CN114553295B - 基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法及系统，涉及卫星回放弧段自主选择技术领域，该方法包括：步骤S1：地面提前上注中继回放弧段给星载软件，供后者存储使用；步骤S2：星载软件周期性地检测潜在的数据回放弧段，包含地面站回放弧段和中继回放弧段，并控制数传和中继在内的单机进行数据的下传；步骤S3：若检测结果是中继回放弧段的状态下，则进一步检测其是否与地面站回放弧段产生冲突；步骤S4：当中继回放弧段与地面站回放弧段存在冲突时，星载软件根据既定的冲突避免策略选择回放弧段进行数据下传。本发明能够可自主进行回放弧段选择无需地面干预，大大降低了卫星维护成本，并为扩展卫星业务的应用范围奠定了良好基础。
Description
技术领域
本发明涉及卫星回放弧段自主选择技术领域，具体地，涉及一种基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法。
背景技术
卫星环绕于地球周围太空中，可将其遥测和遥感数据存储在数传单机中的大容量存储器中，并在进入数据回放弧段时将存储器中数据下传至地面。在中继传输技术尚未成熟之前，卫星通常直接采用对地面站回放来进行数据下传。随着中继传输技术的成熟，中继星逐渐作为军事卫星甚至民用卫星的主要数据传输手段，卫星在进入中继可回放弧段内时可通过中继链路将数据下传到地面。
由于卫星回放数据时只能选择一种传输链路进行数据下传，因此当地面站弧段和中继弧段同时可用，即两者发生冲突情形时，卫星必须选择其中一种进行数据下传。传统的做法是由地面进行回放弧段的人工选择，即人工剔除与地面站冲突的中继弧段，将剩下可用的中继弧段上注给卫星用于数据传输。这种做法虽然简单，但地面维护成本较大，并且可靠性方面存在隐患，比如人工筛选环节出现问题会导致数据回放失败。
公开号为CN111404592A的发明专利，公开了一种遥感卫星中继接收资源申请方法及系统，该方法包括：确定中继接收资源需求窗口，接收中继卫星空闲窗口，计算遥感卫星与中继卫星间可视窗口；对中继接收资源需求窗口、中继卫星空闲窗口、可视窗口取交集，形成待选窗口；针对尚未完成预分配且优先级最高的卫星，依次为其每个需求时段分配待选窗口；根据前次待选窗口分配结果，对未分配的待选窗口进行冲突消解，更新待选窗口状态；重复执行待选窗口分配及冲突消解的操作，直至完成所有遥感卫星待选窗口分配。该方法侧重于中继资源的分配和冲突消解，不涉及中继弧段与地面站弧段的冲突避免。
公开号为CN107168347B的发明专利，公开了一种火星探测器中继通讯可见弧段自主判别及驱动控制方法，包含深空探测过程中自主可通讯弧段的判别方法以及中继天线的驱动控制算法，利用中继通讯可见弧段器上自主判别方法，确定可中继通讯弧段的位置，规划姿态机动策略，保障探测器在中继通讯前提前机动到对火姿态；利用深空探测中继通讯驱动机构控制算法，实时产生控制指令驱动中继天线，保障在较短的中继通讯可见弧段内探测器与着陆器通讯成功。该发明公开了深空探测过程中自主可通讯弧段的判别方法及中继天线的驱动控制算法，可自主判别中继弧段并确定中继通讯弧段的位置，但未涉及与地面站回放冲突的问题。
在现有技术当中，对于依赖中继星业务的卫星来说，现有的方法对卫星的维护成本较高，方法不够灵活可靠，且不易于在工程实践中实施运用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法。
根据本发明提供的一种基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，所述方案如下：
一种基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，所述方法包括：
步骤S1：地面提前上注中继回放弧段给星载软件，供后者存储使用；
步骤S2：星载软件周期性地检测潜在的数据回放弧段，包含地面站回放弧段和中继回放弧段，并控制数传和中继在内的单机进行数据的下传；
步骤S3：若检测结果是中继回放弧段的状态下，则进一步检测其是否与地面站回放弧段产生冲突；
步骤S4：当中继回放弧段与地面站回放弧段存在冲突时，星载软件根据既定的冲突避免策略选择回放弧段进行数据下传。
优选的，所述星载软件负责卫星的数传回放任务，星载软件通过发送存储器读/读停指令给数传单机来控制数据的下传，在开始读时发送读指令，结束读时发送读停指令。
优选的，所述数传回放由数据发送方和数据接收方配合完成，在进入弧段之前各方提前做好数据的发送、接收准备。
优选的，数据发送方和接收方，通过地面站进行回放时的数据发送方为数传，接收方为地面站；通过中继进行回放时的数据发送方包括数传和中继终端，接收方为中继星。
优选的，所述地面站回放弧段由星载软件实时进行计算，星载软件通过计算各地面站仰角是否满足回放时应满足的仰角条件来判断卫星是否进入回放区域。
优选的，所述中继回放弧段包含进弧段时间EnterTime和出弧段时间ExitTime；中继弧段由地面提前上注给星载软件，后者将其存储在排序队列中，该队列按照进弧段时间EnterTime进行排序。
优选的，所述冲突避免策略，采用的是对地回放优先策略；当地面站回放弧段和中继回放弧段发生冲突时，优先选择通过地面站回放。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
卫星可自主进行回放弧段选择而无需地面干预，对于比较依赖中继星业务的卫星来说，该方法极大地降低了卫星维护成本，并为扩展卫星业务的应用范围奠定了良好基础；且该方法灵活可靠，易于在工程实践中实施运用。
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为本发明实施例的冲突检测示意图；
图2为本发明实施例的回放弧段自主选择机制流程图。
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。
本发明实施例提供了一种基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，参照图1和图2所示，该方法具体步骤如下：
步骤S1：地面提前上注中继回放弧段给星载软件，供后者存储使用；
步骤S2：星载软件周期性地检测潜在的数据回放弧段，包含地面站回放弧段和中继回放弧段，并控制数传和中继在内的单机进行数据的下传；
步骤S3：若检测结果是中继回放弧段的状态下，则进一步检测其是否与地面站回放弧段产生冲突；
步骤S4：当中继回放弧段与地面站回放弧段存在冲突时，星载软件根据既定的冲突避免策略选择回放弧段进行数据下传。
星载软件负责卫星的信息流管理，其功能包括遥测采集及下传、遥控接收处理、程控任务执行以及整星安全管理等功能。其中程控任务包括数传回放、热控、飞行程序等。星载软件通过发送存储器读/读停指令给数传单机来控制数据的下传，在开始读时发送读指令，结束读时发送读停指令。
数传回放由数据发送方和数据接收方配合完成，由于回放弧段时间一般只有十几分钟，因此在进入弧段之前各方提前做好数据的发送、接收准备。本发明假设对地回放时数据发送方提前启动时间为TD秒，对中继回放时数据发送方提前启动时间为TD2秒。
数据发送方和接收方，通过地面站进行回放时的数据发送方为数传，接收方为地面站；通过中继进行回放时的数据发送方包括数传和中继终端，接收方为中继星。
地面站回放弧段由星载软件实时进行计算，具体地，星载软件通过计算各地面站仰角是否满足回放时应满足的仰角条件来判断卫星是否进入回放区域。
中继回放弧段包含进弧段时间EnterTime和出弧段时间ExitTime；中继弧段由地面提前上注给星载软件，后者将其存储在排序队列中，该队列按照进弧段时间EnterTime进行排序。
步骤S4中的冲突避免策略，采用的是对地回放优先策略；当地面站回放弧段和中继回放弧段发生冲突时，优先选择通过地面站回放，原因是对地回放数据产生误码率的概率更低。
接下来，对本发明进行更为具体的说明。
本实施例中对地回放时数据发送方提前启动时间TD为692秒，对中继回放时数据发送方提前启动时间TD2为600秒。地面站回放弧段由星载软件实时进行计算，具体地，星载软件通过轨道计算公式来计算各地面站仰角是否满足6°的仰角条件，以此来判断卫星是否进入回放区域，下表1为实施例中所用到的地面站信息。
表1 地面站信息
本实例中中继回放弧段提前一周的时间采用中继业务包的格式上注给卫星，星载软件从中提取出进弧段时间、出弧段时间，然后转发给中继，由后者根据业务包中的相关参数，并按照星载软件的控制要求执行相应的中继业务，中继业务包的格式详见表2。星载软件将提取的中继弧段信息保存在一个排序队列中，该队列按照进弧段时间进行排序，并且最多只能存储40个弧段信息。
表2 地面上注中继业务包注数格式
参照图2所示，本发明具体流程如下：
（1）、星载软件周期性地获取中继弧段队列中的队首元素Tzj1，并将其进弧段时间Tzj1.EnterTime与当前星时T比较，如果两者之差小于TD2秒，并且地面站回放和中继回放均未开启，则进入（2），否则进入（6）；
（2）、将队首元素Tzj1进弧段时间Tzj1.EnterTime与当前星时T比较，如果前者小于后者，说明中继弧段已经过时，则将其删除，然后进入（6）；否则进入（3）做进一步的冲突检测；
（3）、检测时间段[Tzj1.EnterTime-TD2，Tzj1.ExitTime+TD]中是否存在地面站回放弧段，具体方法就是以地面站接收时最短时间dTDPT为时间片，计算Tzj1.EnterTime -TD2+(step * dTDPT)时刻所有地面站的仰角是否满足回放条件，step初始值为0。
（4）、判断Tzj1.EnterTime-TD2+(step * dTDPT)时刻是否大于Tzj1.ExitTime+TD，如果大于，则完成检测，进入（5）；否则，检测Tzj1.EnterTime-TD2+(step*dTDPT)时刻是否存在地面站满足回放条件。如果存在，则视为冲突并进入（5）；如果不存在，则step加1，重复（4）以检测下一时刻；
（5）、如果中继弧段与地面站弧段产生冲突，则根据地面回放优先策略删除该中继弧段；如果中继弧段与地面站弧段未产生冲突，则星载软件置中继回放启动标志，并程控发送中继回放通道启动指令链，控制数传、中继终端在TD2秒后进入中继回放弧段时开始回放数据，然后进入（7）；
（6）、判断中继回放是否开启，如果未开启则检测是否存在地面站回放弧段，存在时开始对地下传并设置相应的启动标志；否则，进入（7）；
（7）、星载软件本周期检测结束，下一周期重复（1）～（6）。
本发明实施例提供了一种基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，该方法极大地降低了卫星维护成本，并为扩展卫星业务的应用范围奠定了良好基础；且该方法灵活可靠，易于在工程实践中实施运用。
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 (7)
1.一种基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，其特征在于，包括：
步骤S1：地面提前上注中继回放弧段给星载软件，供后者存储使用；
步骤S2：星载软件周期性地检测潜在的数据回放弧段，包含地面站回放弧段和中继回放弧段，并控制数传和中继在内的单机进行数据的下传；
步骤S3：若检测结果是中继回放弧段的状态下，则进一步检测其是否与地面站回放弧段产生冲突；
步骤S4：当中继回放弧段与地面站回放弧段存在冲突时，星载软件根据既定的冲突避免策略选择回放弧段进行数据下传。
2.根据权利要求1所述的基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，其特征在于，所述星载软件负责卫星的数传回放任务，星载软件通过发送存储器读/读停指令给数传单机来控制数据的下传，在开始读时发送读指令，结束读时发送读停指令。
3.根据权利要求2所述的基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，其特征在于，所述数传回放由数据发送方和数据接收方配合完成，在进入弧段之前各方提前做好数据的发送、接收准备。
4.根据权利要求2所述的基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，其特征在于，数据发送方和接收方，通过地面站进行回放时的数据发送方为数传，接收方为地面站；通过中继进行回放时的数据发送方包括数传和中继终端，接收方为中继星。
5.根据权利要求1所述的基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，其特征在于，所述地面站回放弧段由星载软件实时进行计算，星载软件通过计算各地面站仰角是否满足回放时应满足的仰角条件来判断卫星是否进入回放区域。
6.根据权利要求1所述的基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，其特征在于，所述中继回放弧段包含进弧段时间EnterTime和出弧段时间ExitTime；中继回放弧段由地面提前上注给星载软件，后者将其存储在排序队列中，该队列按照进弧段时间EnterTime进行排序。
7.根据权利要求1所述的基于冲突避免的卫星回放弧段自主选择方法，其特征在于，所述冲突避免策略，采用的是对地回放优先策略；当地面站回放弧段和中继回放弧段发生冲突时，优先选择通过地面站回放。
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