CN116382113A - 遥操作实时跟随体系及遥操作实时跟随方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种遥操作实时跟随体系及遥操作实时跟随方法，属于航天技术领域，体系包括实时跟随系统、集成显示端和仿真推演系统，实时跟随系统接收来自测运控中心的遥测和数传数据，并将遥测和数传数据中的态势信息转发给集成显示端、将实时的原始遥测数据转发给仿真推演子系统；仿真推演系统通过对原始遥测数据的仿真推演修正，并将推演修正数据提供给集成显示端；集成显示端接入真实的遥测控链路，并根据态势信息和推演修正数据向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，以便地面人员实现地面实时伴飞。通过本公开的处理方案，具象、直观展现遥操作设备在轨工作效果，使地面人员能够即时有效判断在轨状况。

Description

遥操作实时跟随体系及遥操作实时跟随方法

技术领域

本发明涉及航天技术领域，具体涉及一种遥操作实时跟随体系及遥操作实时跟随方法。

背景技术

在航天器维修类的空间任务中，任务航天器需经过变轨、抵近、伴飞等一系列机动动作，与目标航天器保持一段时间、且利于操作的相对固定位置，以便于任务航天器自主或半自主地进行空间机械操作，并在任务完成后或有突发特情时及时脱离；在抵近攻击类的空间任务中，任务航天器在经过变轨后，进行自主或半自主地捕获、对接、瞄准、破坏等操作，并根据任务需求决定是否脱离。

由于空间操作机械臂工作环境非结构化及工作任务变化的特点，并且受计算机、控制、人工智能和机构等关键支撑技术发展的制约，目前研制出能在空间环境下进行完全自主工作的空间机器人还很难实现。因此，切实可行的方法是利用地面遥操作空间机器人的方式来完成空间作业，即地面操作者通过反馈传感器信息进行高层次的任务规划和控制决策。该方法将人的经验智慧与机器人的特点结合起来，既发挥了人类智能的关键性决策作用，也发挥了机器人的任务执行能力，实现了人的感知能力和行为能力的延伸。

但现有的传统遥测控地面应用体系在此类航天器任务的运控方面的最大缺陷是其没有突出有驾驶员情景下的飞行器操作。现有的长管运控手段多集中于对大量遥测数据的直接解析展示，展示给地面人员的信息抽象且零散，同时地面人员的测运控手段也比较单一。

另外，由于天地间遥测控链路长且需经过的节点也为数不少，在轨航天器下发的遥测数据到最终显示到测运控中心的监视界面上普遍会存在较大的时延，即运控人员监视到的信息相较于在轨实时发生的状态是滞后的，而空间环境相较于地面测试环境非常不可控，易于出现各种突发特情，对于任何一个正在进行机动变轨抵近或伴飞机械操作的航天器，如果不能对其进行及时、有效的人工干预，都将造成重大的损失。

此外，实际卫星的遥操作严重依赖卫星测站资源、实时遥测控信息、真实卫星各项接口、模型、目标运行码等，这些问题很难通过外协实现。

发明内容

因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种具象、直观展现遥操作设备在轨工作效果，并以虚实结合的方式优化天地通信时延对地面运控判读的影响，使地面人员能够即时有效判断在轨状况，适时通过人工干预进行紧急制动、操控接管等操作的遥操作实时跟随体系及遥操作实时跟随方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种遥操作实时跟随体系，用于地面对在轨飞行器的运控，包括实时跟随系统、集成显示端和仿真推演系统，其中，所述实时跟随系统接收来自测运控中心的遥测和数传数据，并将所述遥测和数传数据中的态势信息转发给所述集成显示端、将实时的原始遥测数据转发给所述仿真推演子系统；所述仿真推演系统通过对所述原始遥测数据的仿真推演修正，并将推演修正数据提供给所述集成显示端；所述集成显示端接入真实的遥测控链路，并根据所述态势信息和所述推演修正数据向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，以便地面人员实现地面实时伴飞，其中，所述集成显示端是针对遥操作调整的全飞行模拟器，具有实现对在轨机械臂的遥操作的控制摇杆。

在其中一个实施例中，所述仿真推演系统基于组件化建模和离散事件仿真技术来设计，基于所述测运控中心采集的所述原始遥测数据进行仿真，按照时间、任务、资源对所述在轨飞行器及其机械臂的执行过程进行仿真推演和多维度展现，并依据资源能力、约束条件对所述原始遥测数据进行核验，得到推演修正数据。

在其中一个实施例中，所述仿真推演系统包括数据仿真模拟子系统和任务仿真推演子系统；所述数据仿真模拟子系统研制数据仿真软件，对系统运行的各类数据进行仿真模拟，包括各卫星轨道和姿态模拟、载荷运行状态模拟、遥测数据模拟、载荷数据模拟和地面站状态模拟；所述任务仿真推演子系统采用二维和三维方式并依据资源能力、约束条件对所述原始遥测数据进行核验，得到推演修正数据。

在其中一个实施例中，所述集成显示端通过三维可视化、虚拟现实、实时监视摄像头显示所述态势信息和所述推演修正数据，向地面人员反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，并接入真实的遥测控链路，以便所述地面人员实现地面实时伴飞。

一种遥操作实时跟随方法，用于地面对在轨飞行器的运控，包括：控制实时跟随系统接收来自测运控中心的遥测和数传数据，并控制实时跟随系统将所述遥测和数传数据中的态势信息转发给集成显示端、将实时的原始遥测数据转发给仿真推演子系统；控制所述仿真推演子系统通过对所述原始遥测数据的仿真推演修正，生成推演修正数据；控制实时跟随系统从仿真推演系统获取推演修正数据，并转发到集成显示端；控制所述集成显示端接入真实的遥测控链路，并根据所述态势信息和所述推演修正数据向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态；控制所述实时跟随系统从所述集成显示端接收人工干预的操控指令并转发给测运控中心，以上注到在轨运行的航天器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：集成显示端是针对遥操作调整的全飞行模拟器，并接入真实的遥测控链路，构建了以真实在轨遥测数据为基础、仿真推演为辅助的集成显示控制方舱，向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态；且将遥测数据与仿真数据相结合，基于原始遥测数据进行仿真推演与修正，对关键操作和被操作部件的状态进行秒级的推演预测，从而解决天地通信的时延性与不连续性问题；且体系是根据态势信息和推演修正数据向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，从而使得地面人员可利用集成显示端中配置的控制摇杆实现对在轨机械臂的遥操作，及时对航天器预定操作的人工干预。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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是本发明的实施例中遥操作实时跟随体系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图1所示，本公开实施例提供一种遥操作实时跟随体系，用于地面对在轨飞行器的运控。该遥操作实时跟随体系可以和测运控中心通信连接，测运控中心可以接收在轨飞行器及其机械臂在轨运行阶段中的各种参数数据。

遥操作实时跟随体系包括实时跟随系统、集成显示端和仿真推演系统。

实时跟随系统接收来自测运控中心的遥测和数传数据，并将遥测和数传数据中的态势信息转发给集成显示端、将实时的原始遥测数据转发给仿真推演子系统。实时跟随系统是遥操作实时跟随体系的数据交互核心，负责地面遥操作实时跟随体系内各子系统与测运控中心之间的数据交汇、处理与分发。实时跟随系统接收来自测运控中心的遥测和数传数据，并将其中的态势信息转发给集成显示端、将实时遥测原始数据转发给仿真推演系统。另一方面，实时跟随系统从仿真推演系统获取经过推演修正的推演修正数据，并转发到集成显示端，从集成显示端接收人工干预的操控指令并转发给测运控中心，以上注到在轨运行的航天器。

仿真推演系统通过对原始遥测数据的仿真推演修正，并将推演修正数据提供给集成显示端。仿真推演系统通过对原始遥测数据的仿真推演修正，以虚实结合的方式，对关键操作和被操作部件的状态进行秒级的推演预测，用以弥补天地通信的时延，减少地面控制人员的认知信息差，辅助操控接管、紧急制动、紧急脱离等应急人工干预操作。

集成显示端接入真实的遥测控链路，并根据态势信息和推演修正数据向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，以便地面人员实现地面实时伴飞，其中，集成显示端是针对遥操作调整的全飞行模拟器，具有实现对在轨机械臂的遥操作的控制摇杆。

在其中一个实施例中，集成显示端通过三维可视化、虚拟现实、实时监视摄像头显示态势信息和推演修正数据，向地面人员反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，并接入真实的遥测控链路，以便地面人员实现地面实时伴飞。

具体地，集成显示端可以是以市售的全飞行模拟器的座舱为基础进行适应性改造，针对实际任务需要，接入真实的遥测控链路，和相应人工遥操作控制组件，通过三维可视化、虚拟现实、实时监视摄像头画面等手段，向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，实现地面实时伴飞。集成显示端具备人工干预接口，地面人员可利用集成显示端中配置的控制摇杆实现对在轨机械臂的遥操作。

遥操作实时跟随体系的遥操作实时跟随方法，包括以下步骤：

控制实时跟随系统接收来自测运控中心的遥测和数传数据，并控制实时跟随系统将遥测和数传数据中的态势信息转发给集成显示端、将实时的原始遥测数据转发给仿真推演子系统；

控制仿真推演子系统通过对原始遥测数据的仿真推演修正，生成推演修正数据；

控制实时跟随系统从仿真推演系统获取推演修正数据，并转发到集成显示端；

控制集成显示端接入真实的遥测控链路，并根据态势信息和推演修正数据向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态；

控制实时跟随系统从集成显示端接收人工干预的操控指令并转发给测运控中心，以上注到在轨运行的航天器。

上述体系和方法中，集成显示端是针对遥操作调整的全飞行模拟器，并接入真实的遥测控链路，构建了以真实在轨遥测数据为基础、仿真推演为辅助的集成显示控制方舱，向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态；且将遥测数据与仿真数据相结合，基于原始遥测数据进行仿真推演与修正，对关键操作和被操作部件的状态进行秒级的推演预测，从而解决天地通信的时延性与不连续性问题；且体系是根据态势信息和推演修正数据向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，从而使得地面人员可利用集成显示端中配置的控制摇杆实现对在轨机械臂的遥操作，及时对航天器预定操作的人工干预。且遥操作实时跟随体系比照载人飞船、空间站等载人航天器，突出有驾驶员情景下的飞行器操控特点，具体体现为监视直观而便捷、信息全面而精炼、手段丰富而集中。在地面运控中心建立以真实在轨遥测数据为基础的，仿真推演系统为辅助的集成显示控制方舱，将遥测数据与仿真数据相结合、将数字与实物相结合，通过三维可视化、虚拟现实等手段，向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，实现地面实时伴飞。并且地面系统具备人工干预接口，地面人员(驾驶员)可利用集成显示控制方舱中配置的控制摇杆实现对在轨机械臂的遥操作控制，且本体系通过对原始遥测数据的仿真推演修正，以虚实结合的方式，对关键操作和被操作部件的状态进行秒级的推演预测，用以弥补天地通信的时延，减少地面控制人员的认知信息差，辅助操控接管、紧急制动、紧急脱离等应急人工干预操作。

在其中一个实施例中，仿真推演系统基于组件化建模和离散事件仿真技术来设计，基于测运控中心采集的原始遥测数据进行仿真，按照时间、任务、资源对在轨飞行器及其机械臂的执行过程进行仿真推演和多维度展现，并依据资源能力、约束条件对原始遥测数据进行核验，得到推演修正数据。

仿真推演系统是具有演化修正能力的多分辨率仿真模型，并通过基于离散事件的仿真推进机制和分布式并行仿真方法进行运行，仿真推演系统具有数据与模型分离的仿真模型。仿真推演系统可以是通过基于元数据的仿真模型描述技术以及参数化、组件化仿真建模方法建立与实际系统研究领域的实际信息系统相对应的具有多分辨率自适应能力的基础仿真模型。该仿真推演系统可以不断地从实际信息系统中获取数据信息进行学习演化，用于调整各类仿真模型的参数、结构或属性，形成不断演化并支持在轨飞行器推演的仿真模型。

通过基于元数据的交互格式和接口描述语言，建立仿真推演系统与实际信息系统之间的相互关联与信息交互，以及根据从实际信息系统中获取的各类数据信息，实现系统中仿真模型的动态匹配，将实际信息系统和仿真推演系统通过交互接口联接起来，形成“虚”、“实”共生的平行系统。因此，实际信息系统和仿真推演系统同时存在，仿真推演系统受益于实际态势信息以演化修正自身模型、提高仿真结果精度，实际信息系统则受益于仿真推演系统反馈的仿真结果以提升管理与控制的时效性和科学性。

仿真推演系统与实际信息系统是基于闭环反馈的可演化平行仿真，仿真推演系统与实际信息系统彼此进行信息交互，仿真推演系统的演化建模基于情报数据进行推动，仿真推演系统与实际信息系统之间形成虚实共生的态势关系。

在其中一个实施例中，仿真推演系统包括数据仿真模拟子系统和任务仿真推演子系统；数据仿真模拟子系统研制数据仿真软件，对系统运行的各类数据进行仿真模拟，包括各卫星轨道和姿态模拟、载荷运行状态模拟、遥测数据模拟、载荷数据模拟和地面站状态模拟；任务仿真推演子系统采用二维和三维方式并依据资源能力、约束条件对原始遥测数据进行核验，得到推演修正数据。

数据仿真模拟子系统研制数据仿真软件，对系统运行的各类数据进行仿真模拟，包括各卫星轨道和姿态模拟、载荷运行状态模拟、遥测数据模拟、载荷数据模拟和地面站状态模拟，任务仿真推演子系统采用二维和三维方式对制定运控方案进行仿真推演，实时显示卫星运行状态模拟，并依据资源能力、约束条件对原始遥测数据进行核验，得到推演修正数据。

在其中一个实施例中，仿真推演系统还包括分析评估模块，分析评估模块用于针对系统不同的应用需求，灵活构建相应的评估指标体系与评估分析模型，通过对仿真推演系统与各类历史数据的数据采集、挖掘和综合运用，实现对卫星数据地面接收系统的接收效能的评估分析。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种遥操作实时跟随体系，用于地面对在轨飞行器的运控，其特征在于，包括实时跟随系统、集成显示端和仿真推演系统，

其中，所述实时跟随系统接收来自测运控中心的遥测和数传数据，并将所述遥测和数传数据中的态势信息转发给所述集成显示端、将实时的原始遥测数据转发给所述仿真推演子系统；

所述仿真推演系统通过对所述原始遥测数据的仿真推演修正，并将推演修正数据提供给所述集成显示端；

所述集成显示端接入真实的遥测控链路，并根据所述态势信息和所述推演修正数据向地面人员精准反馈所述在轨飞行器及其机械臂的工作状态，以便地面人员实现地面实时伴飞，其中，所述集成显示端是针对遥操作调整的全飞行模拟器，具有实现对在轨机械臂的遥操作的控制摇杆。

2.根据权利要求1所述的遥操作实时跟随体系，其特征在于，所述仿真推演系统基于组件化建模和离散事件仿真技术来设计，基于所述测运控中心采集的所述原始遥测数据进行仿真，按照时间、任务、资源对所述在轨飞行器及其机械臂的执行过程进行仿真推演和多维度展现，并依据资源能力、约束条件对所述原始遥测数据进行核验，得到推演修正数据。

3.根据权利要求2所述的遥操作实时跟随体系，其特征在于，所述仿真推演系统包括数据仿真模拟子系统和任务仿真推演子系统；

所述数据仿真模拟子系统研制数据仿真软件，对系统运行的各类数据进行仿真模拟，包括各卫星轨道和姿态模拟、载荷运行状态模拟、遥测数据模拟、载荷数据模拟和地面站状态模拟；

所述任务仿真推演子系统采用二维和三维方式并依据资源能力、约束条件对所述原始遥测数据进行核验，得到推演修正数据。

4.根据权利要求1所述的遥操作实时跟随体系，其特征在于，所述集成显示端通过三维可视化、虚拟现实、实时监视摄像头显示所述态势信息和所述推演修正数据，向地面人员反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态，并接入真实的遥测控链路，以便所述地面人员实现地面实时伴飞。

5.一种遥操作实时跟随方法，用于地面对在轨飞行器的运控，其特征在于，包括：

控制实时跟随系统接收来自测运控中心的遥测和数传数据，并控制实时跟随系统将所述遥测和数传数据中的态势信息转发给集成显示端、将实时的原始遥测数据转发给仿真推演子系统；

控制所述仿真推演子系统通过对所述原始遥测数据的仿真推演修正，生成推演修正数据；

控制实时跟随系统从仿真推演系统获取推演修正数据，并转发到集成显示端；

控制所述集成显示端接入真实的遥测控链路，并根据所述态势信息和所述推演修正数据向地面人员精准反馈在轨飞行器及其机械臂的工作状态；

控制所述实时跟随系统从所述集成显示端接收人工干预的操控指令并转发给所述测运控中心，以上注到在轨运行的航天器。

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