CN115297152B - 一种星载的辅助测控装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载的辅助测控装置和方法，其中装置包括电源模块、星务计算机、以及分别与所述星务计算机进行数据交互的测控参数采编模块、遥控校正模块、GNSS分路模块、测控算法模块、数据存储模块、北斗短报文模块和收发模块，其中北斗短报文模块与执行机构驱动模块进行通信；本发明的星载卫星辅助测控装置可以协助地面测控中心实现低轨、同轨道面多个卫星的定位、调姿等辅助测控控制，数据可靠性高、连续性好，减少地面测控中心的工作量，发挥了星际链路的自主管理能力，优化现有测控体制测控模式。

Description

一种星载的辅助测控装置和方法

技术领域

本发明涉及星载测控领域，特别涉及一种星载的辅助测控装置和方法。

背景技术

目前，国内LEO卫星上的各类测控数据传输，通常采用任务卫星对地直传或（和）中继卫星转传的方式，该类测控体制暴露出以下技术短板：

(1)任务卫星对地直传方式通常要受到地面站的站址位置、数量、技术状态等诸多主客观因素的局限，并且星地测控通信获取的数据碎段化、不连续性严重，给地面测控中心各类数据的后续处理增加了不少的工作量，地面处理系统的规模越来越大；

(2)利用天链中继信道通信，会受到其它航天型号发射计划左右，发射计划难以按期实施；

（3）若采购市场上具有星载北斗短报文收发功能的终端，因功能单一无法满足卫星测控任务要求，仍需要依赖地面站实现测控。

发明内容

为了解决现有问题，本发明提供了一种星载的辅助测控装置和方法，具体方案如下：

一种星载的辅助测控装置，包括电源模块、星务计算机、以及分别与所述星务计算机进行数据交互的测控参数采编模块、遥控校正模块、GNSS分路模块、测控算法模块、数据存储模块、北斗短报文模块和收发模块，其中北斗短报文模块与执行机构驱动模块进行通信；

所述测控参数采编模块用于测控参数的感知与采编，并上传至星务计算机；

所述遥控校正模块用于接收地面测控中心定期发送的遥控指令和数据，从中译码出受控卫星测控算法修正数据，并在星务计算机的调度下，利用接收的遥控指令和数据，对所述测控算法模块的辅助测控算法参数值进行修正；

所述GNSS分路模块用于获取卫星的位置信息和向卫星提供授时；

所述测控算法模块用于向星务计算机申请中断，在星务计算机的统一调度下，与所述遥控校正模块、数据存储模块配合，形成卫星的测控辅助指令，并将该指令送给所述北斗短报文模块；

所述数据存储模块用于存储控制卫星的测控数据、受控卫星的辅助控制指令以及受控卫星的测控数据，供星务计算运算调用；

所述北斗短报文模块主要负责控制指令/遥测数据的编码、组包，受控指令/遥测数据的译码、拆包与存储的工作；

所述执行机构驱动模块用于实施卫星预定位置或姿态调整。

优选的，所述测控参数采编模块用于单个卫星的包括地理位置、时间、姿态、转速、发动机剩余燃料的测控参数的感知与采编，其中地理位置数据和时间数据来自GNSS分路模块，姿态、转速数据来自陀螺/动量轮角度敏感器和角速度敏感器，发动机剩余燃料模拟信号来自发动机内的压力传感器；

所述测控参数采编模块包括帧计数器1、帧同步字产生器、遥测采编器1、帧计数器2、遥测采编器2；

所述GNSS分路模块包括GNSS模块和二分路模块；所述二分路模块将GNSS模块输出的信号一分为二，一路用于遥测采编器1的常规遥测帧组帧，一路提供给遥测采编器2使用；

所述帧计数器1统计卫星的帧同步字产生器产生的遥测帧同步字个数，所述帧计数器2同步并统计帧计数器1每产生预设若干个帧同步字时计数一次，以此时长间隔挑点采集包括GNSS模块、陀螺/动量轮、发动机剩余燃料的模拟缓变信号，并将各路模拟信号集中送给遥测采编器2，转变为PCM数字流并送给数据压缩模块进行压缩处理后送给星务计算机，且所述遥测采编器2的数据流输出节拍由星务计算机控制。

优选的，所述角度敏感器、所述角速度敏感器以及所述压力传感器，通过电压适配器调节输出的电压范围，保证采编器2输入端的传感器电压在参考电压之内。

优选的，所述遥控校正模块采用JTAG增强接口与星务计算机、测控算法模块进行通信。

优选的，所述数据存储模块包括存储器A、存储器B以及存储器C；所述存储器A用于存储控制星本地产生的实时测控数据，所述存储器B用于存储控制星本地生成的受控星的控制指令，所述存储器C负责存储受控星本地产生并传送来的测控数据。

优选的，所述北斗短报文模块包括用户寻址授权模块、数据交织模块以及编/译码模块；所述用户寻址授权模块用于受控卫星的身份识别；所述数据交织模块用于负责控制指令的编码后交织处理，以及解调后的去交织过程，减少错误指令形成，交织采用对存储器的数据按列存储，按行取出的方法识别；所述编/译码模块用于控制指令的编译码处理。

优选的，所述收发模块包括发射单元和接收单元；

所述发射单元包括依次进行数据传递的调制滤波放大模块、发射机、发射天线，且所述发射单元用于将北斗短报文模块处理后的数据进行发射；

所述接收单元包括依次进行数据传递的接收天线、目标寻址识别预授权模块、下变频器以及解调放大滤波模块，且所述接收单元用于将处理后的数据上传至北斗短报文模块。

优选的，一种星载卫星辅助测控方法，包括以下步骤：

S1，分别在控制卫星、受控卫星平台上安装辅助测控装置，并接通外部电源；

S2，控制卫星通过北斗中继星前向通道，获取受控卫星的北斗短报文信息，按照预设的寻址与识别程序配对识别被控卫星；

S3，控制卫星授权实时接收受控卫星的实时位置、时间、姿态、转速及发动机剩余燃料等测控挑点信息；

S4，在控制卫星端形成受控星的辅助控制指令；

S5，通过返向通道发送给受控卫星，对其包括摄动漂移量、姿态、状态的参数进行控制；

S6，地面测控中心在卫星过境段监测各卫星测控状态，并修正控制误差较大的参数项。

本发明的有益效果在于：

本发明的星载卫星辅助测控装置集成度较高、体积小，并且还具有以下技术效果：

（1）、支持卫星定位、姿态、转速与发动机剩余燃料等参数的挑点采编与压缩、存储功能；

（2）、具备定期接收地面测控中心的测控算法的参数校正指令功能；

（3）、北斗短报文收发的数据格式符合北斗版报文标准格式，全双工通信；

（4）、同时支持2个用户相互寻址，授权访问，卫星数量可扩展（需要扩展数据存储容量），寻址信息地面可重写。

综上，本发明的星载辅助测控装置可以协助地面测控中心实现低轨、同轨道面多个卫星的定位、调姿等辅助测控控制，数据可靠性高、连续性好，减少地面测控中心的工作量，发挥了星际链路的自主管理能力，优化现有测控体制测控模式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明LEO同轨道面的星载辅助测控装置组成图；

图2为本发明星载辅助测控装置的电气原理框图；

图3为本发明的测控参数采编模块的电气原理框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2，一种星载的辅助测控装置，包括电源模块、星务计算机、以及分别与所述星务计算机进行数据交互的测控参数采编模块、遥控校正模块、GNSS分路模块、测控算法模块、数据存储模块、北斗短报文模块和收发模块，其中北斗短报文模块与执行机构驱动模块进行通信。

如图3，所述测控参数采编模块用于单个卫星的包括地理位置、时间、姿态、转速、发动机剩余燃料的测控参数的感知与采编，并上传至星务计算机。其中地理位置数据和时间数据来自GNSS分路模块。姿态、转速数据来自陀螺/动量轮角度敏感器和角速度敏感器，发动机剩余燃料模拟信号来自发动机内的压力传感器。

所述测控参数采编模块包括帧计数器1、帧同步字产生器、遥测采编器1、帧计数器2、遥测采编器2。所述帧计数器1统计卫星的帧同步字产生器产生的遥测帧同步字1ACFFC1D的个数。所述帧计数器2同步并统计帧计数器1每产生预设若干个帧同步字时计数一次，具体地，可以为每产生5~20个帧同步字（地面可设置）时，计数一次，以此时长间隔挑点采集包括GNSS模块、陀螺/动量轮、发动机剩余燃料的模拟缓变信号，并将各路模拟信号集中送给遥测采编器2，转变为PCM数字流并送给数据压缩模块进行压缩处理后送给星务计算机，且所述遥测采编器2的数据流输出节拍由星务计算机控制。所述角度敏感器、所述角速度敏感器以及所述压力传感器，通过电压适配器调节输出的电压范围，保证采编器2输入端的传感器电压在参考电压+5V之内。

所述GNSS分路模块用于获取卫星的位置信息和向卫星提供授时。所述GNSS分路模块包括GNSS模块和二分路模块。所述二分路模块将GNSS模块输出的信号一分为二，一路用于遥测采编器1的常规遥测帧组帧，一路提供给遥测采编器2使用。且所述GNSS分路模块采用RS232串口与遥测采编器2通信。

所述测控参数采编模块内器件间通信以及与数据压缩模块之间通信采用RS232串口，星务计算机与采编器2之间的控制指令通过CAN总线传输，符合标准通信协议。另，所述数据压缩模块传输来的各路挑点数字信号，按照无损压缩标准进行数据压缩，以减少数据的存储量。压缩后的数据通过RS232串口送给组合存储器A进行分类存储。

所述遥控校正模块用于接收地面测控中心定期（每周/N圈可选）发送的遥控指令和数据，从中译码出受控卫星测控算法修正数据。并在星务计算机的调度下，利用接收的遥控指令和数据，对所述测控算法模块的辅助测控算法参数值进行修正。所述遥控校正模块采用JTAG增强接口与星务计算机、测控算法模块进行通信。

所述测控算法模块用于向星务计算机申请中断，在星务计算机的统一调度下，与所述遥控校正模块、数据存储模块配合，形成卫星的测控辅助指令，并将该指令送给所述北斗短报文模块。接口类型为RS232串口。所述测控算法模块与星务计算机采用CAN 接口通信。

所述数据存储模块用于存储控制卫星的测控数据、受控卫星的辅助控制指令以及受控卫星的测控数据，供星务计算运算调用。所述数据存储模块包括存储器A、存储器B以及存储器C；所述存储器A用于存储控制星本地产生的实时测控数据，所述存储器B用于存储控制星本地生成的受控星的控制指令，所述存储器C负责存储受控星本地产生并传送来的测控数据。每个存储器存储容量上限为9TB(存储码速率上限设为20Mbps，存储时长设为3600s)，存储器中数据和指令使用完毕会被重新写入的新数据冲掉。

所述北斗短报文模块主要负责控制指令/遥测数据的编码、组包，受控指令/遥测数据的译码、拆包与存储的工作。北斗中继通信（RDSS）协议采用普通用户速率，每包字长120字/次，包符合北斗短报文格式要求。包中多余的字节用55H数字填写，表示“无数据”。

所述北斗短报文模块包括用户寻址授权模块、数据交织模块以及编/译码模块。所述用户寻址授权模块用于受控卫星的身份识别，为受控卫星的唯一识别地址，地址可以由地面测控中心注入更新。所述数据交织模块用于负责控制指令的编码后交织处理，以及解调后的去交织过程，减少错误指令形成，交织采用对存储器的数据按列存储，按行取出的方法识别。所述编/译码模块用于控制指令的编译码处理。

北斗中继通信报文收/发包的格式见下表1所示。

所述收发模块包括发射单元和接收单元。

所述发射单元包括依次进行数据传递的调制滤波放大模块、发射机、发射天线。且所述发射单元用于将北斗短报文模块处理后的数据进行发射，为北斗中继卫星返向通道，支持BD1/BD2工作频点，采用微带天线结构和SMA接口形式，负责将控制星形成的测控指令经过调制、放大、滤波，并发射给北斗中继星。

所述接收单元包括依次进行数据传递的接收天线、目标寻址识别预授权模块、下变频器以及解调放大滤波模块，且所述接收单元用于将处理后的数据上传至北斗短报文模块进行译码。所述接收单元为北斗中继卫星前向通道，支持BD1/BD2工作频点，采用微带天线结构和SMA接口形式，负责接收北斗中继星前向通道发送的控制指令，实现指令的解调、放大、滤波及译码功能。

所述执行机构驱动模块负责将受控指令转换为驱动电压，形成控制发动机的燃气控制管路的电磁调节阀的+5V/+12V电压指令，控制电磁调节阀触电的开关，实施卫星预定位置或姿态调整。如控制发动机的Y向侧向移动、调整卫星的轨道倾角等。

一种星载辅助测控方法，包括以下步骤：

S1，分别在控制卫星、受控卫星平台上安装辅助测控装置，并接通外部电源；

S2，控制卫星通过北斗中继星前向通道，获取受控卫星的北斗短报文信息，按照预设的寻址与识别程序配对识别被控卫星；

S3，控制卫星授权实时接收受控卫星的实时位置、时间、姿态、转速及发动机剩余燃料等测控挑点信息；

S4，在控制卫星端形成受控星的辅助控制指令；

S5，通过返向通道发送给受控卫星，对其包括摄动漂移量、姿态、状态的参数进行控制；

S6，地面测控中心在卫星过境段监测各卫星测控状态，并修正控制误差较大的参数项。

依照此种方法，同一个轨道上的所有卫星按照相同的唯一配对方式总会找到受控者和被控者（若卫星数为奇数，此星暂不采取星际方式测控）。地面测控中心只需要在卫星过境段监测各卫星测控状态，并修正控制误差较大的参数项。这样保证卫星在地面站的可视范围外仍能够受控。

本发明的星载辅助测控装置集成度较高、体积小，并且还具有以下技术效果：

（1）、支持卫星定位、姿态、转速与发动机剩余燃料等参数的挑点采编与压缩、存储功能；

（2）、具备定期接收地面测控中心的测控算法的参数校正指令功能；

（3）、北斗短报文收发的数据格式符合北斗版报文标准格式，全双工通信；

（4）、同时支持2个用户相互寻址，授权访问，卫星数量可扩展（需要扩展数据存储容量），寻址信息地面可重写。

综上，本发明的星载辅助测控装置可以协助地面测控中心实现低轨、同轨道面多个卫星的定位、调姿等辅助测控控制，数据可靠性高、连续性好，减少地面测控中心的工作量，发挥了星际链路的自主管理能力，优化现有测控体制测控模式。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种星载的辅助测控装置，其特征在于：包括电源模块、星务计算机、以及分别与所述星务计算机进行数据交互的测控参数采编模块、遥控校正模块、GNSS分路模块、测控算法模块、数据存储模块、北斗短报文模块和收发模块，其中北斗短报文模块与执行机构驱动模块进行通信；

所述测控参数采编模块用于测控参数的感知与采编，并上传至星务计算机；

所述遥控校正模块用于接收地面测控中心定期发送的遥控指令和数据，从中译码出受控卫星测控算法修正数据，并在星务计算机的调度下，利用接收的遥控指令和数据，对所述测控算法模块的辅助测控算法参数值进行修正；

所述GNSS分路模块用于获取卫星的位置信息和向卫星提供授时；

所述测控算法模块用于向星务计算机申请中断，在星务计算机的统一调度下，与所述遥控校正模块、数据存储模块配合，形成卫星的测控辅助指令，并将该指令送给所述北斗短报文模块；

所述数据存储模块用于存储控制卫星的测控数据、受控卫星的辅助控制指令以及受控卫星的测控数据，供星务计算运算调用；

所述北斗短报文模块主要负责控制指令/遥测数据的编码、组包，受控指令/遥测数据的译码、拆包与存储的工作，用于相互通信的低轨卫星，通过北斗星链路进行双工通信；

所述执行机构驱动模块用于实施卫星预定位置或姿态调整。

2.根据权利要求1所述的星载的辅助测控装置，其特征在于：所述测控参数采编模块用于单个卫星的包括地理位置、时间、姿态、转速、发动机剩余燃料的测控参数的感知与采编，其中地理位置数据和时间数据来自GNSS分路模块，姿态、转速数据来自陀螺/动量轮角度敏感器和角速度敏感器，发动机剩余燃料模拟信号来自发动机内的压力传感器；

所述测控参数采编模块包括帧计数器1、帧同步字产生器、遥测采编器1、帧计数器2、遥测采编器2；

所述GNSS分路模块包括GNSS模块和二分路模块；所述二分路模块将GNSS模块输出的信号一分为二，一路用于遥测采编器1的常规遥测帧组帧，一路提供给遥测采编器2使用；

所述帧计数器1统计卫星的帧同步字产生器产生的遥测帧同步字个数，所述帧计数器2同步并统计帧计数器1每产生预设若干个帧同步字时计数一次，以此时长间隔挑点采集包括GNSS模块、陀螺/动量轮、发动机剩余燃料的模拟缓变信号，并将各路模拟信号集中送给遥测采编器2，转变为PCM数字流并送给数据压缩模块进行压缩处理后送给星务计算机，且所述遥测采编器2的数据流输出节拍由星务计算机控制。

3.根据权利要求2所述的星载的辅助测控装置，其特征在于：所述角度敏感器、所述角速度敏感器以及所述压力传感器，通过电压适配器调节输出的电压范围，保证采编器2输入端的传感器电压在参考电压之内。

4.根据权利要求1所述的星载的辅助测控装置，其特征在于：所述遥控校正模块采用JTAG增强接口与星务计算机、测控算法模块进行通信。

5.根据权利要求1所述的星载的辅助测控装置，其特征在于：所述数据存储模块包括存储器A、存储器B以及存储器C；所述存储器A用于存储控制星本地产生的实时测控数据，所述存储器B用于存储控制星本地生成的受控星的控制指令，所述存储器C负责存储受控星本地产生并传送来的测控数据。

6.根据权利要求1所述的星载的辅助测控装置，其特征在于：所述北斗短报文模块包括用户寻址授权模块、数据交织模块以及编/译码模块；所述用户寻址授权模块用于受控卫星的身份识别；所述数据交织模块用于负责控制指令的编码后交织处理，以及解调后的去交织过程，减少错误指令形成，交织采用对存储器的数据按列存储，按行取出的方法识别；所述编/译码模块用于控制指令的编译码处理。

7.根据权利要求1所述的星载的辅助测控装置，其特征在于：所述收发模块包括发射单元和接收单元；

所述发射单元包括依次进行数据传递的调制滤波放大模块、发射机、发射天线，且所述发射单元用于将北斗短报文模块处理后的数据进行发射；

所述接收单元包括依次进行数据传递的接收天线、目标寻址识别预授权模块、下变频器以及解调放大滤波模块，且所述接收单元用于将处理后的数据上传至北斗短报文模块。

8.基于权利要求1-7任一所述的星载的辅助测控装置的一种辅助测控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，分别在控制卫星、受控卫星平台上安装辅助测控装置，并接通外部电源；

S2，控制卫星通过北斗中继星前向通道，获取受控卫星的北斗短报文信息，按照预设的寻址与识别程序配对识别被控卫星；

S3，控制卫星授权实时接收受控卫星的实时位置、时间、姿态、转速及发动机剩余燃料的测控挑点信息；

S4，在控制卫星端形成受控星的辅助控制指令；

S5，通过返向通道发送给受控卫星，对其包括摄动漂移量、姿态、状态的参数进行控制；

S6，地面测控中心在卫星过境段监测各卫星测控状态，并修正控制误差参数项。

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