CN113595614A - 一种组合体卫星指令纪录与反演方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种组合体卫星指令纪录与反演方法及系统，涉及卫星遥控测遥控反演技术领域，该方法包括：步骤S1：设计双星组合体星载指令并进行指令生成，区分双星组合体下目标星指令；步骤S2：执行星载指令，并在星载指令执行时进行指令识别，降低星载指令的数据量，进行指令记录；步骤S3：将记录后的星载指令通过实时遥测下行，并在地面终端进行实时指令反解；步骤S4：根据预先设计的指令识别码对双星组合体的行为进行行为反演，实现卫星行为的实时观测。本发明能够方便进行指令路由，对星载的执行指令进行记录，并在保留有效数据的情况下进行压缩，降低遥测链路资源需求。

Description

一种组合体卫星指令纪录与反演方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星遥控测遥控反演技术领域，具体地，涉及一种组合体卫星指令纪录与反演方法及系统。
背景技术
在卫星领域，对于卫星状态的识别和动作的判断通常依赖于卫星遥测。卫星的遥控、程控执行，通常依赖于计数类遥测和最终的卫星状态遥测，地面通过这些遥测进行人工判读，完成卫星最终控制行为的识别。
上述设计，在星上行为的演算、执行效果的反馈以及遥测数据关联有效利用上，对遥测设计和判读人员的依赖性很强，同时，由于遥测资源有限，星上行为的判读无法做到依赖直接证据即可判读的程度，大部分行为的判读依赖的是间接遥测和过程状态改变遥测(如计数、整星电流等)，对整星行为的判定带来一定的困难。
在杨明邦、蔡其锋等的现有文献《一种操作指令记录和回放方法及系统》中，描述的主要是描述对于屏幕操动作进行记录和回放的能力，其主要功能是为了进行行为重放，而不是状态反演。
现有文献木村泰；奥村宽的《记录及再现机器人中的指令数据的方法》中，主要描述了对于机器人行为再现的记录方法，该方法对数据存储进行了一定的考虑，对数据有效性进行了过滤，同样是为了对行为进行回放。
在杨蓓蓓的《多机数据记录回放系统的研究与设计》论文中，提出了一种多机进行高速记录并对数据进行回放的方法，其多机指的是记录设备本身，和本专利应用的领域、应用的方式和应用范围均不一致。
上述发明专利考虑的均为控制领域的行为重放问题，其周期性和指令记录和本发明的行为反演有一定的相似性，但是其未考虑在资源有限的情况下进行数据压缩和对执行指令终端(星内单元和他星)的统一考虑，也不太适用于卫星领域的设计。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种组合体卫星指令纪录与反演方法及系统。
根据本发明提供的一种组合体卫星指令纪录与反演方法及系统，所述方案如下：
第一方面，提供了一种组合体卫星指令纪录与反演方法，所述方法包括：
步骤S1：设计双星组合体星载指令并进行指令生成，区分双星组合体下目标星指令；
步骤S2：执行星载指令，并在星载指令执行时进行指令识别，降低星载指令的数据量，进行指令记录；
步骤S3：将记录后的星载指令通过实时遥测下行，并在地面终端进行实时指令反解；
步骤S4：根据预先设计的指令识别码对双星组合体的行为进行行为反演，实现卫星行为的实时观测。
优选的，所述步骤S1中的指令生成包括：根据任务需要，生成符合CCSDS格式的指令包，同时在CCSDS包的APID域，对是否从星进行识别，在APID域的最高位预留2bit作为卫星识别域。
优选的，所述步骤S2中的指令识别包括：根据星载指令APID的设置，识别星载指令是去向从星还是去向本星内的执行单元或设备，将指令进行路由转发。
优选的，所述步骤S2中降低星载指令的数据量采用指令压缩的方法，具体包括：在完成星载指令转发的同时，将星载指令进行压缩，主要是根据星载指令类别，提取星载指令的有效识别字，将长星载指令转换为有效识别字进行压缩编码，并和APID、星上时间、星载指令错误状态进行组合，形成星上的指令压缩记录。
优选的，所述步骤S2中的指令记录包括：根据星载指令的执行频率和内存大小，设计一个可变深度的FIFO的缓存器，将指令压缩获得的记录进行存储.
优选的，所述步骤S3中实时遥测下行包括：在每一个遥测周期，从指令记录中抽取一条压缩指令，打入遥测包中下传至地面。
优选的，所述步骤S3中指令反解包括：地面系统将遥测包中的相关星载指令记录检出，并根据指令压缩的格式进行反向解压缩，并结合星时形成星载指令的实际执行时刻、指令执行单元和星载指令的执行码。
优选的，所述步骤S4中的行为反演包括根据指令反解的反解结果，根据时间信息形成卫星行为反演的过程顺序链，通过执行单元和执行指令码，驱动完成卫星在轨行为链，从而完成卫星的在轨动作反演。
第二方面，提供了一种组合体卫星指令纪录与反演系统，所述系统包括：
模块M1：设计双星组合体星载指令并进行指令生成，区分双星组合体下目标星指令；
模块M2：执行星载指令，并在星载指令执行时进行指令识别，降低星载指令的数据量，进行指令记录；
模块M3：将记录后的星载指令通过实时遥测下行，并在地面终端进行实时指令反解；
模块M4：根据预先设计的指令识别码对双星组合体的行为进行行为反演，实现卫星行为的实时观测。
优选的，所述模块M1中的指令生成包括：根据任务需要，生成符合CCSDS格式的指令包，同时在CCSDS包的APID域，对是否从星进行识别，在APID域的最高位预留2bit作为卫星识别域。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明对多颗卫星的组合体模式在指令识别上进行了设计，方便进行指令路由；
2、本发明对星载的执行指令进行了记录，并在保留有效数据的情况下进行压缩，降低了遥测链路资源需求；
3、本发明能够根据星载指令保护间隔、星载指令执行频率和内存大小，动态调整星载指令记录的FIFO深度；
4、本发明能够在地面系统对星载指令进行反向解析和演算，并进行卫星行为的实时反演展示。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明整体设计框图；
图2为本发明指令生成的编码设计格式图；
图3为本发明的指令压缩格式图；
图4为地面系统卫星在轨动作实时反演原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种组合体卫星指令纪录与反演方法，参照图1所示，该方法具体包括：设计双星组合体星载指令并进行指令生成，有效区分双星组合体下目标星指令。执行星载指令，并在星载指令执行时进行指令识别，采用指令压缩的方法降低星载指令的数据量，进行指令记录；将记录后的星载指令通过实时遥测下行，并在地面终端进行实时指令反解；根据预先设计的指令识别码对双星组合体的行为进行行为反演，实现卫星行为的实时观测。
其中，指令生成包括：根据任务需要(可以是星上自主生成或者来自于地面遥控)，生成符合CCSDS格式的指令包，同时在CCSDS包的APID域(11bit)，对是否从星进行识别，为了统一不同卫星的相同终端的执行指令，在APID域的最高位预留2bit作为卫星识别域。
指令识别包括：根据星载指令APID的设置，识别星载指令是去向从星还是去向本星内的执行单元或设备，将指令进行路由转发。
指令压缩：在完成星载指令转发的同时，将星载指令进行压缩，主要是根据星载指令类别，提取星载指令的有效识别字，将长星载指令转换为有效识别字进行压缩编码，并和APID、星上时间(天内0.1毫秒计数)、星载指令错误状态进行组合，形成星上的指令压缩记录(单条48bit)。
指令记录包括：根据星载指令的执行频率和内存大小，设计一个可变深度的FIFO的缓存器，将指令压缩获得的记录进行存储；指令记录可以支持多颗星的识别与联合作业反演。
实时遥测下行包括：在每一个遥测周期(一般为0.5秒)，从指令记录中抽取一条压缩指令，打入遥测包中下传至地面。
指令反解包括：地面系统将遥测包中的相关星载指令记录检出，并根据指令压缩的格式进行反向解压缩，并结合星时形成星载指令的实际执行时刻、指令执行单元(设备)和星载指令的执行码。
行为反演为根据指令反解的反解结果，根据时间信息形成卫星行为反演的过程顺序链，通过执行单元和执行指令码，驱动完成卫星在轨行为链，从而完成卫星的在轨动作反演。
接下来，对本发明进行更为具体的说明。
如图1所示，本发明涉及星上和地面系统两个部分，星上部分主要完成指令生成、指令识别、指令压缩、指令记录和遥测下行等五个部分功能，并且该设计兼容组合体卫星设计，可用于多个卫星。地面部分主要完成遥测的反向解析，并结合遥控指令表和预设指令表，完成卫星在轨动作的实时反演。
如图2所示，为了兼容多颗卫星的组合体模式，在指令设计过程中，在CCSDS包标准的基础上，在APID域设计了专用的卫星遥控识别符域，为了统一地面指令的反演格式，在数据域设计了特殊的唯一指令识别符。
如图3所示，为了降低数据量，在指令进行记录前，对指令进行了压缩处理，主要由20bit的天内时间码(0.1毫秒精度)，1bit执行错误码，11bit APID识别符，16bit指令码组成48bit的指令记录。
如图4所示，在遥测下行后地面系统进行反演时，主要是由两部分组成：
1、指令反解模块：指令反解模块主要是完成遥测指令记录的反解，其输入由3部分组成：48bit反向解压缩部分，主要是将48bit数据解析为时间、错误标识、APID和指令码；预存指令表，预存表中主要包含三部分信息：APID、指令码、行为名称，通过这三部分信息即可识别出具体的执行单元和执行指令；遥控表，主要是记录历史地面发送的遥控指令，同样包括APID和指令码和行为名称。预存表和遥控表具体格式如下：
名称 数据类型 备注
APID ushort(2Byte) 用于识别具体执行单元(含他星)
指令码 ushort(2Byte) 结合APID判定该单元的行为
行为名称 string(200Byte) 主要是明确该单元指令的行为
2、行为反演模块：主要是根据指令反解模块输出的指令码，通过识别后的时间、行为名称，通过显示界面完成卫星行为的演示，包括但不限于动画(如帆板展开，机械转动)，状态(如开关通断)，故障提示(如指令错误，发现应急指令链)等。
本发明实施例提供了一种组合体卫星指令纪录与反演方法，本发明对多颗卫星的组合体模式在指令识别上进行了设计，方便进行指令路由；对星载的执行指令进行了记录，并在保留有效数据的情况下进行压缩，降低了遥测链路资源需求；本发明能够根据星载指令保护间隔、星载指令执行频率和内存大小，动态调整星载指令记录的FIFO深度；本发明能够在地面系统对星载指令进行反向解析和演算，并进行卫星行为的实时反演展示。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种组合体卫星指令纪录与反演方法，其特征在于，包括：
步骤S1：设计双星组合体星载指令并进行指令生成，区分双星组合体下目标星指令；
步骤S2：执行星载指令，并在星载指令执行时进行指令识别，降低星载指令的数据量，进行指令记录；
步骤S3：将记录后的星载指令通过实时遥测下行，并在地面终端进行实时指令反解；
步骤S4：根据预先设计的指令识别码对双星组合体的行为进行行为反演，实现卫星行为的实时观测。
2.根据权利要求1所述的组合体卫星指令纪录与反演方法，其特征在于，所述步骤S1中的指令生成包括：根据任务需要，生成符合CCSDS格式的指令包，同时在CCSDS包的APID域，对是否从星进行识别，在APID域的最高位预留2bit作为卫星识别域。
3.根据权利要求2所述的组合体卫星指令纪录与反演方法，其特征在于，所述步骤S2中的指令识别包括：根据星载指令APID的设置，识别星载指令是去向从星还是去向本星内的执行单元或设备，将指令进行路由转发。
4.根据权利要求1所述的组合体卫星指令纪录与反演方法，其特征在于，所述步骤S2中降低星载指令的数据量采用指令压缩的方法，具体包括：在完成星载指令转发的同时，将星载指令进行压缩，主要是根据星载指令类别，提取星载指令的有效识别字，将长星载指令转换为有效识别字进行压缩编码，并和APID、星上时间、星载指令错误状态进行组合，形成星上的指令压缩记录。
5.根据权利要求4所述的组合体卫星指令纪录与反演方法，其特征在于，所述步骤S2中的指令记录包括：根据星载指令的执行频率和内存大小，设计一个可变深度的FIFO的缓存器，将指令压缩获得的记录进行存储。
6.根据权利要求1所述的组合体卫星指令纪录与反演方法，其特征在于，所述步骤S3中实时遥测下行包括：在每一个遥测周期，从指令记录中抽取一条压缩指令，打入遥测包中下传至地面。
7.根据权利要求1所述的组合体卫星指令纪录与反演方法，其特征在于，所述步骤S3中指令反解包括：地面系统将遥测包中的相关星载指令记录检出，并根据指令压缩的格式进行反向解压缩，并结合星时形成星载指令的实际执行时刻、指令执行单元和星载指令的执行码。
8.根据权利要求1所述的组合体卫星指令纪录与反演方法，其特征在于，所述步骤S4中的行为反演包括根据指令反解的反解结果，根据时间信息形成卫星行为反演的过程顺序链，通过执行单元和执行指令码，驱动完成卫星在轨行为链，从而完成卫星的在轨动作反演。
9.一种组合体卫星指令纪录与反演系统，其特征在于，包括：
模块M1：设计双星组合体星载指令并进行指令生成，区分双星组合体下目标星指令；
模块M2：执行星载指令，并在星载指令执行时进行指令识别，降低星载指令的数据量，进行指令记录；
模块M3：将记录后的星载指令通过实时遥测下行，并在地面终端进行实时指令反解；
模块M4：根据预先设计的指令识别码对双星组合体的行为进行行为反演，实现卫星行为的实时观测。
10.根据权利要求6所述的组合体卫星指令纪录与反演系统，其特征在于，所述模块M1中的指令生成包括：根据任务需要，生成符合CCSDS格式的指令包，同时在CCSDS包的APID域，对是否从星进行识别，在APID域的最高位预留2bit作为卫星识别域。
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