CN113346939A - 具有窄带通信与信息转发功能的卫星指令上注系统及方法 - Google Patents

Abstract

具有窄带通信与信息转发功能的卫星指令上注系统及方法，属于卫星测控技术领域，解决现有卫星在运行管理中设备成本高、上行机会受区域限制、应急能力差等难题。包括测控计划管理模块，指令上注作业模块，指令管理模块，重点遥测参数解析模块和遥测接收模块；本发明采用天基测控手段，显著的增加了指令的上注机会，在一定程度上解决了传统固定测控站在执行任务时受到弧段的限制，且应急性较差等系列问题，大大降低在轨卫星自主管理的门槛，节约了管理过程中所需的成本；同时，本系统也具有对多颗卫星接力遥控，同时段遥控的能力，并能够在第一时间内发现卫星存在的安全问题，及时完成星上状态的处置，最大程度上保障卫星在轨运行的安全。

Description

具有窄带通信与信息转发功能的卫星指令上注系统及方法

技术领域

本发明属于卫星测控技术领域，具体为一种利用具有窄带通信与信息转发功能的卫星指令上注系统及方法，适用于卫星指令上注领域。

背景技术

卫星测控是保障卫星正常在轨运行的基础。传统模式下，测控站可分为陆地测控站与海上测控站两类，二者的局限如下：

陆地测控站：陆地测控设备部署于地面，在卫星进入有效的测控范围后，根据卫星下发的遥测信息，进行上行业务；陆地测控设备移动较为困难，因此，设备所处地理位置的高程、遮挡物、及在过境时的仰角，都将影响业务上行有效弧段的长度，同时，在卫星脱离地面站测控弧段后，将失去指令上行能力。

海上测控站：海上测控设备部署于船上，例如远望测量船，由于地理因素，太平洋等部分区域无法直接部署测控设备，其指令上注流程与陆地测控站一致。

采用传统的固定陆地测控站进行指令上注，在这种模式下，为了具备更多的指令上注机会，需要在不同地理位置建设陆地测控站，成本投入较大；其次，由于地形、高程，地理位置等因素，传统的固定陆地测控站可执行任务的时间受弧段限制，应急性较差，局限性强。

发明内容

本发明为解决现有卫星在运行管理中设备成本高、上行机会受区域限制、应急能力差等难题。提供一种利用具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统及方法。

具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统，包括测控计划管理模块，指令上注作业模块，指令管理模块，重点遥测参数解析模块和遥测接收模块；

所述测控计划管理模块用于实现作业计划统一管理，并对作业计划进行增加、删除、修改、查询，并完成作业的定时触发与结束的操作；

所述遥测接收模块用于建立遥测接收通道，实时监听卫星遥测信号，将接收到的遥测数据进行校验，校验通过后传送遥测数据块至重点遥测参数解析模块；

所述重点遥测参数解析模块用于实时监听遥测参数待解析队列，按照不同卫星的重点遥测参数解析模板完成重点遥测参数解析；

所述指令管理模块用于实现两种类型的指令管理，由接口系统传送的业务指令和与卫星星载窄带通信终端配置有关的配置指令；

所述指令上注作业模块用于预先设置指令作业工作模式，该模式包括自动作业模式和人工作业模式；

当为自动作业模式时，则根据测控计划管理模块中的卫星上行开始时间与上行结束时间，控制硬件单元完成遥控信号的加调，实现指令发送，并根据下行遥测参数，判定指令是否发送成功，若不成功则重复发送，直至最终确定指令的发送状态；

当为人工作业模式时，则需操作人员手动对指令进行添加、删除、修改及上注的操作，并根据下行遥测信息判定指令最终的发送状态。

具有窄带通信与信息转发功能的卫星指令上注方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、指令作业模块接收到测控计划管理模块的任务推送，并进行初始化；

步骤二、查看地面终端信号强度，判断存在信号强度是否≥1，是，执行步骤三；否，进行报警：地面指挥机工作异常，指令上注因地面指挥机工作异常结束；

步骤三、加载指令，依次发送列表指令；

步骤四、查看地面指挥机可用卡数并记录；

步骤五、判断是否可以上注，是，执行步骤六，否，执行步骤七；

步骤六、选取最新目标卡号，选择目标卫星距离当前时刻最近一次接收遥测信号对应的卡号为目标卡号；执行步骤八；

步骤七、判断是否超过初始化等待时间，是，星载终端在服务区但不可用，指令上注因星载终端异常结束；否，返回步骤五；

步骤八、判断遥控指是否为短指令，如果是，执行步骤九；如果是长指令，按照星载终端与地面终端协议拆分指令，执行步骤九；

步骤九、发送相应指令，判断发送是否成功，如果是，指令上注完成，执行步骤十；如果否，对于短指令给出提示，对于长指令，判断错误次数或重发次数，排查异常情况；

步骤十、判断是否还有其它指令，如果是，返回步骤四，如果否，指令上注完成。

本发明的有益效果：

本发明提供的窄带通信与信息转发功能，实现了卫星间通信的功能。其业务覆盖广，时效性强，在极大程度上弥补了传统固定陆地测控站的不足。本发明提供了指令上注系统，可解决传统卫星在运行管理中设备成本高、上行机会受区域限制、应急能力差等难题。

本发明实现了一种全新的卫星指令上注方式，该方式采用天基测控手段，显著的增加了指令的上注机会。该系统已于在轨卫星上成功进行了验证，一定程度上解决了传统固定测控站在执行任务时受到弧段的限制，且应急性较差等系列问题，大大降低在轨卫星自主管理的门槛，节约了管理过程中所需的成本；同时，系统也具有对多颗卫星接力遥控，同时段遥控的能力，并能够在第一时间内发现卫星存在的安全问题，及时完成星上状态的处置，最大程度上保障卫星在轨运行的安全。

附图说明

图1为本发明所述的具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注方法的流程图。

图2为本发明所述的具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统的架构图；

图3为本发明所述的具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统的原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统，包括测控计划管理模块，指令上注作业模块，指令管理模块，重点遥测参数解析模块和遥测接收模块；

测控计划管理模块实现作业控制，触发相关作业操作，并完成计划增、删、改、查操作。

遥测接收模块用于建立遥测接收通道，实时监听并接收卫星遥测信号，并将收到的遥测数据进行正确性校验，并将遥测数据块推送至遥测参数待解析队列，从而由重点遥测参数解析模实现相关参数的解析。

重点遥测参数解析模块实时监听遥测参数待解析队列，按照不同卫星的重点遥测参数解析模板完成重点遥测参数解析。

指令管理模块主要实现两种类型的指令管理，由接口系统推送的业务指令和与卫星星载窄带通信终端配置有关的配置指令。

指令上注作业管理模块，可预先设置指令作业工作模式为自动工作模式或是人工工作模式。系统如工作在自动工作模式，则根据测控计划中的卫星上行开始与上行结束时间，遥控链路参数，控制硬件单元完成遥控信号的加调，从而实现指令发送，并根据下行遥测参数，判定指令是否发送成功，若不成功则重复发送，直至最终确定指令的发送状态。系统如工作在人工工作模式，则可手动上注需要上注的指令，由指令上注人员根据下行遥测信息判定指令最终的发送状态。同时定义失败原因：

1.未收到卫星遥测

在指定上注时间开始后，软件在接收到第一帧可判断卫星中心机指令计数的遥测帧数后，开始发送第一条计数，若整轨遥测无符合判断条件的遥测帧，则本次上行任务将会失败。

2.指令起始偏移错误

指令起始偏移不正确，可能导致上注的指令为星上已有指令，此时判断为错误指令，停止继续上注，余下的指令停止上行，上行任务失败。

3.没有待发指令

指令未正确推送至上注软件。

4.检测到手动立即停止的操作

自动上注过程中人为操作

5.指令长度不合法

添加指令时出现错误，空格等。

6.指令本身校验错误

指令后4位CRC校验码错误。

7.重发超限

在指令上注后，若一分钟内无可判断上注成功的遥测帧返回，系统将重新重发，连续超过5次，自动停止上注，上行任务失败。

本实施方式中，所述测控计划管理模块的具体功能过程如下：

1)预先接收测控执行计划以及入库；

2)进入到测控计划执行倒计时阶段，给出距离计划开始执行的倒计时提醒；

3)进入到计划实际执行阶段，给指令上注作业模块发送开始作业消息，给出距离计划执行结束倒计时提醒。

4)计划执行之后的处理流程。

本实施方式中，所述指令上注作业模块的具体功能如下：

1)接收来自卫星上注计划管理子系统的消息通知；

2)建立卫星状态接收与指令上注发送通道；

3)设定指令作业模式，指定上注系统是本控手动执行，还是远控自动执行；

4)按照消息通知的信息加载预先入库的指令；

5)若有N条待上注指令，按照编号1-N的指令代号顺序依次发送，执行过程按照6)-11)条描述进行；

6)指令上注通道实时监听是否可以上注的消息，如可以按照窄带通信协议封装指令并发送；

7)记录发送时刻，并进入到超时计数；如若超时，则触发重发操作，重发最大次数为M次；

8)实时监测终端通讯信号强度以及反馈结果；

9)实时更新窄带通信卡号，每次发送都以最新的卡号为准，提高成功率；

10)实时接收卫星状态遥测并完成重点卫星状态参数解析，确认指令发送结果；

11)发送成功则按照指令列表发送下一条指令，如若失败，则再次重发一次，仍错误，则给出错误结果并结束。

12)形成卫星指令上注执行结果报告，并入库。

基于具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统已经完成，并正式投入了相应业务的运行。

具体实施方式二、结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式为采用具体实施方式一所述的具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统进行上注的方法，该方法的以具有窄带通信与信息转发功能的卫星为基础。窄带通信是这类卫星的一项特殊功能，支持双向通信，并且具有较好的保密性，同时，在国家及行业的大力支持下，相关产业发展迅速，硬件设备日趋完善，整体轻小便携并且价格逐步降低，除此之外，窄带通信服务也具有全天候、广域覆盖和可靠性等特点。

考虑到星地通讯具有不可靠性，易受外界干扰等情况，为了实现高稳定、高可靠的指令上注，对卫星指令自主上注方法进行了研究。基于超时重发、错误重发、失败重发等指令上注状态确立机制，开发了一套完整的指令上注流程，可实现卫星指令的自主上注，保证卫星正常执行相关业务，并成功应用到一系列卫星在轨运行的管理中，给出了基于天基基础设施测控的实例应用示范。

结合图2说明本实施方式，包括界面层，控制层，功能组件层和硬件层；所述界面层包括计划列表页面，监控页面和上注页面；控制层包括计划控制、遥测转发和指令上注；功能组件层包括定时触发、状态组件、日志存储、持久化和报警提示；硬件层包括设备1、设备2以及设备n。

主界面中接下里分别是卫星状态实时显示模块，指令作业过程实时显示模块，日志实时显示模块，在自动作业模式以及应急操作作业模式均会实时显示。

本实施方式中，所述自动作业上注执行实例说明：

卫星未进站时，需提前推送上注计划，计划会在上注计划管理界面进行展示，同时还会有计划执行的倒计时说明，例如距离测控计划执行开始还有X秒，执行实例界面如图3。

卫星已进站，实时进行自动上注，单条上行指令分为短指令与长指令，短指令可直接进行上行，长指令将自动拆分为小包进行上行。上行过程中接收总计数与错误计数为自动上注流程判读条件。在接收到短指令后，星上会返回一帧指令应答帧，同理，星上完整接收长业务指令后，星上会相应的返回一帧业务应答帧，在无指令上注时，这两种遥测帧不会自主下发。

某次上注计划可能会执行多条指令，会循环发送列表中的每一条指令，直至上注完成。

结合图2说明本实施方式，图2为卫星指令上注方法的具体流程为：

步骤一、指令作业模块接收到测控计划管理模块的任务推送，并进行初始化；

步骤二、查看地面终端信号强度，判断存在信号强度是否≥1，是，执行步骤三；否，进行报警：地面指挥机工作异常，指令上注因地面指挥机工作异常结束；

步骤三、加载指令，依次发送列表指令；

步骤四、查看地面指挥机可用卡数并记录；

步骤五、判断是否可以上注，是，执行步骤六，否，执行步骤七；

步骤六、选取最新目标卡号，选择目标卫星距离当前时刻最近一次接收遥测信号对应的卡号为目标卡号；执行步骤八；

步骤七、判断是否超过初始化等待时间，是，星载终端在服务区但不可用，指令上注因星载终端异常结束；否，返回步骤五；

步骤八、判断遥控指是否为短指令，如果是，执行步骤九；如果是长指令，按照星载终端与地面终端协议拆分指令，执行步骤九；

步骤九、发送相应指令，判断发送是否成功，如果是，指令上注完成，执行步骤十；如果否，对于短指令给出提示，对于长指令，判断错误次数或重发次数，排查异常情况；

步骤十、判断是否还有其它指令，如果是，返回步骤四，如果否，指令上注完成。

本实施方式中，根据计划号载入指令：输入相应计划号，软件将自动获取该计划内所有上注指令，并处于等待待发状态。

载入指令文件：点击后选择.txt文档，文档格式要求为一行指令名称，一行指令代码，不允许存在空格，载入后文档内指令会按序排列在列表下。

自动发送列表指令：点击后，软件将按序自动发送列表下所有指令。

遥测基带：窄带终端。

遥控上行基带：窄带终端。

卫星型号：待执行卫星型号，应急操作发送指令先选择当前指令所发送至的卫星后才可进行上注。

卡号：卫星卡号信息。

指令块内容：应急操作发送时，指令块添加位置。

起始偏移指令：列表下指令起始上注的位置，1为默认值，即从第一条指令开始上注，修改为2后，则跳过第一条，从第二条指令开始上注。

本实施方式所述的上注方法，首次组建了基于天、地基础设施共同构建的卫星测控信息网络。创造性的提出了一种基于天、地基础设施共同构建卫星测控信息网络的方法，并将其实现。实时性强，测控范围广的(达到目的，实现目标)，技术具备先进性，卫星测控信息系统是位于最前端直接和卫星交互的系统，实现某型号后续在轨多颗卫星的应急测控服务。达到了高时效性，测控范围广的目的，并能够实现相同型号(系列)卫星后续多颗在轨运行的测控与应急服务，处于行业内技术前沿。

目前，系统已初步构建了部分型号卫星应急测控服务架构，并搭建完成原型系统的搭建，经由一组在轨卫星开展大量的测试，表现结果良好，符合(超出)预期标准。

Claims (3)

1.具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统，包括测控计划管理模块，指令上注作业模块，指令管理模块，重点遥测参数解析模块和遥测接收模块；其特征是：

所述测控计划管理模块用于实现作业计划统一管理，并对作业计划进行增加、删除、修改、查询，并完成作业的定时触发与结束的操作；

所述遥测接收模块用于建立遥测接收通道，实时监听卫星遥测信号，将接收到的遥测数据进行校验，校验通过后传送遥测数据块至重点遥测参数解析模块；

所述重点遥测参数解析模块用于实时监听遥测参数待解析队列，按照不同卫星的重点遥测参数解析模板完成重点遥测参数解析；

所述指令管理模块用于实现两种类型的指令管理，由接口系统传送的业务指令和与卫星星载窄带通信终端配置有关的配置指令；

所述指令上注作业模块用于预先设置指令作业工作模式，该模式包括自动作业模式和人工作业模式；

当为自动作业模式时，则根据测控计划管理模块中的卫星上行开始时间与上行结束时间，控制硬件单元完成遥控信号的加调，实现指令发送，并根据下行遥测参数，判定指令是否发送成功，若不成功则重复发送，直至最终确定指令的发送状态；

当为人工作业模式时，则需操作人员手动对指令进行添加、删除、修改及上注的操作，并根据下行遥测信息判定指令最终的发送状态。

2.根据权利要求1所述的具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统，其特征在于：所述指令上注作业模块中，当为人工作业模式时，由指令上注人员根据下行遥测信息判定指令最终的发送状态，同时定义失败原因，所述失败原因包括未收到卫星遥测信息、指令起始偏移错误、没有待发指令、检测到手动立即停止的操作、指令长度不合法、指令本身校验错误以及重发超限。

3.根据权利要求1或2所述的具有窄带通信与信息转发功能卫星的指令上注系统的上注方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：

步骤一、指令上注作业模块接收所述测控计划管理模块的任务后，进行初始化；

步骤二、所述指令上注作业模块判断地面终端信号强度是否≥1，如果是，执行步骤三；如果否，进行报警：地面指挥机工作异常，指令上注因地面指挥机工作异常结束；

步骤三、加载指令，并依次发送列表指令；

步骤四、查看地面指挥机可用卡号并记录；

步骤五、判断是否可以上注，如果是，执行步骤六，如果否，执行步骤七；

步骤六、选取最新目标卡号，选择目标卫星距离当前时刻最近一次接收遥测信号对应的卡号为目标卡号；执行步骤八；

步骤七、判断是否超过初始化等待时间，如果是，星载终端在服务区但不可用，指令上注因星载终端异常结束；如果否，返回步骤五；

步骤八、判断遥控指是否为短指令，如果是，执行步骤九；如果是长指令，按照星载终端与地面终端协议拆分指令，执行步骤九；

步骤九、发送相应指令，判断发送是否成功，如果是，指令上注完成，执行步骤十；如果否，对于短指令给出提示，对于长指令，判断错误次数或重发次数，排查异常情况；

步骤十、判断是否还有其它指令，如果是，返回步骤四，如果否，指令上注完成。

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