，同时下发给任务规划卫星2。当任务规划卫星2接收到所述在轨作业卫星11下发的观察结果后，首先根据由测控站4上传的在轨作业卫星的轨道及星历，计算出即将过观察位置的在轨作业卫星12的卫星编号，然后将结合在轨作业卫星11下传的观察结果规划出的任务规划表上注给即将过观察位置的在轨作业卫星12。为了实现上述功能，所述任务规划卫星与所述在轨作业卫星的轨道的运行方向相反，且在本发明的一个实施例中，所述任务规划卫星的轨道低于所述在轨作业卫星的轨道，在本发明的又一个实施例中，所述任务规划卫星的轨道平行于所述在轨作业卫星的轨道。

根据所述任务规划卫星需要实现的功能，在本发明的一个实施例中，所述任务规划卫星2的工作流程如图3所示，包括：

通过任务表模块201接收所述在轨作业卫星的观察结果，并根据所述观察结果规划第一任务规划表；其中，当所述任务规划卫星的轨道低于所述在轨作业卫星的轨道时，所述观察结果由所述在轨作业卫星直接下发给所述任务规划卫星；以及，当所述任务规划卫星的轨道平行于所述在轨作业卫星的轨道时，所述观察结果由所述在轨作业卫星入境后下发至终端，然后由终端经由测控通道上传至所述任务规划卫星；

通过搜索模块202接收地面测控站上传的在轨作业卫星的轨道及星历，并根据所述轨道及星历计算下一个过观察位置的在轨作业卫星的卫星编号；以及

通过合并模块203合并所述第一任务规划表与计算得到的卫星编号，以生成能够通过测控上注的第二任务规划表。

所述第二任务规划表生成后，通过测控通道上注给下一个到达所述观察位置的在轨作业卫星。当下一个经过所述观察位置的在轨作业卫星接收到所述第二任务规划表后，通过判断现有的任务规划表中是否包含所述第二任务规划表中的内容，来确定是否更新卫星内的任务规划表：

若未包含，则更新任务规划表，并按照新的任务规划表开始执行任务；以及

若包含，则不更新卫星内现有的任务规划表，仍按照原有的任务规划表执行任务。

在本发明的一个实施例中，所述任务规划表的更新包括：比较所述第二任务规划表中的新增任务与现有的任务规划表中下一个作业的时间：

基于本发明实施例中提供的卫星星座的任务规划方法，可以实现卫星星座的自主任务规划，并最终实现对指定的观察位置的长时间观察。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims

1.一种卫星星座的任务规划系统，其中，所述卫星星座包括N颗在轨作业卫星，且所述在轨作业卫星间没有星间链路，其中，N为自然数，其特征在于：

所述在轨作业卫星的注入任务规划表的允许时间被配置为不晚于任务开始前30分钟；以及

所述任务规划系统包括一颗任务规划卫星，其被配置为进行任务规划，所述任务规划卫星与所述在轨作业卫星通过测控通道实现信息交互，且所述任务规划卫星与所述在轨作业卫星的轨道的运行方向相反，所述任务规划卫星包括：

任务表模块，其被配置为接收所述在轨作业卫星下发的观察结果，并根据所述观察结果规划第一任务规划表；

搜索模块，其被配置为接收地面测控站通过测控通道上传的在轨作业卫星的轨道及星历，并根据所述轨道及星历计算下一个过观察位置的在轨作业卫星的卫星编号；以及

合并模块，其被配置为合并所述第一任务规划表与计算得到的卫星编号，以生成第二任务规划表。

2.如权利要求1所述的任务规划系统，其特征在于，所述任务规划卫星的轨道低于所述在轨作业卫星的轨道。

3.如权利要求1所述的任务规划系统，其特征在于，所述任务规划卫星的轨道平行于所述在轨作业卫星的轨道。

4.如权利要求1所述的任务规划系统，其特征在于，所述第二任务规划表被配置为能够通过测控通道，上注给所述在轨作业卫星。

5.一种基于如权利要求1-4任一所述的任务规划系统的任务规划方法，其特征在于，包括步骤：

任务规划卫星根据各个在轨作业卫星的轨道及星历，计算下一个到达观察位置的在轨作业卫星的卫星编号；

任务规划卫星将前述步骤计算得到的卫星编号写入所述第一任务规划表中，形成第二任务规划表，然后将所述第二任务规划表发送给下一个到达所述观察位置的在轨作业卫星；以及

所述下一个到达所述观察位置的在轨作业卫星接收到所述第二任务规划表后，判断卫星内现有的任务规划表中是否包含所述第二任务规划表中的内容：

若未包含，则更新任务规划表；以及

若包含，则不更新任务规划表。

6.如权利要求5所述的任务规划方法，其特征在于，所述更新任务规划表包括比较所述第二任务规划表中的新增任务与现有的任务规划表中下一个作业的时间：

7.如权利要求5所述的任务规划方法，其特征在于，所述任务规划卫星通过测控通道将所述第二任务规划表发送给所述下一个到达所述观察位置的在轨作业卫星。

8.如权利要求5所述的任务规划方法，其特征在于，当所述任务规划卫星的轨道低于所述在轨作业卫星的轨道时，所述当前位于所述观察位置的在轨作业卫星的观察结果由所述在轨作业卫星直接下发给所述任务规划卫星。

9.如权利要求5所述的任务规划方法，其特征在于，当所述任务规划卫星的轨道平行于所述在轨作业卫星的轨道时，所述当前位于所述观察位置的在轨作业卫星的观察结果由所述在轨作业卫星入境后下发至终端，然后由终端上传至所述任务规划卫星。