CN115577923A - 一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，属于卫星应用与管控技术领域。本方法首先划分星地协同任务管控的三个主要角色，其次根据需求的紧迫程度以及复杂程度选择管控模式，然后生成遥感卫星星座和测控站网的任务方案以及指令，进行任务执行；最后任务执行后，通过空间边缘云服务中心和地面站网进行数据接收，从而实现云架构下的管控。该方法服了现有方法中星地任务难以协同、多类型用户难以统筹、数据传输速度慢等缺点，改善了星地一体下的遥感卫星任务协同管控性能，能够满足快速、准确、全面的遥感卫星任务规划管控的应用要求。

Description

一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法

技术领域

本发明属于卫星应用与管控技术领域，特别是指一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法。

背景技术

星地协同任务管控是利用卫星互联网工程的网络资源，基于地基核心节点、天基边缘节点和应用端等组成云架构，汇集各类空间对陆对海观测需求，实现民商卫星遥感信息资源的统筹管理和使用。NASA许多创新的空间任务，在航天器数目、结构配置、交互作用上与以往存在较大差异，对于每个新的任务，都要重新设计任务应用系统，系统开发维护成本高、地面系统重复利用率低、人员兼顾不同任务操作难，于是NASA提出了新一代用于支持深空和航天任务操控的新体系，即高级多任务应用系统（AMMOS）。AMMOS利用虚拟化技术和软件共享技术构建多任务应用系统体系结构，提高系统实用性和计算机资源利用效率。美国防部通过开放式架构，构建一种支持模块化的、宽松耦合和高度紧密结合的系统技术架构，实现包括系统内部关键接口的公开和全程设计的开放。

分析当前任务管控发展现状与未来趋势，目前系统存在的问题主要体现在以下几个方面：

（1）多星多用户联合任务管控能力不足。针对民商卫星多种来源的需求，面向多部门多公司等多用户的使用要求，任务数量、类型复杂度急剧增加，导致现有任务规划模型算法的适应性变差，对多用户分布式协同观测与冲突消解能力、对多类型平台载荷等异构卫星的协同组织配合关系的支持能力等方面均有一定差距，对用户间的互操作性方面（尤其表现在军方用户对民商卫星的控制层面）也存在能力欠缺。

（2）面向战役战术保障能力不足。当前卫星管控系统从需求的受理到控制卫星执行拍摄计划、从卫星执行观测动作到数据回传至地面系统的时间跨度较长，受限于卫星轨道、观测区域与测控接收站的地理分布情况，时效性差，难以满足“五个当圈”（当圈注入、当圈侦察、当圈下传、当圈处理、当圈分发）中对当圈注入、侦察与下传的应急响应要求。受限于管控卫星资源的数量以及时效性问题，针对移动目标的持续观测能力与用户要求也存在较大差距。

（3）星上智能决策水平较弱、星地协同程度不高。当前卫星任务产生机制，通常需要依靠具有相关领域知识和积累了丰富经验的航天专家，但面对复杂动态环境态势时，往往不可避免地引入人的主观因素或出现判断失误，难以持续保障决策方案的准确性，星上自主处理能力不足、星地配合程度不够，难以保障航天信息综合应用的需求。

上述方法在面对基于云架构下的星地协同任务管控方面，还没有详细具体的方法来应对，在多星多任务筹划、战役战术保障、星上智能决策等方面存在大量问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，该方法适合在星地一体化云架构下的遥感卫星星群任务规划与管控，具有较好的自主性和鲁棒性，适合用于星地协同下卫星任务规划管控等领域。

一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，包括以下步骤：

步骤1，按照空间和功能将星地协同任务管控划分为地面管控中心、空间边缘云服务中心、遥感卫星星座三个角色；

步骤2，观测需求发生后，根据需求的紧迫程度以及复杂程度选择管控模式，包括传统管控模式、地面管控-星上处理模式和星上自主任务处理模式；

步骤3，在相应模式下生成遥感卫星星座和测控站网的任务方案以及指令，传输给遥感卫星星座和测控站网，进行任务执行；

步骤4，任务执行后，通过空间边缘云服务中心和地面站网进行数据接收。

进一步地，步骤1具体如下：

步骤1a，地面管控中心负责所有遥感观测需求的受理，传统管控模式下的任务规划和方案生成，地面管控-星上处理模式下需求受理、任务统筹规划，星上自主任务处理模式下需求受理、任务筹划；

步骤1b，空间边缘云服务中心负责地面管控-星上处理模式下遥感数据的处理和分发，星上自主任务处理模式下自主任务规划、任务分发、数据接收处理和数据分发；

步骤1c，遥感卫星星座负责在各个模式下，接收指令、实施观测和传输数据给空间边缘云服务中心。

进一步地，步骤2具体如下：

步骤2a，判断需求复杂程度，需求类型属于单个点目标则属于简单需求，若是多个点目标或区域目标则为复杂需求，若是其他类型，则无法判断，无法判断的情况下由用户自行选择模式，简单需求选择星上自主模式，复杂需求转入下一步；

步骤2b，判断需求紧急程度，若在一天内需要执行则属于紧急需求，若不要求一天以内则为一般需求，紧急需求采用地面管控-星上处理模式，一般需求采用传统管控模式；

步骤2c，若用户产生的观测需求紧急但任务复杂，则选择地面管控-星上处理模式；

步骤2d，若用户产生的观测需求紧急且任务简单，则直接选择星上自主任务处理模式；

步骤2e，若用户产生的观测需求不紧急但任务复杂，则选择传统管控模式；

步骤2f，若用户产生的观测需求不紧急且任务简单有规律，则选择星上自主任务处理模式；

步骤2g，对于其它需求情况，根据地面管控中心和空间边缘云服务中心资源情况进行模式选择。

进一步地，步骤3具体如下：

步骤3a，管控模式若为星上自主模式，则地面将需求通过测控站传输至卫星，由卫星进行任务规划、执行，任务规划中生成数据下传分发的具体方案；

步骤3b，管控模式若为地面管控-星上处理模式，则地面进行任务规划，任务规划中生成数据下传分发的具体方案，将任务指令通过测控站传输至主星，主星调度其他卫星进行处理；

步骤3c，管控模式若为传统管控，则地面进行任务规划，任务规划中生成数据下传分发的具体方案，并将指令通过测控站传输至卫星，控制卫星完成观测。

进一步地，步骤4具体如下：

步骤4a，对空间边缘云服务中心包含的通信卫星进行路由分析，生成下传的具有链路；

步骤4b，对地面站网包含的地面接收站进行可见性分析，生成数据接收的具体方案。

本发明的有益效果在于：

1、本发明克服了现有方法中星地任务难以协同、多类型用户难以统筹、数据传输速度慢等缺点，改善了星地一体下的遥感卫星任务协同管控性能。

2、本发明具有较好的实际应用和遥感卫星任务规划管控处理性能，能够满足快速、准确、全面的遥感卫星任务规划管控的应用要求。

附图说明

图1是本发明实施例中星地协同任务管控方法的流程图；

图2是本发明实施例中星地协同任务管控的角色分工图；

图3是本发明实施例中星地管控模式选择图。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步的详细说明。

一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，如图1所示，其包括以下步骤：

步骤1：按照空间和功能划分星地协同任务管控的三个主要角色，包括地面管控中心、空间边缘云服务中心、遥感卫星星座；

步骤2：观测需求发生后，根据需求的紧迫程度以及复杂程度选择管控模式，包括传统管控模式、地面管控-星上处理模式和星上自主任务处理模式；

步骤3：不同模式下生成遥感卫星星座和测控站网的任务方案以及指令，传输给遥感卫星星座和测控站网，进行任务执行；

步骤4：任务执行后，通过空间边缘云服务中心和地面站网进行数据接收。

如图2所示，步骤1具体如下：

步骤1a：地面管控中心负责所有遥感观测需求的受理，传统管控模式下的任务规划和方案生成，地面管控-星上处理模式下需求受理、任务统筹规划，星上自主任务处理模式下需求受理、任务筹划；

步骤1b：空间边缘云服务中心负责地面管控-星上处理模式下遥感数据的处理和分发，星上自主任务处理模式下自主任务规划、任务分发、数据接收处理和数据分发；、

步骤1c：遥感卫星星座负责在各个模式下，接收指令、实施观测和传输数据给空间边缘云服务中心。

如图3所示，步骤2具体如下：

步骤2a： 判断需求复杂程度，需求类型属于单个点目标则属于简单需求，若是多个点目标或区域目标则为复杂需求，若是其他类型，则无法判断，无法判断的情况下由用户自行选择模式，简单需求选择星上自主模式，复杂需求转入下一步；

步骤2b：判断需求紧急程度，若在一天内需要执行则属于紧急需求，若不要求一天以内则为一般需求，紧急需求采用地面管控-星上处理模式，一般需求采用传统管控模式；

步骤2c：若用户产生的观测需求紧急但任务复杂，则选择地面管控-星上处理模式；

步骤2d：若用户产生的观测需求紧急且任务简单，则直接选择星上自主任务处理模式；

步骤2e：若用户产生的观测需求不紧急但任务复杂，则选择传统管控模式；

步骤2f：若用户产生的观测需求不紧急且任务简单有规律，则选择星上自主任务处理模式；

步骤2g：其它需求情况，可根据地面管控中心和空间边缘云服务中心资源情况进行模式选择。

步骤3具体如下：

步骤3a：管控模式若为星上自主模式，则地面将需求通过测控站传输至卫星，由卫星进行任务规划、执行，任务规划中生成数据下传分发的具体方案；

步骤3b：管控模式若为地面管控-星上处理模式，则地面进行任务规划，任务规划中生成数据下传分发的具体方案，将任务指令通过测控站传输至主星，主星调度其他卫星进行处理；

步骤3c：管控模式若为传统管控，则地面进行任务规划，任务规划中生成数据下传分发的具体方案，并将指令通过测控站传输至卫星，控制卫星完成观测。

步骤4具体如下：

步骤4a：对空间边缘云服务中心包含的通信卫星进行路由分析，生成下传的具有链路；

步骤4b：对地面站网包含的地面接收站进行可见性分析，生成数据接收的具体方案。

总之，本发明首先划分星地协同任务管控的三个主要角色，其次根据需求的紧迫程度以及复杂程度选择管控模式，然后生成遥感卫星星座和测控站网的任务方案以及指令，进行任务执行；最后任务执行后，通过空间边缘云服务中心和地面站网进行数据接收，从而实现云架构下的管控。该方法服了现有方法中星地任务难以协同、多类型用户难以统筹、数据传输速度慢等缺点，改善了星地一体下的遥感卫星任务协同管控性能，能够满足快速、准确、全面的遥感卫星任务规划管控的应用要求。

Claims (5)

1.一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，按照空间和功能将星地协同任务管控划分为地面管控中心、空间边缘云服务中心、遥感卫星星座三个角色；

步骤2，观测需求发生后，根据需求的紧迫程度以及复杂程度选择管控模式，包括传统管控模式、地面管控-星上处理模式和星上自主任务处理模式；

步骤3，在相应模式下生成遥感卫星星座和测控站网的任务方案以及指令，传输给遥感卫星星座和测控站网，进行任务执行；

步骤4，任务执行后，通过空间边缘云服务中心和地面站网进行数据接收。

2.根据权利要求1所述的一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，其特征在于，步骤1具体如下：

步骤1a，地面管控中心负责所有遥感观测需求的受理，传统管控模式下的任务规划和方案生成，地面管控-星上处理模式下需求受理、任务统筹规划，星上自主任务处理模式下需求受理、任务筹划；

步骤1b，空间边缘云服务中心负责地面管控-星上处理模式下遥感数据的处理和分发，星上自主任务处理模式下自主任务规划、任务分发、数据接收处理和数据分发；

步骤1c，遥感卫星星座负责在各个模式下，接收指令、实施观测和传输数据给空间边缘云服务中心。

3.根据权利要求2所述的一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，其特征在于，步骤2具体如下：

步骤2a，判断需求复杂程度，需求类型属于单个点目标则属于简单需求，若是多个点目标或区域目标则为复杂需求，若是其他类型，则无法判断，无法判断的情况下由用户自行选择模式，简单需求选择星上自主模式，复杂需求转入下一步；

步骤2b，判断需求紧急程度，若在一天内需要执行则属于紧急需求，若不要求一天以内则为一般需求，紧急需求采用地面管控-星上处理模式，一般需求采用传统管控模式；

步骤2c，若用户产生的观测需求紧急但任务复杂，则选择地面管控-星上处理模式；

步骤2d，若用户产生的观测需求紧急且任务简单，则直接选择星上自主任务处理模式；

步骤2e，若用户产生的观测需求不紧急但任务复杂，则选择传统管控模式；

步骤2f，若用户产生的观测需求不紧急且任务简单有规律，则选择星上自主任务处理模式；

步骤2g，对于其它需求情况，根据地面管控中心和空间边缘云服务中心资源情况进行模式选择。

4.根据权利要求3所述的一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，其特征在于，步骤3具体如下：

步骤3a，管控模式若为星上自主模式，则地面将需求通过测控站传输至卫星，由卫星进行任务规划、执行，任务规划中生成数据下传分发的具体方案；

步骤3b，管控模式若为地面管控-星上处理模式，则地面进行任务规划，任务规划中生成数据下传分发的具体方案，将任务指令通过测控站传输至主星，主星调度其他卫星进行处理；

步骤3c，管控模式若为传统管控，则地面进行任务规划，任务规划中生成数据下传分发的具体方案，并将指令通过测控站传输至卫星，控制卫星完成观测。

5.根据权利要求4所述的一种面向对地观测空间云服务的星地协同任务管控方法，其特征在于，步骤4具体如下：

步骤4a，对空间边缘云服务中心包含的通信卫星进行路由分析，生成下传的具有链路；

步骤4b，对地面站网包含的地面接收站进行可见性分析，生成数据接收的具体方案。

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