CN114490811A - 一种小卫星全寿命周期数据管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小卫星全寿命周期数据管理系统，建立配置信息数据库、运行信息数据库和研制信息数据库，将卫星在轨数据、研制生产数据和辅助信息数据，按存储介质、存储类型和传输方式的差异，导入全周期数据存储单元。数据处理单元完成卫星在轨数据接收、帧格式处理、遥测数据解析、小固存数据接收及处理，进行卫星轨道计算、星历预报、姿态实时计算和过境预报计算。智能分析单元对在轨实时数据阈值门限监视，异常状态告警，快速诊断卫星故障。数据挖掘单元对不同时段部件或设备的在轨数据和地面测试数据进行挖掘，评估整星全寿命周期健康状态，星上产品使用效率与频次分析，生成在轨使用状态分析报告。三维态势显示单元提供在轨卫星状态实时三维态势显示。
Description
技术领域
本发明属于卫星综合测试技术领域，尤其涉及一种小卫星全寿命周期数据管理系统。
背景技术
随着航天事业的发展，目前在轨卫星日益增多，每年将产生数万亿条记录数据，包括单机验收数据、卫星地面测试数据、卫星大型试验数据、卫星在轨遥测数据、AIT总装检测数据以及空间环境数据、轨道数据等其他类型数据。
目前数据管理存在数据类型多，数据管理系统多，数据负责单位多的特点。数据管理由各单位、各部分负责管理，由于数据的存储和应用需求不同，各系统存在较大差异，无法对数据进行统一集中管理，导致大量的卫星相关数据丢失或闲置。同时随着卫星应用技术的发展，大量商业卫星运营商亟需卫星的第三方测试结果评价、在轨故障诊断状态检测、健康状态评估服务、卫星寿命预测相关服务。当前的卫星数据管理方式无法支撑卫星数据管理和应用发展需求。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种小卫星全寿命周期数据管理系统，方便快捷提供多型多星数据管理和应用服务，以满足小卫星全寿命周期的多源多类型海量数据维护和应用的需求。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种小卫星全寿命周期数据管理系统，包括：
配置信息数据库，用于保存静态数据；其中，静态数据包括：卫星基本信息、测控设备资源配置信息、系统运行配置信息、遥测参数处理方法定义和遥控指令；
运行信息数据库，用于保存系统运行过程中产生的计算结果、加工结果和处理结果；
研制信息数据库，用于保存卫星文件类型、数据包形式和数据的分布式文件；
全周期数据存储单元，用于对卫星全周期过程的数据进行整理、存储；
数据处理单元，用于对接收到的数据进行解析处理，完成卫星轨道计算、星历预报、姿态实时计算和过境预报计算；
智能分析单元，用于对卫星故障进行监视、告警和诊断；
数据挖掘单元，用于进行健康状态评估、数据统计分析和设备使用分析；
三维态势显示单元，用于对在轨卫星状态进行实时三维态势显示；以及，响应数据查询请求，并显示查询结果。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，全周期数据存储单元，包括：
存储模块，用于提供数据抽取和数据导入的接口服务；
整理模块，用于在接收到数据整理请求后，依据执行计划，通过存储模块的数据抽取接口将待整理数据读取到内存中，将半结构化和非结构化数据进行分析整理，接收计算进程命令，构造数据执行计划，将整理后的结构化数据送至数据处理单元或持久化到存储模块中。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，数据处理单元，包括：
卫星数据处理模块，用于完成卫星在轨数据接收、帧格式处理、遥测数据解析、小固存数据接收及处理，将处理值发送至卫星信息计算模块；
卫星信息计算模块，用于根据卫星数据处理模块发送来的处理值，结合卫星质量、地面气息数据、地面站坐标和天文常数，完成卫星轨道计算、星历预报、姿态实时计算和过境预报计算。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，智能分析单元，包括：
实时数据状态监视模块，用于根据数据处理单元解算得到的实时遥测参数值，按自定义阈值对遥测参数状态进行判读，对超出门限的遥测参数进行标识，完成对实时遥测参数的状态监视；
参数故障告警模块，用于对实时数据状态监视模块输出的实时遥测参数的状态监视结果进行分析，发现异常值立即进行参数异常告警，并在运行信息数据库中自动记录告警内容；
实时故障诊断模块，用于对根据预先定义的诊断算法自动对卫星故障进行综合判断，结合卫星状态快速完成多参数联合判断。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，数据挖掘单元，包括：
健康状态评估模块，用于依据卫星故障树、地面测试设计准则，建立卫星健康状态模型，使用不同时段部件或设备的在轨数据和地面测试数据进行挖掘，验证和修正健康状态模型，为整星健康状态评估；
数据统计分析模块，用于以Spark流式分析为基础，集成相关数据统计分析算法，完成星上产品使用效率与频次分析，并将分析结果记录在运行信息数据库中；
设备使用分析模块，用于对卫星在轨运行阶段的关键设备、单机和元器件使用频次、开关切换等动作进行挖掘统计，生成在轨使用状态分析报告。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，三维态势显示单元，包括：
综合态势显示模块，用于应用C/S和B/S两种方式，中英文显示切换，提供在轨卫星状态实时三维态势显示；
全周期数据查询显示模块，用于完成非格式化数据查询预览、格式化数据查询显示、格式化数据关联查询显示、格式化数据横纵向比对结果显示。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，卫星全周期过程的数据，包括：
卫星在轨数据：在轨遥测数据和固存数据；
卫星研制生产数据：卫星设计仿真数据、产品电子数据包、AIT总装检测数据、卫星地面测试数据和卫星大型试验数据；
辅助信息数据：空间环境数据、气象数据和轨道信息数据。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，卫星全周期过程的数据的导入方式，包括：
以分布式消息队列的形式由Kafka分发；
使用Sqoop以及数据集成工具，直接导入；
采用硬件复制或文件传输协议FTP传输；
使用Flume工具导入。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，系统逻辑数据结构设计为三类：数据库表结构、一级遥测数据结构和二级数据文件结构。
在上述小卫星全寿命周期数据管理系统中，全寿命周期数据挖掘分析项目，包括：数据基本统计、数据概率分布统计、参数估计、假设检验、方差分析、相关和回归分析，以及常规或自定义数据包络线提取和分析、整星阶段性数据统计分析。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种小卫星全寿命周期数据管理系统，主要用于完成卫星全寿命周期时间跨度的数据采集、整理、存储、查询等基础性数据管理功能，实现卫星实时状态智能监测、健康状态评估、健壮性分析、设计缺陷挖掘等高级数据应用能力。满足所有在研和在轨卫星的数据管理需求，大幅提高卫星数据应用效率。
(2)本发明公开了一种小卫星全寿命周期数据管理系统，采用了多种数据导入、计算和存储引擎相结合技术，完成多源多星的全周期数据采集和整理。建立多种逻辑数据结构设计方式，匹配所有卫星基础配置、在轨运行、研制生产的数据信息入库保存。
(3)本发明公开了一种小卫星全寿命周期数据管理系统，对卫星实时数据采用智能监测、故障告警和故障诊断技术，完成卫星运行状态评估。构建开放式数据挖掘平台并对外提供数据挖掘接口，丰富数据挖掘算法及应用。
附图说明
图1是本发明实施例中一种小卫星全寿命周期数据管理系统的结构框图；
图2是本发明实施例中一种数据库关系示意图；
图3是本发明实施例中一种数据存储服务流程图
图4是本发明实施例中一种小卫星全寿命周期数据管理系统的系统架构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，包括：
配置信息数据库101，用于保存静态数据。
在本实施例中，静态数据包括但不仅限于：卫星基本信息、测控设备资源配置信息、系统运行配置信息、遥测参数处理方法定义和遥控指令。在增加卫星或者增加测控站时，可对配置信息数据库101中存储的静态数据进行更新。
运行信息数据库102，用于保存系统运行过程中产生的计算结果、加工结果和处理结果。其中，运行信息数据库102为不同卫星任务单独建立的数据库。
研制信息数据库103，用于保存卫星文件类型、数据包形式和数据的分布式文件。
全周期数据存储单元104，用于对卫星全周期过程的数据进行整理、存储。
在本实施例中，全周期数据存储单元104具体可以包括：存储模块，用于提供数据抽取和数据导入的接口服务。整理模块，用于在接收到数据整理请求后，依据执行计划，通过存储模块的数据抽取接口将待整理数据读取到内存中，将半结构化和非结构化数据进行分析整理，接收计算进程命令，构造数据执行计划，将整理后的结构化数据送至数据处理单元或持久化到存储模块中，存储服务流程如图3所示。
数据处理单元105，用于对接收到的数据进行解析处理，完成卫星轨道计算、星历预报、姿态实时计算和过境预报计算。
在本实施例中，数据处理单元105具体可以包括：卫星数据处理模块，用于完成卫星在轨数据接收、帧格式处理、遥测数据解析、小固存数据接收及处理，将处理值发送至卫星信息计算模块。卫星信息计算模块，用于根据卫星数据处理模块发送来的处理值，结合卫星质量、地面气息数据、地面站坐标和天文常数，完成卫星轨道计算、星历预报、姿态实时计算和过境预报计算。
智能分析单元106，用于对卫星故障进行监视、告警和诊断。
在本实施例中，智能分析单元106具体可以包括：实时数据状态监视模块，用于根据数据处理单元解算得到的实时遥测参数值，按自定义阈值对遥测参数状态进行判读，对超出门限的遥测参数进行标识，完成对实时遥测参数的状态监视。参数故障告警模块，用于对实时数据状态监视模块输出的实时遥测参数的状态监视结果进行分析，发现异常值立即进行参数异常告警，并在运行信息数据库中自动记录告警内容。实时故障诊断模块，用于对根据预先定义的诊断算法自动对卫星故障进行综合判断，结合卫星状态快速完成多参数联合判断。
数据挖掘单元107，用于进行健康状态评估、数据统计分析和设备使用分析。
在本实施例中，数据挖掘单元107具体可以包括：健康状态评估模块，用于依据卫星故障树、地面测试设计准则，建立卫星健康状态模型，使用不同时段部件或设备的在轨数据和地面测试数据进行挖掘，验证和修正健康状态模型，为整星健康状态评估。数据统计分析模块，用于以Spark流式分析为基础，集成相关数据统计分析算法，完成星上产品使用效率与频次分析，并将分析结果记录在运行信息数据库中。设备使用分析模块，用于对卫星在轨运行阶段的关键设备、单机和元器件使用频次、开关切换等动作进行挖掘统计，生成在轨使用状态分析报告。
三维态势显示单元108，用于对在轨卫星状态进行实时三维态势显示；以及，响应数据查询请求，并显示查询结果。
在本实施例中，三维态势显示单元108具体可以包括：综合态势显示模块，用于应用C/S和B/S两种方式，中英文显示切换，提供在轨卫星状态实时三维态势显示。全周期数据查询显示模块，用于完成非格式化数据查询预览、格式化数据查询显示、格式化数据关联查询显示、格式化数据横纵向比对结果显示。
在本实施例中，卫星全周期过程的数据包括但不仅限于：1)卫星在轨数据：在轨遥测数据和固存数据；2)卫星研制生产数据：卫星设计仿真数据、产品电子数据包、AIT总装检测数据、卫星地面测试数据和卫星大型试验数据；3)辅助信息数据：空间环境数据、气象数据和轨道信息数据。
在本实施例中，基于数据存储介质、数据存储类型和数据传输方式的差异，系统借助不同的导入工具，实现不同源数据和不同结构数据的导入。卫星全周期过程的数据的导入方式包括但不仅限于：1)以分布式消息队列的形式由Kafka分发：对实时性要求较高的监测数据以分布式消息队列的形式由Kafka分发；2)使用Sqoop以及数据集成工具，直接导入：关系型数据库使用Sqoop以及数据集成等工具，直接将数据导入；3)采用硬件复制或文件传输协议FTP传输：对于安全等级较高的数据和其他一些离线数据，使用硬件复制或文件传输协议(FTP)传输的方式导入；4)使用Flume工具导入：对于日志等文本数据使用Flume工具导入。
在本实施例中，系统逻辑数据结构设计包括但不仅限于：数据库表结构、一级遥测数据结构和二级数据文件结构。
数据库表主要用于存放系统结构化的信息，包括用户定义、遥测参数定义、遥控指令定义、操作日志等信息的记录。数据库关系如图2所示。为了满足卫星信息存储周期长，信息量大的需求，将数据库设计成更加利于用户长期使用和管理的库表结构。为此，结构化数据库将按照如下的原则进行库表结构设计：1)配置信息统一建库；2)卫星任务单独建库；3)长期数据按年建表。
一级遥测数据结构的结构化数据库，进行库表结构设计原则为配置信息统一建库，卫星任务单独建库，长期数据按年建表。以每颗卫星任务名称为数据库名，每个遥测参数名称为表名，表中记录格式统一为：datatime、paramcode、status、value和code。
二级数据文件结构，分为原始文件和整理文件两类，整理文件按照参数以月为单位进行存储。
在本实施例中，全寿命周期数据挖掘分析项目包括但不仅限于：数据基本统计、数据概率分布统计、参数估计、假设检验、方差分析、相关和回归分析，以及常规或自定义数据包络线提取和分析、整星阶段性数据统计分析。统计结果按单机类型、提供商、卫星平台等条件进行查询。
在本实施例中，为确保数据显示、数据模型和数据分析功能的相互分离，本小卫星全寿命周期数据管理系统采用分布式系统架构，通过实现面向服务的接口方式，提高系统整体扩展能力，系统架构如图4所示，由智能分析单元、数据挖掘单元和三维态势显示单元完成数据应用服务。
在本实施例中，该小卫星全寿命周期数据管理系统应用的计算和存储引擎如下：对于非实时性数据计算，选择MapReduce计算引擎；对实时性要求较高的数据计算，选择Spark或Storm计算框架；对时序不可分的流媒体数据处理，选择定制流媒体计算引擎。对于结构化或键值对数据，采用Hive或HBase存储，兼容Oracle和MySQL等关系型数据库；对于日志、多媒体等半结构化和非结构化数据，采用HDFS存储。
系统运行硬件环境由服务器集群及相关网络环境构成。具体硬件环境如表1所示：
| 编号 | 功能名称 | 硬件需求 | 说明 |
| 1 | 大数据存储平台集群 | 15台服务器 | 13台存储，2台控制，总容量大于150TB |
| 2 | Web/计算服务器 | 5台服务器 | 用于Web服务、数据处理计算 |
| 3 | 数据挖掘服务器 | 6台服务器 | 满足数据挖掘分析 |
| 4 | 负载均衡服务 | 1台服务器 | 用于构建负载均衡服务，满足多用户并发需求 |
| 5 | 数据分析服务器 | 1台服务器 | 数据统计计算 |
| 6 | NAS | 1台 | 分布式文件系统 |
| 7 | 万兆网交换机 | 2台 | 多模万兆接口 |
表1，硬件环境列表
软件环境较简单，主要由客户端软件、服务器端软件和数据库三部分组成，具体环境如表2所示：
表2，软件环境列表
综上所述，本发明公开了一种小卫星全寿命周期数据管理系统，建立配置信息数据库、运行信息数据库和研制信息数据库，将卫星在轨数据、研制生产数据和辅助信息数据，按存储介质、存储类型和传输方式的差异，导入全周期数据存储单元。数据处理单元完成卫星在轨数据接收、帧格式处理、遥测数据解析、小固存数据接收及处理，进行卫星轨道计算、星历预报、姿态实时计算和过境预报计算。智能分析单元对在轨实时数据阈值门限监视，异常状态告警，快速诊断卫星故障。数据挖掘单元对不同时段部件或设备的在轨数据和地面测试数据进行挖掘，评估整星全寿命周期健康状态，星上产品使用效率与频次分析，生成在轨使用状态分析报告。三维态势显示单元提供在轨卫星状态实时三维态势显示，对全寿命周期数据完成数据查询预览、显示、关联统计、数据横纵向比对结果显示等。
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方法和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。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，包括：
配置信息数据库，用于保存静态数据；其中，静态数据包括：卫星基本信息、测控设备资源配置信息、系统运行配置信息、遥测参数处理方法定义和遥控指令；
运行信息数据库，用于保存系统运行过程中产生的计算结果、加工结果和处理结果；
研制信息数据库，用于保存卫星文件类型、数据包形式和数据的分布式文件；
全周期数据存储单元，用于对卫星全周期过程的数据进行整理、存储；
数据处理单元，用于对接收到的数据进行解析处理，完成卫星轨道计算、星历预报、姿态实时计算和过境预报计算；
智能分析单元，用于对卫星故障进行监视、告警和诊断；
数据挖掘单元，用于进行健康状态评估、数据统计分析和设备使用分析；
三维态势显示单元，用于对在轨卫星状态进行实时三维态势显示；以及，响应数据查询请求，并显示查询结果。
2.根据权利要求1所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，全周期数据存储单元，包括：
存储模块，用于提供数据抽取和数据导入的接口服务；
整理模块，用于在接收到数据整理请求后，依据执行计划，通过存储模块的数据抽取接口将待整理数据读取到内存中，将半结构化和非结构化数据进行分析整理，接收计算进程命令，构造数据执行计划，将整理后的结构化数据送至数据处理单元或持久化到存储模块中。
3.根据权利要求2所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，数据处理单元，包括：
卫星数据处理模块，用于完成卫星在轨数据接收、帧格式处理、遥测数据解析、小固存数据接收及处理，将处理值发送至卫星信息计算模块；
卫星信息计算模块，用于根据卫星数据处理模块发送来的处理值，结合卫星质量、地面气息数据、地面站坐标和天文常数，完成卫星轨道计算、星历预报、姿态实时计算和过境预报计算。
4.根据权利要求3所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，智能分析单元，包括：
实时数据状态监视模块，用于根据数据处理单元解算得到的实时遥测参数值，按自定义阈值对遥测参数状态进行判读，对超出门限的遥测参数进行标识，完成对实时遥测参数的状态监视；
参数故障告警模块，用于对实时数据状态监视模块输出的实时遥测参数的状态监视结果进行分析，发现异常值立即进行参数异常告警，并在运行信息数据库中自动记录告警内容；
实时故障诊断模块，用于对根据预先定义的诊断算法自动对卫星故障进行综合判断，结合卫星状态快速完成多参数联合判断。
5.根据权利要求4所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，数据挖掘单元，包括：
健康状态评估模块，用于依据卫星故障树、地面测试设计准则，建立卫星健康状态模型，使用不同时段部件或设备的在轨数据和地面测试数据进行挖掘，验证和修正健康状态模型，为整星健康状态评估；
数据统计分析模块，用于以Spark流式分析为基础，集成相关数据统计分析算法，完成星上产品使用效率与频次分析，并将分析结果记录在运行信息数据库中；
设备使用分析模块，用于对卫星在轨运行阶段的关键设备、单机和元器件使用频次、开关切换等动作进行挖掘统计，生成在轨使用状态分析报告。
6.根据权利要求5所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，三维态势显示单元，包括：
综合态势显示模块，用于应用C/S和B/S两种方式，中英文显示切换，提供在轨卫星状态实时三维态势显示；
全周期数据查询显示模块，用于完成非格式化数据查询预览、格式化数据查询显示、格式化数据关联查询显示、格式化数据横纵向比对结果显示。
7.根据权利要求6所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，卫星全周期过程的数据，包括：
卫星在轨数据：在轨遥测数据和固存数据；
卫星研制生产数据：卫星设计仿真数据、产品电子数据包、AIT总装检测数据、卫星地面测试数据和卫星大型试验数据；
辅助信息数据：空间环境数据、气象数据和轨道信息数据。
8.根据权利要求7所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，卫星全周期过程的数据的导入方式，包括：
以分布式消息队列的形式由Kafka分发；
使用Sqoop以及数据集成工具，直接导入；
采用硬件复制或文件传输协议FTP传输；
使用Flume工具导入。
9.根据权利要求8所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，系统逻辑数据结构设计为三类：数据库表结构、一级遥测数据结构和二级数据文件结构。
10.根据权利要求9所述的小卫星全寿命周期数据管理系统，其特征在于，全寿命周期数据挖掘分析项目，包括：数据基本统计、数据概率分布统计、参数估计、假设检验、方差分析、相关和回归分析，以及常规或自定义数据包络线提取和分析、整星阶段性数据统计分析。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111669551.3A CN114490811A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种小卫星全寿命周期数据管理系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111669551.3A CN114490811A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种小卫星全寿命周期数据管理系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114490811A true CN114490811A (zh) | 2022-05-13 |
Family
ID=81508040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111669551.3A Pending CN114490811A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种小卫星全寿命周期数据管理系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN114490811A (zh) |
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2021
- 2021-12-31 CN CN202111669551.3A patent/CN114490811A/zh active Pending
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