CN113485391B - 一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，对同类多个敏感器进行数字编号，将敏感器选用与敏感器数据进行关联，实现了敏感器数据的快速索引，采用优先级序列描述的方式，根据优先级序列快速获取同类多个敏感器的高低优先级，当当前选用的敏感器数据无效时，航天器软件通过轮询优先级序列自主切换为数据可用的高优先级的备份敏感器，当航天器发生故障需要切换敏感器时，航天器软件可切换为数据可用的备份敏感器，优先级序列可由地面灵活配置，提高了航天器的自主运行和在轨维护能力。

Description

一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法

技术领域

本发明涉及一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，主要用于航天器同类多个敏感器的自主切换设计与实现，属于航天器嵌入式软件设计领域。

背景技术

航天器的姿态确定离不开高精度的敏感器测量部件，如太阳敏感器、地球敏感器、星敏感器等均为目前国内外航天器必备的高精度敏感器。为保证航天器在轨可靠运行，通常采用硬件冗余的设计方案，即每一类敏感器均安装了多个。对于同类的多个敏感器，航天器实际只需要选择使用其中一个敏感器的测量数据，这就涉及到敏感器如何选取及切换的问题。

传统的敏感器选取及切换设计一般是基于当班标志的敏感器管理方法。以星敏感器为例，假设航天器上安装了3个星敏感器，每个星敏感器以字母标记A、B、C，当班标志取值为A或B或C。这种设计有如下缺点：

(1)每次对当班敏感器进行操作时，如使用当班敏感器的相关数据或对当班敏感器加断电时，还需要同时判断当班标志的值；

(2)当对非当班敏感器进行操作时，如使用非当班敏感器的相关数据或对非当班敏感器加断电时，还需要同时判断当班标志的值；

(3)敏感器当班标志需要切换时，切换逻辑固定且复杂，若有多个非当班敏感器，当选用优先级发生变化时，需要对该功能的源代码进行更改，地面无法较为方便地在轨修改选用优先级。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，解决了传统方法中地面无法重构在轨航天器敏感器选用优先级的问题。

本发明的技术方案是：一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，步骤如下：

(1)对同类的所有敏感器进行数据预处理；

(2)设计敏感器优先级序列；

(3)设计因敏感器数据无效触发的切换流程；

(4)设计因航天器故障触发的切换流程。

所述步骤(1)的具体过程为：

(11)对同类的所有敏感器进行数字编号0,1,…,(NUM-1)，其中NUM为敏感器的个数；

(12)同类所有敏感器的数据有效标志记为bUsable[0],bUsable[1],…,bUsable[NUM-1]，数据有效标志的值来自于该敏感器的数据有效性判断；

(13)选用的敏感器标记为sel，sel取值为0～(NUM-1)。

所述步骤(2)的具体过程为：定义敏感器优先级序列PriSel[NUM]＝{idx₁,idx₂,…,idx_NUM}，其中idx₁,idx₂,…,idx_NUM为敏感器的编号，取值范围为0～(NUM-1)，且取值不重复。编号为idx₁的敏感器选用优先级最高，编号为idx₂的敏感器选用优先级次高，以此类推，编号为idx_NUM的敏感器选用优先级最低。idx₁,idx₂,…,idx_NUM的具体取值根据需求设定，并且可由地面配置。

所述步骤(3)的具体过程为：

(31)根据当前选用的敏感器编号sel，索引相应的数据有效标志bUsable[sel]。判断bUsable[sel]是否数据有效，若有效，则进入步骤(35)，否则转入步骤(32)进行敏感器切换；

(32)取出优先级为i的敏感器编号PriSel[i]，索引相应的数据有效标志bUsable[PriSel[i]]，判断bUsable[PriSel[i]]是否数据有效，若有效，则进入步骤(33)，否则转入步骤(34)；其中i为正数且初值为0；

(33)将敏感器选用编号切换为PriSel[i]，即置sel＝PriSel[i]，进入步骤(35)；

(34)i＝i+1，若i<NUM，则进入步骤(32)，进行下一优先级敏感器的数据有效性判断，否则转入步骤(35)；

(35)本次敏感器切换结束。

所述步骤(4)的具体过程为：

(41)根据当前选用的敏感器编号sel，取出其中一个备份敏感器编号为((sel+i)％NUM)，索引相应的数据有效标志bUsable[((sel+i)％NUM)]。判断bUsable[((sel+i)％NUM)]是否数据有效，若有效，则进入步骤(42)，否则转入步骤(43)；其中i为正数且初值为1；

(42)将敏感器选用编号切换为((sel+i)％NUM)，即置sel＝((sel+i)％NUM)，进入步骤(44)；

(43)i＝i+1，若i<NUM，则进入步骤(41)，进行下一编号的敏感器的数据有效性判断，否则转入步骤(44)；

(44)本次敏感器切换结束。

所述步骤(41)和(42)中的％为除法取余运算符。

一种基于优先级序列的敏感器自主管理系统，包括预处理模块、优先级序列创建模块和切换流程建立模块；

预处理模块对同类的所有敏感器进行数据预处理；

优先级序列创建模块设计敏感器优先级序列；

切换流程建立模块设计因敏感器数据无效触发的切换流程，以及设计因航天器故障触发的切换流程。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)通过对同类所有敏感器进行数字编号、敏感器选用直接以编号标识的方式，实现了当班敏感器和非当班敏感器数据的快速索引，提高了敏感器数据使用的效率。

(2)通过定义优先级序列，对同类的各个敏感器进行了优先级的排序，该优先级可由地面灵活置，实现了航天器能自主按地面指定优先级进行选用。

(3)在航天器软件需要判断该类敏感器是否有数据有效的敏感器时，只需要判断当前选用的敏感器数据是否有效，无需再逐一判断所有敏感器的数据有效性，简化了软件判断逻辑。

附图说明

图1为敏感器数据无效触发的切换流程图；

图2为航天器故障触发的切换流程图；

具体实施方式

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，针对传统同类敏感器的选取及切换逻辑固定且复杂的问题，对同类多个敏感器进行数字编号，采用优先级序列描述的方式，根据优先级序列快速获取同类多个敏感器的高低优先级，当当前选用的敏感器数据无效时，航天器软件自主切换为数据可用的高优先级的备份敏感器，当航天器发生故障需要切换敏感器时，航天器软件可切换为数据可用的备份敏感器。与现有技术相比，本发明将敏感器选用与敏感器数据进行关联，实现了敏感器数据的快速索引，采用优先级序列描述的方式，实现了航天器在轨敏感器的自主管理，优先级序列可由地面灵活配置，提高了航天器的自主运行和在轨维护能力。下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1-2所示，本发明一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，具体步骤如下：

第一步，数据预处理，预处理包括以下步骤：

(1)对同类的所有敏感器进行数字编号0,1,…,(NUM-1)。其中NUM为敏感器的个数。

(2)同类所有敏感器的数据有效标志记为bUsable[0],bUsable[1],…,bUsable[NUM-1]。数据有效标志的值来自于该敏感器的数据有效性判断。

(3)选用的敏感器标记为sel，sel取值为0～(NUM-1)。则非当班敏感器的编号分别为((sel+1)％NUM),((sel+2)％NUM),…,((sel+NUM-1)％NUM)。其中％为编程C语言中的除法取余运算。

第二步，优先级序列设计：

定义敏感器优先级序列PriSel[NUM]＝{idx₁,idx₂,…,idx_NUM}，其中idx₁,idx₂,…,idx_NUM为敏感器的编号，取值范围为0～(NUM-1)，且取值不重复。编号为idx₁的敏感器选用优先级最高，编号为idx₂的敏感器选用优先级次高，以此类推，编号为idx_NUM的敏感器选用优先级最低。idx₁,idx₂,…,idx_NUM的具体取值根据需求设定，并且可由地面配置。

第三步，因当前选用的敏感器数据无效触发的敏感器自主切换设计，如图1所示具体步骤如下：

(1)根据当前选用的敏感器编号sel，索引相应的数据有效标志bUsable[sel]。判断bUsable[sel]是否数据有效，若有效，则不进行敏感器切换。若无效，则进行敏感器切换，切换逻辑见步骤(2)。

(2)取出最高优先级的敏感器编号PriSel[0]，索引相应的数据有效标志bUsable[PriSel[0]]。判断bUsable[PriSel[0]]是否数据有效，若有效，则将敏感器选用编号切换为PriSel[0]，即置sel＝PriSel[0]。若无效，则取出次高优先级的敏感器编号PriSel[1]，依次类推，直至找到数据有效的敏感器编号，并选用该敏感器。

第四步，因航天器故障触发的敏感器自主切换设计，如图2所示具体步骤如下：

根据当前选用的敏感器编号sel，取出其中一个备份敏感器编号为((sel+1)％NUM)，索引相应的数据有效标志bUsable[((sel+1)％NUM)]。判断bUsable[((sel+1)％NUM)]是否数据有效，若有效，则进行敏感器切换，置sel＝((sel+1)％NUM)。若无效，则取出另一个备份敏感器编号为((sel+2)％NUM)，索引相应的数据有效标志bUsable[((sel+2)％NUM)]。判断bUsable[((sel+2)％NUM)]是否数据有效，若有效，则进行敏感器切换，置sel＝((sel+2)％NUM)。若无效，则依次类推，直至切换到数据有效的备份敏感器。

本发明还涉及一种基于优先级序列的敏感器自主管理系统，包括预处理模块、优先级序列创建模块和切换流程建立模块；

预处理模块对同类的所有敏感器进行数据预处理；

优先级序列创建模块设计敏感器优先级序列；

切换流程建立模块设计因敏感器数据无效触发的切换流程，以及设计因航天器故障触发的切换流程。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，其特征在于步骤如下：

(1)对同类的所有敏感器进行数据预处理；

(2)设计敏感器优先级序列；

(3)设计因敏感器数据无效触发的切换流程；

(4)设计因航天器故障触发的切换流程；

所述步骤(1)的具体过程为：

(11)对同类的所有敏感器进行数字编号0,1,…,(NUM-1)，其中NUM为敏感器的个数；

(12)同类所有敏感器的数据有效标志记为bUsable[0],bUsable[1],…,bUsable[NUM-1]，数据有效标志的值来自于该敏感器的数据有效性判断；

(13)选用的敏感器标记为sel，sel取值为0～(NUM-1)。

所述步骤(2)的具体过程为：定义敏感器优先级序列PriSel[NUM]＝{idx₁,idx₂,…,idx_NUM}，其中idx₁,idx₂,…,idx_NUM为敏感器号，取值范围为0～(NUM-1)，且取值不重复；敏感器号为idx₁的敏感器选用优先级最高，敏感器号为idx₂的敏感器选用优先级次高，以此类推，敏感器号为idx_NUM的敏感器选用优先级最低；

所述步骤(3)的具体过程为：

(31)根据当前选用的敏感器的标记sel，索引相应的数据有效标志bUsable[sel]；判断bUsable[sel]是否数据有效，若有效，则进入步骤(35)，否则转入步骤(32)进行敏感器切换；

(32)取出优先级为i的敏感器PriSel[i]，索引相应的数据有效标志bUsable[PriSel[i]]，判断bUsable[PriSel[i]]是否数据有效，若有效，则进入步骤(33)，否则转入步骤(34)；其中i为正数且初值为0；

(33)将敏感器选用编号切换为PriSel[i]，即置sel＝PriSel[i]，进入步骤(35)；

(34)i＝i+1，若i<NUM，则进入步骤(32)，进行下一优先级敏感器的数据有效性判断，否则转入步骤(35)；

(35)本次敏感器切换结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，其特征在于：idx₁,idx₂,…,idx_NUM的具体取值根据需求设定，并且可由地面配置。

3.根据权利要求1所述的一种基于优先级序列的敏感器自主管理方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体过程为：

(41)根据当前选用的敏感器编号sel，取出其中一个备份敏感器编号为((sel+i)％NUM)，索引相应的数据有效标志bUsable[((sel+i)％NUM)]；判断bUsable[((sel+i)％NUM)]是否数据有效，若有效，则进入步骤(42)，否则转入步骤(43)；其中i为正数且初值为1；其中％为除法取余运算符；

(42)将敏感器选用编号切换为((sel+i)％NUM)，即置sel＝((sel+i)％NUM)，进入步骤(44)；

(43)i＝i+1，若i<NUM，则进入步骤(41)，进行下一编号的敏感器的数据有效性判断，否则转入步骤(44)；

(44)本次敏感器切换结束。