一种面向卫星部件的自动化控制方法

技术领域

本发明涉及卫星监控管理技术领域，特别涉及一种面向卫星部件的自动化控制方法。

背景技术

随着我国航天事业的飞速发展，越来越多的卫星发射升空，卫星平台控制和载荷控制越来越频繁，采用人工方式进行遥控指令发送、卫星状态判断等操作给卫星控制人员带来了巨大压力。因此，各卫星管理中心纷纷加强建设卫星自动化控制平台，以减轻卫星控制人员实施卫星控制的人工操作，提供卫星控制自动化水平，报账卫星控制安全。

请参见图1为传统方案，采用两层结构，分别是卫星适配层、卫星管理层。通过卫星适配层抽象卫星遥控发令服务和卫星遥测处理服务，屏蔽遥控指令和遥测参数的差异，为上层应用提供标准调用接口，卫星管理层以卫星控制脚本的形式提供给卫星管理人员。其中卫星遥控发令服务能够按照卫星码表的要求将上层应用提供输入的指令代号、指令参数，加工成卫星指令码，并完成卫星指令码的发送、对比验证和执行；卫星遥测处理服务主要能够根据遥测处理大纲要求将卫星遥测源码，加工成相应的遥测参数工程值，根据上层应用输入的遥测参数代号，返回遥测参数工程值和源码值。卫星管理层的卫星控制服务提供了面向卫星管理人员的卫星控制流程编辑环境和执行监控环境。

为了实现卫星自动化控制，主要是采用基于卫星遥控指令的控制流程，将卫星控制流程抽象为赋值、循环、等待、判断等通用语句元素；以及遥控发令、遥测参数获取、控制参数获取等专用语句元素。卫星控制服务以抽象元素为基础，提供流程编辑器、流程执行器，卫星控制人员依据卫星控制序列文档中描述的卫星平台、载荷控制的遥控指令序列、遥测参数监视要求，通过流程编辑器编写卫星控制流程文件。实施卫星控制时，使用流程执行器加载运行卫星控制流程文件中相应的卫星控制流程，流程执行器根据卫星控制流程的语句元素逐条执行。卫星控制流程的语句元素描述包括：

通用语句元素主要包括流程控制相关的通用语句元素：

（1）赋值元素Assign：支持自定义变量的声明，并可以给该变量赋值常量或表达式（常量和变量的组合）；

（2）循环For：支持设置循环次数（常量或变量），循环执行循环体，循环体可以是其他元素的组合；

（3）判断If：支持条件判断，条件为常量和变量组成的逻辑表达式；

（4）等待Wait：支持时间等待，可以支持相对时间和绝对时间。

专用语句元素主要包括卫星控制相关的专用语句元素：

（1）遥控发令TCCmd：根据输入的遥控指令代号、指令参数（可选择），完成遥控指令加工、发送和对比验证。

（2）遥测参数获取TMParam：根据遥测参数代号从遥测参数处理模块获取参数值，提供给其他语句使用。

（3）控制参数获取CPParam：根据控制参数代号从控制参数加工处获取参数值，提供给其他语句使用。

以某型卫星液浮陀螺漂移补偿流程为例，基于卫星遥控指令的卫星控制流程语句元素描述如图2所示。

但是传统方案中卫星控制流程文件的重用性不好，虽然卫星平台和载荷控制的流程基本一致，但由于不同卫星的指令集存在差异，控制不同卫星部件的指令代号不同，导致接管不同的卫星时，卫星控制流程文件都需要进行修改。卫星控制人员除了关注卫星部件控制相关的知识，还需要面对单条的遥控指令、遥测参数等与具体卫星型号相关的语句元素细节，增加了知识学习成本，分散了学习尽力，影响了卫星接管进度。

发明内容

本发明的目的在于以卫星部件为基本单元描述卫星控制流程，避免了卫星控制人员面对孤立的遥控指令和遥测参数，提供一种面向卫星部件的自动化控制方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种面向卫星部件的自动化控制方法，包括以下步骤：

在卫星管理层和卫星适配层之间设置虚拟卫星层，用于将实体卫星映射为虚拟卫星，并建立面向卫星部件的卫星对象模型；

通过卫星对象模型优化卫星管理层中的卫星控制流程的语句元素；

通过卫星对象模型向卫星部件发送控制命令、获取部件状态、订阅部件事件。

在上述方案中，以卫星部件为基本单元描述卫星控制流程，避免了卫星控制人员面对孤立的遥控指令和遥测参数，有效屏蔽卫星差异，提高了卫星控制流程复用性。

更进一步地，所述卫星对象模型包括卫星层、分系统层、部件层，其中，

所述卫星层确定了某一实体卫星的型号、代码；

所述分系统层将该实体卫星的分系统映射为虚拟卫星的分系统，分系统包括电源分系统、测控分系统、天线分系统、姿轨控分系统、数管分系统；

所述部件层将该实体卫星的每个分系统中的各个部件映射为虚拟卫星的分系统的部件，且虚拟卫星的分系统的每一部件还包括命令、状态、事件。

在上述方案中，采用面向对象封装技术，将卫星对象模型按照卫星层、分系统层、部件层三个层次，以卫星部件为基本单元，对卫星知识进行封装，使卫星知识组织成一个有机整体，有效屏蔽卫星差异，符合卫星控制人员视角，减少学习成本。

更进一步地，所述命令为部件支持的控制功能，包括打开、关闭、切换模式；

所述状态由部件提供，用于反映卫星功能的状态信息、测量信息；

所述事件由一个条件或一组条件触发，包括发送遥控指令、卫星所处的空间环境、卫星内部故障。

更进一步地，通过卫星对象模型优化卫星管理层中的卫星控制流程的所述语句元素，包括：

部件状态检查CheckState：判断条件支持单个部件参数判断，或支持多个部件参数的组合判断，判断方式为单次判断或时间累积判断；

部件控制命令Control：调用卫星部件控制命令，输入相关的命令参数，完成对卫星部件的控制；

部件事件Event：注册的事件包括卫星部件控制事件、卫星部件异常事件、卫星部件控制过程事件，在事件发生时，执行相关的处理流程。

在上述方案中，优化了卫星控制流程的语句元素，使卫星控制人员能够从卫星功能部件的角度编写卫星控制流程，而不是面对与具体卫星型号相关的孤立的遥控指令和遥测参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明构建面向部件的卫星自动化控制平台，在现有卫星控制平台增加基于卫星对象模型的虚拟卫星层，采用卫星管理层、虚拟卫星层、卫星适配层三层结构实现卫星自动化控制平台。

（2）本发明在虚拟卫星层中构建面向部件的卫星对象模型，按照卫星层、分系统层、部件层三个层次为树形结构，以卫星部件为基本单元，采用面向对象技术描述卫星部件命令、参数、事件三部分，构建面向部件的卫星对象模型。

（3）本发明面向部件的卫星控制流程语句元素，在现有卫星控制流程语句元素中增加卫星部件状态检查、控制命令以及事件的语句元素，以卫星部件为基本单元，编辑卫星控制流程文件实施卫星控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为背景技术的卫星控制平台示意图；

图2为背景技术关于某型卫星液浮陀螺漂移补偿的卫星控制流程语句元素描述；

图3为本发明卫星控制平台示意图；

图4为本发明实施例卫星对象模型的树形示意图；

图5为本发明实施例关于某型卫星液浮陀螺漂移补偿的卫星控制流程语句元素描述。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本发明通过下述技术方案实现，一种面向卫星部件的自动化控制方法，包括以下步骤：

步骤1，在卫星管理层和卫星适配层之间设置虚拟卫星层，用于将实体卫星映射为虚拟卫星，并建立面向卫星部件的卫星对象模型。

如图3所示，本方案在现有方案的两层结构中增加虚拟卫星层，借鉴面向对象的方法，将实体卫星映射为虚拟卫星，建立面向卫星部件的卫星对象模型，以卫星对象模型为基础构建虚拟卫星层。

在传统方案下，卫星研制方下发额卫星知识文档包括卫星指令格式文档、卫星指令序列文档、卫星遥测处理文档、卫星故障知识库文档等，具体描述内容如下：

（1）卫星指令格式文档：

约定地面系统控制卫星的上行数据接口，描述每条遥控指令加工的格式要求，组帧发送到卫星上，卫星译码器能够识别该条遥控指令。其中有些遥控指令是固定的一串二进制码，有些遥控指令中的某些字节能够根据实际控制场景灵活调整，即参数化。

（2）卫星指令序列文档：

约定地面系统控制卫星的交互流程，描述为了实现某个任务如位置保持、相机拍摄等，如何按照一定的顺序向卫星发送多条遥控指令以及监视卫星状态。

（3）卫星遥测处理文档：

约定卫星传递到地面系统的下行数据接口，由于星地链路带宽限制，需要将少量遥测源码加工成几千个反映卫星状态的遥测数据，该文档描述了如何将遥测源码加工成遥测参数，描述了每个遥测参数源码组合方式，如源码全帧中的byte位置、bit位置，遥测参数加工方法如补码、查表法、线性拟合等。

（4）卫星故障知识库文档：

描述卫星故障判断方法和步骤，包括卫星发令后卫星状态如何变化、卫星遥测参数满足什么条件时表明卫星出现故障。

上述文档描述的卫星知识主要包括卫星命令控制（包括无参数命令、带参数命令）、状态参数、卫星事件，本方案将上述文档描述转换为面向对象的涉及思想主要是将现实世界中对事物的操作、属性进行封装，通过操作为外界提供对象控制功能。将卫星遥控指令对应到对象操作；遥测参数、卫星状态对应到对象属性；卫星故障信息对应到对象事件。

采用面向对象的设计思想将文档描述的内容封装到卫星对象模型中，以卫星功能部件为基本单位，每个卫星部件包括操作、状态数据、事件信息。一个卫星对象模型具体对应一颗实体卫星，从卫星监视和控制的角度对卫星功能组成进行描述，卫星对象模型采用树形的层次化结构进行描述，请参见图4，包括卫星层、分系统层、部件层。

其中，所述卫星层确定了某一实体卫星的型号、代码。所述分系统层将该实体卫星的分系统映射为虚拟卫星的分系统，分系统包括但不限于电源分系统、测控分系统、天线分系统、姿轨控分系统、数管分系统。所述部件层将该实体卫星的每个分系统中的各个部件映射为虚拟卫星的分系统的部件，且虚拟卫星的分系统的每一部件还包括命令、状态、事件。

比如姿轨控分系统的部件可以包括陀螺、反作用轮、动量轮、星敏感器、太阳敏感器，其中：

针对部件陀螺的命令为积分清零、漂移补偿；状态为温度数据；事件为打开事件、关闭事件。针对反作用轮的命令为设置模式、转速；状态为转速数据；事件为转速超限。针对动量轮的命令为设置模式、卸载；状态为转速数据、当前模式；事件为模式变化。针对星敏感器的命令为打开、关闭；状态为偏航角数据；事件为出现故障。针对太阳敏感器的命令为打开、关闭；状态为偏航角数据；事件为出现故障。

命令为部件支持的控制功能，包括打开、关闭、切换模式等，可以包含相关的参数，也可以不包含参数。状态由部件提供，用于反映卫星功能的状态信息、测量信息。事件由一个条件或一组条件触发，包括发送遥控指令、卫星所处的空间环境、卫星内部故障。

步骤2，通过卫星对象模型优化卫星管理层中的卫星控制流程的语句元素。

除了传统方案中卫星控制流程的语句元素外，本方案优化的语句元素包括：

（1）部件状态检查CheckState：判断条件支持单个部件参数判断，或支持多个部件参数的组合判断，判断方式为单次判断或时间累积判断；

（2）部件控制命令Control：调用卫星部件控制命令，输入相关的命令参数，完成对卫星部件的控制；

（3）部件事件Event：注册的事件包括卫星部件控制事件、卫星部件异常事件、卫星部件控制过程事件，在事件发生时，执行相关的处理流程.

同样以某型卫星液浮陀螺漂移补偿流程为例，请参见图5，本方案将遥控指令封装成卫星部件控制命令、将遥测参数封装成卫星部件状态，如，将图2中的“TCCmd 指令1‘1111’H”和“TCCmd 指令2 ‘2222’H”，封装成图5所示的“SatelliteAOCS.GYRO.SetIntegralToZero ()”，能够进一步屏蔽卫星控制流程中的遥控指令、遥测参数等细节，使卫星管理人员更加专注于卫星控制流程，同时能够增加卫星控制流程的通用性。

步骤3，通过卫星对象模型向卫星部件发送控制命令、获取部件状态、订阅部件事件。

卫星管理人员可以通过优化后的语句元素向卫星部件发送控制命令、获取部件状态、订阅部件事件，卫星对象模型输出对应的命令、状态、事件，再通过虚拟卫星层去实际控制卫星管理层、卫星适配层，使卫星管理人员能从卫星部件的视角去设计控制流程。

本方案面向部件的卫星控制流程语句元素，在现有语句元素中增加卫星部件状态检查、控制命令以及事件的语句元素，以卫星部件为基本单元，编辑卫星控制流程文件实施卫星控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。