CN114035912B - 一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，应用于数传分系统智能处理器数传控制单元，根据数传分系统不同的工作模式，将元任务划分为记录、回放、近实传、擦除、智能处理五种类型。通过将元任务模式、数传设备选用组合、压缩比选择、相机载荷数据接收选择、用户模式选择、加密明传选择、指令执行时刻等参数编排成数据块。数传控制单元接收到元任务序列后，解析数据块中的信息并自动生成执行对应元任务的指令序列，并按照指定的执行时刻逐条发送。同时，通过判断当前元任务与前后元任务的切换关系，对指令序列进行合理化裁剪，进而优化开关机和任务衔接转换逻辑，实现在轨任务的高效执行。

Description

一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法
技术领域
本发明属于数传载荷控制技术领域，涉及一种指令序列自主生成方法。
背景技术
与非敏捷卫星不同，敏捷卫星具有不止一个方向的自由度，其视角通常可以绕翻滚、俯仰、偏航三个轴变化，而且视角变化的过程中可以同时进行成像，从而使卫星可以在能力允许范围内沿任意走向进行观测。对于非敏捷卫星一次过境无法完全拍摄的区域目标，敏捷卫星在一次过境时可以实现有效的全区域覆盖，使得卫星对地观测的能力得到大幅的提升。敏捷卫星在军事侦察、抗震救灾，反恐维稳等应急任务中能够发挥观测能力强、时效性高的优势。
在敏捷卫星观测能力大幅度提高的同时，传统的“地面任务规划+星上指令模板执行”操作模式已经无法满足任务快速切换、关键指令精确执行的任务需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了提高敏捷卫星观测任务执行的时效性，根据任务特征实现在轨指令序列自动生成，并通过对任务衔接过程进行合理优化，实现在轨任务的高效执行。在指令序列生成过程中，任务的模式配置参数较为复杂，若以任务为维度自上而下进行纵向分解，工作量极大且程序存储空间无法满足要求，本发明以指令为维度，结合任务场景及数据块中的参数配置进行横向判读，指数级缩短了代码行数；在硬件资源紧张的条件下，处理数传控制单元常规任务的同时，定时遍历指令序列，结合整星提供的高精度秒脉冲校时信号，实现关键指令的高精度发送(误差不超过±25ms)；同时，通过提前预判并对任务进行精细化调度，在保证指令执行精度的同时，避免了处理器内部RS485总线通信冲突的发生。
本发明所采用的技术方案是：一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，包括如下步骤：
数传控制单元按照约定的元任务的数据块格式对接收到的数据块中的参数进行解析，生成当前元任务的数据块对应的指令序列；同时，根据当前元任务模式与前后元任务模式的切换关系和任务场景，对开关机和任务衔接转换逻辑进行优化，使得当前后两个任务进行衔接时，执行后一任务需要的设备若与当前任务相同，则当前任务结束后无需将这些设备关机；
等待内部定时器累计一秒钟时间到达或接收到一次秒脉冲信号后，开始查询指令列表，找到下一条需要执行的程控指令；
判断当前是否有定时指令还未执行，若有定时指令还未执行，则判断该定时指令是否为高精度定时指令；
若该定时指令为高精度定时指令，则判断主程序是否需要通过串口总线发送其他数据；
若主程序需要通过串口总线发送其他数据，则进行任务冲突检测，等待进入定时器中断服务程序，定时器中断服务程序包括：判断本地时刻是否已到达指令执行时刻，若本地时刻已到达指令执行时刻，则执行当前程控指令，判断当前是否已到达指令列表结尾；若本地时刻未到达指令执行时刻，则重新等待进入定时器中断服务程序；
若当前已到达指令列表结尾，则当前指令序列执行完毕。
将主程序通过串口总线发送其他数据记为任务M1；任务冲突检测包括：若当前时刻距离程控指令执行时刻间隔大于任务M1执行用时，则执行任务M1；若当前时刻距离程控指令执行时刻间隔不大于任务M1执行用时，则不执行任务M1；若当前时刻已超过指令执行时刻，则不执行任务M1。
若当前未到达指令列表结尾，则等待内部定时器累计一秒钟时间到达或接收到一次秒脉冲信号后，开始查询指令列表，找到下一条需要执行的程控指令。
若没有定时指令未执行，则执行当前程控指令，判断当前是否已到达指令列表结尾。
若有定时指令还未执行，且该定时指令为其他执行精度要求在秒级的程控指令，则判断是否到达指令执行时刻，若到达指令执行时刻，则执行当前程控指令，判断当前是否已到达指令列表结尾；若未到达指令执行时刻，则等待内部定时器累计一秒钟时间到达或接收到一次秒脉冲信号后，开始查询指令列表，找到下一条需要执行的程控指令。
若主程序不需要通过串口总线发送其他数据，则等待进入定时器中断服务程序。
数据块中参数包括任务模式信息、设备选用信息、压缩比选择信息、相机载荷数据接收选择信息、用户模式选择信息、加密明传选择信息、指令执行时刻信息。
本地时刻通过接收星务时间广播信息及高精度秒脉冲信号来维护。
高精度定时指令指执行精度误差不超过100ms的定时指令。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出了基于指令池的多维参数变量组合模式下的指令序列生成方法，与固定指令模板相比灵活性更强，能够适应各个工作场景下的任务分解及参数配置。
(2)本发明提出了程控指令序列执行方法，同时结合整星高精度秒脉冲信号，实现关键指令定时发送，经系统验证指令执行误差不超过±25ms，指令执行精度大幅提高。
(3)本发明通过主程序对总线占用时间进行提前预判，对常规任务及定时任务进行合理调度，避免总线数据冲突的发生。本发明适用于星上自主任务规划场景下或解析数据块指令生成指令，可以广泛应用于载荷控制领域。
附图说明
图1为遍历指令序列流程图；
图2为定时器中断定时指令发送流程图；
图3为串口通信任务调度机制图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明。
如图1、2所示，一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，包括如下步骤：
步骤1、解析程控数据块生成指令序列；
数传控制单元按照约定的元任务的数据块格式对接收到的数据块中的参数进行解析，生成当前元任务数据块对应的指令序列，数据块中参数包括任务模式信息、设备选用信息、压缩比选择信息、相机载荷数据接收选择信息、用户模式选择信息、加密明传选择信息、指令执行时刻信息；同时，根据当前元任务模式与前后元任务模式的切换关系和任务场景，对开关机和任务衔接转换逻辑进行优化，使得当前后两个任务进行衔接时，执行后一任务需要的设备若与当前任务相同，则当前任务结束后无需将这些设备关机；
步骤2、遍历执行指令序列；
S21、等待内部定时器累计一秒钟时间到达或接收到一次秒脉冲信号后，开始查询指令列表，找到下一条需要执行的程控指令；
S22、判断当前是否有定时指令还未执行，若有，执行步骤S23；若没有，则执行步骤S27；
S23、判断该定时指令是否为高精度定时指令(执行精度误差不超过100ms)，若是，执行步骤S24；若为其他执行精度要求在秒级的程控指令，则判断是否到达指令执行时刻，若到达指令执行时刻，则执行步骤S27，否则，返回步骤S21；
S24、判断主程序是否需要通过串口总线发送其他数据(将主程序通过串口总线发送其他数据记为任务M1)，若是，执行步骤S25，否则，执行步骤S26；
S25、进行任务冲突检测，进入步骤S26；
任务冲突检测包括：
若当前时刻距离程控指令执行时刻间隔大于M1执行用时，可以执行M1；
若当前时刻距离程控指令执行时刻间隔不大于M1执行用时，不可执行M1；
若当前时刻已超过指令执行时刻，不可执行M1；
S26、等待进入定时器中断服务程序，判断本地时刻(通过接收星务时间广播信息及高精度秒脉冲信号来维护本地时间)是否已到达指令执行时刻，若是，则执行步骤S27，否则，返回步骤S26；
S27、执行当前程控指令，判断当前是否已到达指令列表结尾；若当前已到达指令列表结尾，则当前指令序列执行完毕，否则，返回步骤S21。
实施例
本发明提出的方法在某卫星数传分系统数传下位机使用，处理器选用LSMEU01SIP模块，以8051处理器LC801E为内核，CPU主频16MHz。数传分系统除下位机所在的智能处理器外，共有10台基带设备，10台有源通道设备、2副数传天线。智能处理器内部通过RS485进行通信，共有包括控制板、计算单元、路由单元、存储单元等共10块单板。星务中心计算机通过CAN总线(波特率500kbps)向数传下位机发送元任务数据块和整星时间广播，通过RS422接口发送整星秒脉冲信号。
步骤1、解析程控数据块生成指令序列。
星务分系统将任务规划分系统规划产生的元任务数据块发送给数传控制单元。其中，121字节元任务数据块由两部分内容组成：设备选用信息由地面提前指定并注入，这部分信息不随任务的变化而变化；另一部分由星上自主任务规划系统生成，根据任务场景指定配置参数、文件号、指令执行时间等信息。
数传控制单元生成当前元任务数据块对应的指令序列，并根据当前元任务模式与前后元任务模式的切换关系，结合任务场景，对开关机和任务衔接转换逻辑进行合理优化。
在本实施例中，将所有程控指令的最大包络按执行顺序排列成指令池，并将指令池中的每条指令定义为结构体，结构体元素包括：指令类型(cmd_type)、指令码(cmd_code)、指令间隔(cmd_interval)。
将指令池分为三部分：
系统设备加电、设备选用、加载区域配置相关指令：指令是否需要发送取决于当前任务模式与前一任务模式的切换关系；
工作模式配置、压缩比设置、记录、回放等指令：指令是否发送与前后任务模式无关，只需判断当前任务模式及数据块中的参数信息；
系统设备断电相关指令：指令是否发送取决于当前任务模式与后一任务模式的切换关系。
本实施例中的指令发送真值表判读逻辑示意如表1所示：
表1指令发送真值表判读逻辑示意图
步骤2、遍历执行指令序列；
S21、如图1所示，内部定时器累计一秒钟时间到达或接收到一次秒脉冲信号后，开始查询指令列表，找到下一条需要执行的程控指令；
S22、判断当前是否有定时指令还未执行，若有，执行步骤S23；否则执行步骤S27；
S23、判断该指令是否为固存定时指令，(“固存开始记录”、“记录停止”、“固存续记”)，若是，执行步骤S24，否则(为其他执行精度要求在秒级的程控指令)判断是否到达指令执行时刻，若是，执行步骤S27，否则返回步骤S21；
S24、判断主程序是否需要通过RS485串口总线发送其他数据(记为M1)，若是，执行步骤S25，否则执行步骤S26；
S25、图3中横轴代表当前本地时间，实线为程控指令发送时刻GT。其中实线部分表示可以执行M1，虚线部分表示不执行M1，横点线部分表示是否可以执行需要进一步判断：
设任务M1需占用串口时间为ΔT(ms)，程控指令执行时刻为GT，当前本地时间为LT；
若满足GT-LT>ΔT(实线部分)，说明在程控指令执行时刻之前，可执行任务M1；
若GT-LT<ΔT(虚线部分)，不可执行任务M1；
若LT>GT(点横线部分)，即本地时间已经超过了程控指令执行时刻，不执行M1；
S26、等待进入定时器中断服务程序，如图2所示，判断本地时刻(根据本地时间秒值、本地之间毫秒值与指令执行时刻秒值、执行时刻毫秒值进行对比判断是否到达指令执行时刻。指令执行时刻秒值GoTime_Sec与执行时刻毫秒值GoTime_mSec均由程控数据块指定，当前本地时间秒值LocalTima_Sec取自星务时间广播中的秒部信息，本地时间毫秒值LocalTima_mSec在收到秒脉冲信号时清零，随后通过毫秒定时器维护。)是否已到达指令执行时刻，若是，执行步骤S27，否则返回步骤S26；
S27、执行当前程控指令，判断当前是否已到达指令列表结尾，若是，当前指令序列执行完毕，否则返回步骤S21；
经系统验证，该方法可实现任务切换效率及指令执行精度大幅度提升，其中指令执行精度由1s提升至25ms。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
数传控制单元按照约定的元任务的数据块格式对接收到的数据块中的参数进行解析，生成当前元任务的数据块对应的指令序列；同时，根据当前元任务模式与前后元任务模式的切换关系和任务场景，对开关机和任务衔接转换逻辑进行优化，使得当前后两个任务进行衔接时，执行后一任务需要的设备若与当前任务相同，则当前任务结束后无需将这些设备关机；
等待内部定时器累计一秒钟时间到达或接收到一次秒脉冲信号后，开始查询指令列表，找到下一条需要执行的程控指令；
判断当前是否有定时指令还未执行，若有定时指令还未执行，则判断该定时指令是否为高精度定时指令；
若该定时指令为高精度定时指令，则判断主程序是否需要通过串口总线发送其他数据；
若主程序需要通过串口总线发送其他数据，则进行任务冲突检测，等待进入定时器中断服务程序，定时器中断服务程序包括：判断本地时刻是否已到达指令执行时刻，若本地时刻已到达指令执行时刻，则执行当前程控指令，判断当前是否已到达指令列表结尾；若本地时刻未到达指令执行时刻，则重新等待进入定时器中断服务程序；
若当前已到达指令列表结尾，则当前指令序列执行完毕；
将主程序通过串口总线发送其他数据记为任务M1；任务冲突检测包括：若当前时刻距离程控指令执行时刻间隔大于任务M1执行用时，则执行任务M1；若当前时刻距离程控指令执行时刻间隔不大于任务M1执行用时，则不执行任务M1；若当前时刻已超过指令执行时刻，则不执行任务M1；
所述的一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，还包括：若没有定时指令未执行，则执行当前程控指令，判断当前是否已到达指令列表结尾；
所述的一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，还包括：若有定时指令还未执行，且该定时指令为其他执行精度要求在秒级的程控指令，则判断是否到达指令执行时刻，若到达指令执行时刻，则执行当前程控指令，判断当前是否已到达指令列表结尾；
若未到达指令执行时刻，则等待内部定时器累计一秒钟时间到达或接收到一次秒脉冲信号后，开始查询指令列表，找到下一条需要执行的程控指令；
数据块中参数包括任务模式信息、设备选用信息、压缩比选择信息、相机载荷数据接收选择信息、用户模式选择信息、加密明传选择信息、指令执行时刻信息；
高精度定时指令指执行精度误差不超过100ms的定时指令。
2.根据权利要求1所述的一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，其特征在于，还包括：若当前未到达指令列表结尾，则等待内部定时器累计一秒钟时间到达或接收到一次秒脉冲信号后，开始查询指令列表，找到下一条需要执行的程控指令。
3.根据权利要求2所述的一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，其特征在于，还包括：若主程序不需要通过串口总线发送其他数据，则等待进入定时器中断服务程序。
4.根据权利要求3所述的一种敏捷卫星数传元任务序列自主运行方法，其特征在于，本地时刻通过接收星务时间广播信息及秒脉冲信号来维护。
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