CN114547359A - 卫星程控自动判读、可视化的系统及方法 - Google Patents

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许莹
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Abstract

本发明提供了一种卫星程控自动判读、可视化的系统及方法，包括通信与处理模块、场景计算模块、场景显示模块、事件预报与执行分析判断模块及人机交互模块。本发明实现了系统的易用性、可重用性和可修改性，保证了卫星程控结果判断准确、迅速、可追溯。

Description

卫星程控自动判读、可视化的系统及方法
技术领域
本发明涉及卫星综合测试技术领域，具体地，涉及一种卫星程控自动判读、可视化的系统及方法，尤其是一种基于实时遥测遥控的卫星程控自动判读、可视化的系统及方法。
背景技术
随着星上硬件性能的提升，星上自主管理功能成为越来越多卫星的标准配置。程控指星上软件会根据特定触发条件(如星箭分离信号、轨道计算信息、地面站信息等)，自动发送相关指令以执行对应功能(如火工品起爆、数传开机等)。程控事件执行分析判断是验证卫星程控功能的必要工作，它通过计算相关触发条件以及验证遥测变化以分析程控执行情况。当前执行分析判断多通过人工方式，以数传开机程控功能为例，测试人员先通过卫星轨道根数和地面站经纬度计算出卫星进站时刻，然后根据程控规格说明计算开机指令的时间点和发送顺序，写出各条指令对应的遥测变化和变化时间，最后人工从遥测中判断指令执行情况，并填表记录。人工分析存在误判和漏判情况，且卫星长期运行中靠人力进行遥测判读存在极大的人力资源浪费。
调研航天器领域数据自动判读、综合测试领域数据自动判读的方法和系统发现，公开发表的自动判读系统或方法相关的论文主要有：《空间相机仿真测试数据自动判读系统的设计》，介绍了一种基于专家系统判断规则库的测试数据自动判读系统，提高了判读效率和精度，但采用测试用例仿真数据，缺乏数据真实性；《卫星控制系统测试数据自动判读系统设计》介绍了一种分别基于指令驱动、条件驱动的实时规则判读系统，并实时显示存储判读结果，但卫星控制系统测试数据量大、信号类型复杂，测试数据判读的一致性和可靠性仍需要人工判断，缺乏可视化手段；《自动判读系统在载人航天器电测中的应用》介绍了一种基于知识库和推理机的自动判读系统，实时性好、判读准确性好，具备参数、指令、事件的判读功能以及指令的监视功能，其中针对模拟飞行试验的事件判读和指令监视存在忙发的弊端，缺乏事件预报功能，基于遥测通过逆向推导指令发送情况显然难以满足航天器测试高可靠性的要求，存在极大的安全风险；《敏捷卫星姿态机动过程分析与可视化》介绍了一种基于实时测试场景载荷对地成像轨迹计算方法的Matlab计算平台和基于成像轨迹、成像点等多项指标数据判读的STK实时数据可视化判读平台，实现了敏捷卫星复杂机动过程的快速判读分析及可视化，但Matlab环境依赖性强、软件兼容性差、硬件资源消耗大，存在平台和应用局限性。
公开号CN106997487A的专利文献公开了一种基于知识库的飞行器测试数据自动判读方法，包括：导入待测设备输出的测试源码数据；对所述测试源码数据进行解析和预处理，得到待判读测试数据；从知识库中选取与所述待判读测试数据相匹配的判据，对所述待判读测试数据进行自动判读，得到判读结果并输出。但该专利文献属于事后分析，缺乏实时性且缺乏充分算法验证及应用。
公开号为CN105426299A的专利文献公开了一种基于工作流技术的测试数据实时判读系统，首先由测试流程设计模块完成活动节点及活动属性的配置，参数判据配置模块完成参数判据与活动节点关联，参数处理模块将二进制数据转换为物理量数据，流程执行引擎模块根据活动节点顺序及属性执行活动节点，并实时将活动节点的参数判据作为当前判据，发送给参数判读及显示模块。但是该专利文献参试设备参数单一，卫星领域试验过程中大体量的遥测遥控参数判读分析难以适用。
公开号为CN103218451A的专利文献公开了一种航天器测试数据自动判读方法，通过在现有遥测测试系统中建立判读规则库、判读结论数据库以及执行引擎，完成遥测数据或指令的自动判读，并将判读结论发送给综合测试监视终端，将判读结论推送给判读结论数据库进行存储，通过在执行引擎中建立黑板区，存储所有需要测试的遥测数据。但是该专利文献针对程控作业连续性指令发送判读缺乏高效判读机制，且缺乏可视化手段及指令判读报表。
公开号为CN103970034A的专利文献公开了一种小卫星控制分系统工作状态自动判读系统，对获取的控制分系统遥测数据和地面动力学仿真数据预处理和衍生计算后，从判据测试库中自动调用测试判据，对控制分系统的测试数据实时判读，判断卫星控制分系统工作状态是否正常、遥测数据是否超差，实时自动监视卫星控制分系统测试的正确性和安全性。但是该专利文献存在系统测试数据量大、信号类型复杂，测试数据判读的一致性和可靠性仍需要人工判断，缺乏可视化手段的缺陷。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星程控自动判读、可视化的系统及方法。
根据本发明提供的一种卫星程控自动判读、可视化的系统，包括通信与处理模块、场景计算模块、场景显示模块、事件预报与执行分析判断模块及人机交互模块：
通信与处理模块：该模块初始化时加载解析卫星配置表，从网络接口接收卫星遥测遥控数据，根据配置表与数据格式解析卫星遥测遥控数据，将解析后的卫星遥测遥控数据发送给场景计算模块和事件预报与执行分析判断模块；
场景计算模块：接收解析后的卫星遥测遥控数据，根据卫星遥测数据中的轨道根数遥测预报卫星轨道数据，根据卫星遥控数据中的星历计算日地轨道数据，将卫星轨道数据和日地轨道数据发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块；
场景显示模块：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，将卫星星下点轨迹和地面目标绘制在2D地球展开图上，将地球3D模型和卫星轨道绘制在3D场景中；
事件预报与执行分析判断模块：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，根据程控规格说明预报程控事件，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况并生成报告；
人机交互模块：向用户显示实时遥测、程控事件分析结果，接收用户操作指令修改软件配置和修改场景动画。
优选的，所述通信与处理模块包括数据接收模块、配置表读取模块、遥测解析模块及遥控解析模块。
优选的，所述场景计算模块包括天体动力学计算模块、卫星动力学计算模块及几何学计算模块。
优选的，所述场景显示模块包括2D场景绘制模块和3D场景绘制模块。
优选的，所述事件预报与执行分析判断模块包括程控规格说明解析模块、程控预报模块及执行分析模块。
本发明还提供了一种卫星程控自动化判读、可视化的方法，采用上述的卫星程控自动化判读、可视化的系统，执行步骤：
初始化步骤：模块初始化；
加载步骤：加载解析卫星配置文件；
通信步骤：从网络接口接收卫星遥测遥控和卫星遥控数据；
遥测数据解析步骤：根据卫星配置文件解析卫星遥测数据，将解析后的卫星遥测数据发送给场景计算模块；
卫星轨道数据获取步骤：根据卫星遥测数据中的轨道根数预报卫星轨道数据，将卫星轨道数据分别发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块；
日地轨道数据获取步骤：根据卫星遥测遥控数据中的星历数据计算日地轨道数据，将日地轨道数据分别发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块；
动态显示步骤：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，将卫星星下点轨迹和地面目标绘制在2D地球展开图上，将地球3D模型和卫星轨道绘制在3D场景中；
遥控数据解析步骤：根据卫星配置文件解析卫星遥控数据，将解析后的卫星遥控数据发送给事件预报与执行分析判断模块；
程控事件预报步骤：根据日地轨道数据和程控规格说明预报程控事件；
程控事件执行判断步骤：根据卫星遥测数据解析后的数据，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况；
生成报告步骤：根据程控事件和程控执行情况，生成报告。
优选的，所述通信步骤中，基于TCP/IP数据传输通信协议从网络接口接收卫星遥测遥控数据。
优选的，所述遥测数据解析步骤中，根据配置表与数据格式解析卫星遥测遥控。
优选的，所述遥控数据解析步骤中，根据配置表与数据格式解析卫星遥控数据。
优选的，所述卫星轨道数据获取步骤和所述日地轨道数据获取步骤中，建立天体动力学模型和卫星姿态轨道动力学模型。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明自动化遥测判读与遥控判读监视：基于卫星遥测遥控数据的二次应用开发，深入挖掘数据价值，提高数据利用率；
2、本发明真实动态多维场景监视：采用高分辨率真实场景显示和高效场景计算技术实现多维可视化，便于测试人员直观监视卫星程控作业过程中卫星在轨飞行星下点轨迹及程控作业事件执行情况，模拟真实在轨程控作业过程；
3、本发明便捷可靠适用范围广：适用于不同领域卫星的程控事件自动化判读与可视化，解决人工依赖判读效率低且容易出错的问题，提高测试质量；
4、本发明对于实现卫星程控测试自动化、判读自动化、执行可视化，保证测试迅速、准确、可追溯性具有重要意义，为测试人员提供直观场景、自动判断和判读结论，提高测试效率和可靠性；
5、本发明基于实时遥测遥控的程控作业在线判读分析方法，对于卫星自主执行发送的指令情况联合遥测参数变化能够快速分析，克服事后处理时效性不足的缺陷；
6、本发明基于卫星实时遥测和卫星基础数据的轨道计算及程控事件预报方法，采用模型驱动的方法，具备轨道预报及程控事件预报的功能，对于卫星业务运行过程中载荷数据下传、系统单机开机、任务执行情况监视分析具有重要价值，杜绝指令逆推的不确定性，提高测试判读的可靠性；
7、本发明基于卫星实时运行轨迹任务执行的可视化判读分析及报表方法，提供了一种直观便捷的判读分析技术手段，解决了复杂工况人工经验依赖性强、判读效率低的难题。
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为本发明的卫星程控自动判读、可视化的系统的框架图；
图2为本发明的卫星程控自动判读、可视化的方法的流程图。
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。
如图1所示，本发明提供的一种卫星程控自动判读、可视化的系统，包括通信与处理模块、场景计算模块、场景显示模块、事件预报与执行分析判断模块及人机交互模块：
通信与处理模块：该模块初始化时加载解析卫星配置表，从网络接口接收卫星遥测遥控数据，根据配置表与数据格式解析卫星遥测遥控数据，将解析后的卫星遥测遥控数据发送给场景计算模块和事件预报与执行分析判断模块，通信与处理模块包括数据接收模块、配置表读取模块、遥测解析模块及遥控解析模块；
场景计算模块：接收解析后的卫星遥测遥控数据，根据卫星遥测数据中的轨道根数遥测预报卫星轨道数据，根据卫星遥控数据中的星历计算日地轨道数据，将卫星轨道数据和日地轨道数据发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块，场景计算模块包括天体动力学计算模块、卫星动力学计算模块及几何学计算模块；
场景显示模块：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，将卫星星下点轨迹和地面目标绘制在2D地球展开图上，将地球3D模型和卫星轨道绘制在3D场景中，场景显示模块包括2D场景绘制模块和3D场景绘制模块；
事件预报与执行分析判断模块：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，根据程控规格说明预报程控事件，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况并生成报告，事件预报与执行分析判断模块包括程控规格说明解析模块、程控预报模块及执行分析模块；
人机交互模块：向用户显示实时遥测、程控事件分析结果，接收用户操作指令修改软件配置和修改场景动画。
如图2所示，本发明还提供一种卫星程控自动化判读、可视化的方法，采用上述的卫星程控自动化判读、可视化的系统，执行步骤：
初始化步骤：模块初始化；
加载步骤：加载解析卫星配置文件；
通信步骤：从网络接口接收卫星遥测遥控和卫星遥控数据，通信步骤中，基于TCP/IP数据传输通信协议从网络接口接收卫星遥测遥控数据；
遥测数据解析步骤：根据卫星配置文件解析卫星遥测数据，将解析后的卫星遥测数据发送给场景计算模块，遥测数据解析步骤中，根据配置表与数据格式解析卫星遥测遥控；
卫星轨道数据获取步骤：根据卫星遥测数据中的轨道根数预报卫星轨道数据，将卫星轨道数据分别发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块，卫星轨道数据获取步骤中，建立天体动力学模型和卫星姿态轨道动力学模型；
日地轨道数据获取步骤：根据卫星遥测遥控数据中的星历数据计算日地轨道数据，将日地轨道数据分别发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块，日地轨道数据获取步骤中，建立天体动力学模型和卫星姿态轨道动力学模型；
动态显示步骤：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，将卫星星下点轨迹和地面目标绘制在2D地球展开图上，将地球3D模型和卫星轨道绘制在3D场景中；
遥控数据解析步骤：根据卫星配置文件解析卫星遥控数据，将解析后的卫星遥控数据发送给事件预报与执行分析判断模块，遥控数据解析步骤中，根据配置表与数据格式解析卫星遥控数据；
程控事件预报步骤：根据日地轨道数据和程控规格说明预报程控事件；
程控事件执行判断步骤：根据卫星遥测数据解析后的数据，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况；
生成报告步骤：根据程控事件和程控执行情况，生成报告。
本发明涉及卫星程控作业，即星上软件根据卫星当前时刻、卫星预注时刻、轨道位置、星下点位置、卫星遥测变化等触发条件，自动执行的动作，公开了一种基于卫星实时遥测遥控的程控自动判读及可视化系统，包括：通信与处理模块，接收并解析卫星遥测遥控数据；场景计算模块，卫星动力学及几何学相关计算；场景显示模块，根据场景计算结果，以2D和3D方式显示卫星轨道、地球等元素；事件预报与执行分析判断模块，根据场景计算和遥控解析结果预报事件，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况并生成报告；人机交互模块，用户与其他模块交互的入口。
本发明的方法和系统以实时遥测遥控数据流驱动和卫星动力学模型驱动，采用面向对象和模块化设计思想，实现了系统的易用性、可重用性和可修改性，解决了卫星程控事件判断依赖人工且缺乏可视化手段的技术问题，保证了卫星程控结果判断准确、迅速、可追溯。
优选例：
一种基于实时遥测遥控的卫星程控自动判读及可视化系统，的系统包括：通信与处理模块，接收并解析卫星遥测遥控数据；场景计算模块，天体动力学、卫星动力学及几何学相关计算；场景显示模块，根据场景计算结果，以2D和3D方式显示卫星轨道、地球等元素；事件预报与执行分析判断模块，根据场景计算和遥控解析结果预报事件，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况并生成报告；人机交互模块，用户与其他模块交互的入口。
一种卫星程控自动判读、可视化的方法，采用上述系统，执行步骤：
步骤一：模块初始化；
步骤二：加载解析卫星配置表；
步骤三：基于TCP/IP数据传输通信协议从网络接口接收卫星遥测遥控数据；
步骤四：根据配置表与数据格式解析卫星遥测遥控；
步骤五：将解析后的卫星遥测数据发送给场景计算模块；
步骤六：将解析后的卫星遥控数据发送给事件预报与执行分析判断模块；
步骤七：建立天体动力学和卫星姿态轨道动力学模型；
步骤八：步骤七，根据卫星遥测中的轨道根数遥测预报卫星轨道数据；
步骤九：步骤八，根据遥测中星历数据计算日地轨道数据；
步骤十：步骤九，将场景计算数据分别发送给场景显示模块、事件预报与执行分析判断模块；
步骤十一：将卫星星下点轨迹和地面目标绘制在场景显示模块的2D地球展开图上；将地球3D模型和卫星轨道绘制在场景显示模块的3D场景中；
步骤十二：接收场景计算数据和遥控数据，根据卫星程控作业规格说明预报程控事件；
步骤十三：与实时遥测进行比对，分析判断程控执行情况并生成报告。
本发明具有卫星配置表解析功能，可适用于不同型号的卫星项目，从网络接口接收卫星遥测遥控数据，根据配置表与数据格式解析遥测遥控，将解析后的卫星数据发送给其他模块；具有卫星遥测接受及解析功能，根据轨道根数遥测预报卫星轨道数据，并根据星历计算日地轨道数据，将场景计算数据发送给其他模块；具有多维可视化功能，场景模块基于扩展组件技术，可真实展示地球、卫星、星下点轨迹、测控地面站、地面目标等实体的2D场景和3D场景；具有场景计算数据和遥控数据接收功能，根据卫星程控规格说明预报程控事件，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况并生成报告；设计人机交互界面，向用户显示实时遥测、程控事件分析结果，接收用户操作指令修改软件配置和修改场景动画。
本发明涉及卫星程控作业，即星上软件根据卫星当前时刻、卫星预注时刻、轨道位置、星下点位置、卫星遥测变化等触发条件，自动执行的动作，基于卫星遥测遥控进行二次开发应用，特别是基于实时遥测遥控的卫星程控事件执行情况自动化判读方法，应用于卫星AIT测试和在轨管理。本发明所述的方法系统以实时遥测遥控数据流驱动和卫星动力学模型驱动，采用面向对象和模块化设计思想，实现了系统的易用性、可重用性和可修改性，解决了卫星程控事件判断依赖人工且缺乏可视化手段的技术问题，保证了卫星程控结果判断准确、迅速、可追溯。
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)

1.一种卫星程控自动判读、可视化的系统，其特征在于，包括通信与处理模块、场景计算模块、场景显示模块、事件预报与执行分析判断模块及人机交互模块：
通信与处理模块：该模块初始化时加载解析卫星配置表，从网络接口接收卫星遥测遥控数据，根据配置表与数据格式解析卫星遥测遥控数据，将解析后的卫星遥测遥控数据发送给场景计算模块和事件预报与执行分析判断模块；
场景计算模块：接收解析后的卫星遥测遥控数据，根据卫星遥测数据中的轨道根数遥测预报卫星轨道数据，根据卫星遥控数据中的星历计算日地轨道数据，将卫星轨道数据和日地轨道数据发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块；
场景显示模块：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，将卫星星下点轨迹和地面目标绘制在2D地球展开图上，将地球3D模型和卫星轨道绘制在3D场景中；
事件预报与执行分析判断模块：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，根据程控规格说明预报程控事件，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况并生成报告；
人机交互模块：向用户显示实时遥测、程控事件分析结果，接收用户操作指令修改软件配置和修改场景动画。
2.根据权利要求1所述的卫星程控自动判读、可视化的系统，其特征在于，所述通信与处理模块包括数据接收模块、配置表读取模块、遥测解析模块及遥控解析模块。
3.根据权利要求1所述的卫星程控自动判读、可视化的系统，其特征在于，所述场景计算模块包括天体动力学计算模块、卫星动力学计算模块及几何学计算模块。
4.根据权利要求1所述的卫星程控自动判读、可视化的系统，其特征在于，所述场景显示模块包括2D场景绘制模块和3D场景绘制模块。
5.根据权利要求1所述的卫星程控自动判读、可视化的系统，其特征在于，所述事件预报与执行分析判断模块包括程控规格说明解析模块、程控预报模块及执行分析模块。
6.一种卫星程控自动判读、可视化的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的卫星程控自动化判读、可视化的系统，执行步骤：
初始化步骤：模块初始化；
加载步骤：加载解析卫星配置文件；
通信步骤：从网络接口接收卫星遥测遥控和卫星遥控数据；
遥测数据解析步骤：根据卫星配置文件解析卫星遥测数据，将解析后的卫星遥测数据发送给场景计算模块；
卫星轨道数据获取步骤：根据卫星遥测数据中的轨道根数预报卫星轨道数据，将卫星轨道数据分别发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块；
日地轨道数据获取步骤：根据卫星遥测遥控数据中的星历数据计算日地轨道数据，将日地轨道数据分别发送给场景显示模块和事件预报与执行分析判断模块；
动态显示步骤：接收卫星轨道数据和日地轨道数据，将卫星星下点轨迹和地面目标绘制在2D地球展开图上，将地球3D模型和卫星轨道绘制在3D场景中；
遥控数据解析步骤：根据卫星配置文件解析卫星遥控数据，将解析后的卫星遥控数据发送给事件预报与执行分析判断模块；
程控事件预报步骤：根据日地轨道数据和程控规格说明预报程控事件；
程控事件执行判断步骤：根据卫星遥测数据解析后的数据，与实时遥测进行比对，判断程控执行情况；
生成报告步骤：根据程控事件和程控执行情况，生成报告。
7.根据权利要求6所述卫星程控自动判读、可视化的方法，其特征在于，所述，所述通信步骤中，基于TCP/IP数据传输通信协议从网络接口接收卫星遥测遥控数据。
8.根据权利要求6所述卫星程控自动判读、可视化的方法，其特征在于，所述遥测数据解析步骤中，根据配置表与数据格式解析卫星遥测遥控。
9.根据权利要求6所述卫星程控自动判读、可视化的方法，其特征在于，所述遥控数据解析步骤中，根据配置表与数据格式解析卫星遥控数据。
10.根据权利要求6所述卫星程控自动判读、可视化的方法，其特征在于，所述卫星轨道数据获取步骤和所述日地轨道数据获取步骤中，建立天体动力学模型和卫星姿态轨道动力学模型。
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CN117807980A (zh) * 2024-02-27 2024-04-02 北京宏宇航天技术有限公司 一种基于轨道数据求解器的数据报告生成方法及设备

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CN117807980A (zh) * 2024-02-27 2024-04-02 北京宏宇航天技术有限公司 一种基于轨道数据求解器的数据报告生成方法及设备

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