CN112231169B - 一种应用于卫星运控的星上存储资源预测方法 - Google Patents

一种应用于卫星运控的星上存储资源预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于卫星运控的星上存储资源预测方法，能够根据任务属性对卫星存储资源的使用情况作进行全时预测并能够预测未来一段时间内资源占用的趋势，为成像记录任务和数传回放任务的规划提供了星上资源状态信息。同时，可以根据遥测对预测模型进行优化。本发明采用的计算流程简单高效，便于工程实现，同时具有一定的普适性。

Description

一种应用于卫星运控的星上存储资源预测方法
技术领域
本发明属于卫星地面运控领域，涉及一种应用于卫星运控的星上存储资源预测方法。
背景技术
卫星运控系统的核心部分是卫星任务规划,任务规划是指根据用户需求规划未来一段时间内卫星的工作任务。但是由于卫星资源有限,在任务规划过程中需要考虑很多约束,包括卫星姿态机动能力约束、载荷工作能力约束、卫星能源约束以及数据存储资源约束等
当前的能源状态和存储资源使用情况等数据可从卫星下传的遥测数据中获得，如李立等人申请的专利“一种针对卫星规划任务的能源约束系统及方法”(申请号：201810227808.1)，正是引入了当前时刻的遥测数据对规划结果进行校正。这种方法可以满足在明确遥测状态的时刻，对未来一段时间内的任务进行规划的需求，但无法满足在没有当前状态遥测的情况下，开展任务规划的需求。考虑到低轨卫星地面站有限，无法全弧段跟踪卫星，而任务规划的需求是随时会产生的，因此这种需求是更为普遍的需求。特别是，规划具有提前性质，当前(时刻T)规划的任务很可能是规划未来T+m～T+n这段时间的任务规划需求，因为在T时刻，我们是无法获取到T+m时刻的遥测值，如果仍使用T时刻遥测值，则必然会使得相关约束值的计算产生偏差，进而导致任务规划不准确。
具体到存储资源约束来说，如果估算的存储值小于实际值，会导致卫星成像任务中获取的数据被后续任务覆盖掉，导致任务失败；如果大于实际值，会导致卫星的任务能力没有充分发挥，影响卫星在轨使用的效能；此外，对于卫星回放任务，预测不准确，会导致文件没有被完全回放的情况下，就执行了固存擦除任务，从而导致任务失败，或者浪费数传的使用弧段，同样影响卫星的使用效能。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了保证任务规划的准确度，提升星上资源状态的计算精度就成为本领域迫切需要解决的问题。本专利针对存储容量约束，提出了一种星上存储资源预测方法。
本发明解决技术的方案是：一种应用于卫星运控的星上存储资源预测方法，该方法的步骤包括：
①获取预设时间段内所有已执行或待执行的卫星任务信息，并按照任务执行时间加入到处理序列中；卫星任务包括成像记录任务、固存擦除任务和数传回放任务；
②遍历处理序列，检查是否存在待执行的卫星任务，如果有，则转步骤③；否则输出当前结果，当前结果包含每个任务执行后，存储资源的状态；
③检查当前待执行任务的合法性，检查通过则转步骤④，否则，返回步骤②；
④对当前待执行任务进行分类，若为成像记录任务，转步骤⑤，对于数传回放任务，转步骤⑥，对于固存擦除任务，转步骤⑦；
⑤通过记录时长计算记录文件大小，并设置该记录文件的使用状态为被占用状态，回放状态设置为未被回放；完成后，更新文件状态，并返回步骤②；
⑥进一步区分是顺序回放或按文件号回放，对于顺序回放，从上次顺序回放结束的位置，继续本次回放，并根据文件大小和回放时间，计算出新的回放结束位置以及哪些文件号被回放；对于按文件号回放，从上次回放结束的位置，继续本次回放，并根据文件大小和回放时间，计算文件是否被全部回放；被全部回放的文件回放状态设置为已回放；回放完成后，返回步骤②；
⑦将被擦除的文件号释放，使用状态设置为可用状态，回放状态设为未被回放，更新文件状态，并返回步骤②。
优选的，所述的预设时间段为[T0,TZ]，其中TZ为当前时刻T之后的某一时间，T0为TZ时间点以前最后一次执行固存全部擦除任务的时间。
优选的，每次成像记录任务完成轴占用的存储资源计算公式：
Figure BDA0002676062890000031
式中：sizeij为每个成像载荷产生的图像数据被记录成文件后，占用的资源大小；
Figure BDA0002676062890000032
为每个文件占用的资源大小，记为Sr；pm为载荷数量；fm记录的文件总数；totalSize为星上固存总大小；
Figure BDA0002676062890000033
式中：ΔT表示成像时长；Sp表示成像载荷每帧产生的原始图像大小；f表示帧频；r表示图像压缩比；p表示编码效率。
优选的，步骤⑥中计算文件是否被全部回放的方法是：
比较文件记录的大小Sr与计划回放量Sp的大小，若Sr＞Sp则表示不能回放完，否则，则表示可以被回放完，将文件回放状态设置为已回放。
优选的，步骤⑥中若全部文件的回放状态均为已回放，则在此时提示任务规划，插入固存全部擦除的任务，以释放占用的星上存储资源。
优选的，预测的时间段为[TZ,TS]，TS的最大值为T+7*24h。
优选的，步骤①中，任务队列为有序队列，采用任务执行时间作为主键，如果任务时间相同，则根据任务中的最后一条指令的执行时间做二次比较。
优选的，步骤②中，输出的存储资源状态，包括每个任务执行完成后，各个文件是否被占用，是否被回放，如果被占用，则占用大小是多少。
优选的，任务规划在获取到存储资源状态信息后，在规划记录任务时，将数据记录到未被占用的文件中，如果此时文件均被占用，则通过判断是否有文件被回放，如果有，则在记录任务前插入一条按文件号进行固存擦除的任务，如果没有，则记录任务规划失败；如果全部文件均被回放，则在记录任务前插入一条固存全部擦除任务。
优选的，步骤③中，对于记录任务，合法性检查通过的条件是已规划出成像弧段且指令正确生成；对于回放任务，合法性检查通过的条件是已规划出数传下传弧段且指令正确生成。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本方法充分考虑卫星工作过程中各种影响存储容量计算的变量，能够准确预测星上存储资源随着任务执行过程的变化情况，包括资源使用情况、文件回放情况等，且具备通过遥测修正预估模型的能力。
本发明提供了一种星上存储资源预测的方法，能够根据任务属性对卫星存储资源的使用情况作进行全时预测并能够预测未来一段时间内资源占用的趋势，为成像记录任务和数传回放任务的规划提供了星上资源状态信息。同时，可以根据遥测对预测模型进行优化。本发明采用的计算流程简单高效，便于工程实现，同时具有一定的普适性。
本发明的成果可用于卫星地面运控系统任务规划软件，提升任务规划结果的准确性，提升卫星在轨使用效能。
附图说明
图1是本申请的存储资源状态计算的流程图；
图2是某型号存储资源趋势变化图；
图3是固存文件的使用状态和回放状态的状态转移图；
图4是计算顺序回放结束位置的方法示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
下面将结合附图1以及本申请的实施例,对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。
本发明提出的一种星上存储资源预测方法。预测的内容包括：
1.星上存储资源剩余情况。编排的成像记录任务产生的存储占用应小于该约束。
2.每个记录文件号的使用状态(记为PS)，即文件号是否被占用，如果文件号被占用，(PS＝TRUE)，则不能被再次使用，否则会覆盖原文件内容，所以在任务规划中要引入约束，评估是否有覆盖数据的情况。状态转移图见图3。
3.每个文件的回放状态(记为RS)，即是否被回放过，如果被回放过(RS＝TRUE)，则可在卫星任务中，将该文件擦除，以释放存储空间执行更多成像记录任务。状态转移图见图3。
4.上次顺序回放的位置，在有顺序回放需求时，可以继续回放上次未完成内容，可节约数传资源。
需求场景：当前时刻T(当日0时)，任务规划软件拟规划T+24h～T+48h这一区间的任务，已知在此之前(T～T+24h)已规划了如下5个任务，分别是：
·02:07:32固存擦除任务，清除所有星上资源占用
·05:38:18成像记录任务，记录文件号1
·06:05:56成像记录任务，记录文件号2
·15:21:51成像记录任务，记录文件号3
·17:11:45数传回放任务，回放文件号1。
以上所有任务的信息均已存储到数据库中，对于成像记录任务，任务的信息包含成像起止时间，记录的文件号等信息；对于固存擦除任务，包含擦除时间，擦除的文件号(或全部擦除)；对于回放任务，需包含回放起止时间，回放的类型(按文件号或顺序回放)等内容；任务的状态包括：已取消、失败、待执行和已执行等。上述固存擦除任务包括固存全部擦除和按文件号擦除两种情况。
由于没有遥测数据做支撑，因此，要想获得T+24h时刻的存储资源约束条件，需利用本发明提供的方法进行预测。
具体步骤如下：
①为提升计算效率，获取卫星任务时，只从数据库中加载执行时间在[T0,T+24h]内所有已执行或待执行的卫星任务信息，并加入到处理序列中，其中T0为T+24h以前最后一次执行固存全部擦除任务的时间，因为执行该操作后，星上存储资源将全部释放，可作为预测的初始状态，T+24h为预测截止时间。该队列为有序队列，会按照任务的执行时间作为排序依据，升序排列，目的是能够按时序对星上固存的使用过程进行准确的描述。
②软件开始依次处理队列中的任务，如果队列中没有任务，则输出当前结果到数据库中。若队列中包含待执行任务，则执行步骤③；
结果记录了每一任务执行后，存储资源(flash_usage)的使用情况，直到T+24h时刻为止。
flash_usage计算公式：
Figure BDA0002676062890000061
参数含义：sizeij为每个成像载荷产生的图像数据被记录成文件后，占用的资源大小；
Figure BDA0002676062890000062
为每个文件占用的资源大小，可记为Sr；pm为载荷数量；fm记录的文件总数；totalSize为星上固存总大小。
其中，sizeij的计算公式：
Figure BDA0002676062890000063
参数含义：ΔT表示成像时长，来源于任务信息；Sp表示成像载荷每帧产生的原始图像大小，来源于卫星参数；f表示帧频，可根据地面对卫星的设置情况进行动态调整；r表示图像压缩比，可根据地面对卫星的设置情况进行动态调整，支持手工矫正；p表示编码效率。
其中，p的计算公式为：
Figure BDA0002676062890000064
参数含义：Lf表示数传帧长度，Lp表示数传帧中数据域的长度。
通过以上计算方法，可以得到每次成像记录任务完成后占用的资源大小，进而计算得到资源占用率。
③检查当前待执行任务的合法性，包括任务信息的格式等，通过则到步骤④，否则，返回步骤②。
④对当前待执行任务进行分类，即任务是成像记录任务还是数传回放任务，对于记录任务，到步骤⑤，对于回放任务，到步骤⑥，对于固存擦除任务，到步骤⑦。
⑤对于记录任务，获取成像时长以及文件号，根据公式计算得出本次任务执行后的资源占用率(flash_usage)，同时将该文件的使用状态设置为被占用，回放状态为未被回放；完成后，更新文件状态，并返回步骤②。
⑥进一步区分是顺序回放或按文件号回放。对于顺序回放，从上次顺序回放结束的位置PO，继续本次回放，根据回放量Sp，记录新的回放结束的位置PN，PN＝PO+Sp，见图4所示，并根据每个文件的大小Sri计算这其中有哪些文件被全部回放完，如图中，File1、File2和File3已被回放，则此三个文件号的回放状态可设置为已回放，File4维持未回放状态。对于按文件号回放，则直接计算该回放时间内能否将整个文件回放完，计算方法是，比较文件记录的大小Sr(记录任务时，已计算出具体数值)与计划回放量Sp的大小，Sr＞Sp则表示不能回放完，否则，则表示可以被回放完，可以将文件回放状态设置为已回放。
其中，Sp的计算公式为：
Sp＝ΔT×Vp
参数含义：ΔT表示回放时长，Vp表示回放速率。
如果全部文件的回放状态均为已回放，则在此时提示任务规划，可以插入固存全部擦除的任务，以释放占用的星上存储资源。
以上完成后，返回步骤②。
⑦对于擦除任务，则将被擦除的文件使用状态设置为可用状态，回放状态设为未被回放。完成后，更新文件状态，并返回步骤②。
以上步骤全部执行完毕后，可得到图2所示结果：执行完固存擦除任务后，资源占用率为0，执行完前三次成像任务后，资源占用率将为0.394％，执行完最后的回放任务后，由于其回放的是1号文件，因此资源占用率将下降至0.388％，差值正是1号文件记录的大小。如当天再无其他任务，则对T+24h时刻起的任务规划，可以引入0.394％作为资源占用的约束值。
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)

1.一种应用于卫星运控的星上存储资源预测方法，其特征在于该方法的步骤包括：
①获取预设时间段内所有已执行或待执行的卫星任务信息，并按照任务执行时间加入到处理序列中；卫星任务包括成像记录任务、固存擦除任务和数传回放任务；
②遍历处理序列，检查是否存在待执行的卫星任务，如果有，则转步骤③；否则输出当前结果，当前结果包含每个任务执行后，存储资源的状态；
③检查当前待执行任务的合法性，检查通过则转步骤④，否则，返回步骤②；
④对当前待执行任务进行分类，若为成像记录任务，转步骤⑤，对于数传回放任务，转步骤⑥，对于固存擦除任务，转步骤⑦；
⑤通过记录时长计算记录文件大小，并设置该记录文件的使用状态为被占用状态，回放状态设置为未被回放；完成后，更新文件状态，并返回步骤②；
⑥进一步区分是顺序回放或按文件号回放，对于顺序回放，从上次顺序回放结束的位置，继续本次回放，并根据文件大小和回放时间，计算出新的回放结束位置以及哪些文件号被回放；对于按文件号回放，从上次回放结束的位置，继续本次回放，并根据文件大小和回放时间，计算文件是否被全部回放；被全部回放的文件回放状态设置为已回放；回放完成后，返回步骤②；
⑦将被擦除的文件号释放，使用状态设置为可用状态，回放状态设为未被回放，更新文件状态，并返回步骤②。
2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：所述的预设时间段为[T0,TZ]，其中TZ为当前时刻T之后的某一时间，T0为TZ时间点以前最后一次执行固存全部擦除任务的时间。
3.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：每次成像记录任务完成轴占用的存储资源计算公式：
Figure FDA0002676062880000021
式中：sizeij为每个成像载荷产生的图像数据被记录成文件后，占用的资源大小；
Figure FDA0002676062880000022
为每个文件占用的资源大小，记为Sr；pm为载荷数量；fm记录的文件总数；totalSize为星上固存总大小；
Figure FDA0002676062880000023
式中：ΔT表示成像时长；Sp表示成像载荷每帧产生的原始图像大小；f表示帧频；r表示图像压缩比；p表示编码效率。
4.根据权利要求1或3所述的预测方法，其特征在于：步骤⑥中计算文件是否被全部回放的方法是：
比较文件记录的大小Sr与计划回放量Sp的大小，若Sr＞Sp则表示不能回放完，否则，则表示可以被回放完，将文件回放状态设置为已回放。
5.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤⑥中若全部文件的回放状态均为已回放，则在此时提示任务规划，插入固存全部擦除的任务，以释放占用的星上存储资源。
6.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：预测的时间段为[TZ,TS]，TS的最大值为T+7*24h。
7.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤①中，任务队列为有序队列，采用任务执行时间作为主键，如果任务时间相同，则根据任务中的最后一条指令的执行时间做二次比较。
8.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤②中，输出的存储资源状态，包括每个任务执行完成后，各个文件是否被占用，是否被回放，如果被占用，则占用大小是多少。
9.根据权利要求8所述的预测方法，其特征在于：任务规划在获取到存储资源状态信息后，在规划记录任务时，将数据记录到未被占用的文件中，如果此时文件均被占用，则通过判断是否有文件被回放，如果有，则在记录任务前插入一条按文件号进行固存擦除的任务，如果没有，则记录任务规划失败；如果全部文件均被回放，则在记录任务前插入一条固存全部擦除任务。
10.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤③中，对于记录任务，合法性检查通过的条件是已规划出成像弧段且指令正确生成；对于回放任务，合法性检查通过的条件是已规划出数传下传弧段且指令正确生成。
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