一种卫星在轨自主管理系统及自主管理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种卫星在轨自主管理系统及自主管理方法，特别涉及一种利用星务中心计算机和总线数据监管单元对卫星健康及状态数据进行实时处理的方法，实现卫星的状态自监视和故障自处理。
【背景技术】
[0002]目前小卫星采用基于星务中心计算机的分层式自主管理方案，即底层自主管理(单机/系统级自主管理)和顶层自主管理(整星级自主管理)同时进行，实现整星的自主管理。底层自主管理依靠单机设备和单个分系统的能力，实现设备故障的自监测、自处理，将故障隔离在系统级。底层自主管理被实践证明是最基本的卫星在轨自主管理手段。顶层自主管理依托总线上的数据交换，由星务中心计算机采集各星上分系统的状态数据，对数据进行关联和分析后进行自主控制，在确保卫星能源、姿态安全的情况下对故障进行处理、对任务进行重新规划。这种分层式自主管理的逻辑如图1所示。顶层自主管理的关键是依托管理设备(星务中心计算机)对整星遥测数据的实时采集和对数据的运算处理，完成对各星上分系统状态的监视和管理。
[0003]随着小卫星在轨数量的增加，这种依托管理设备的分层式自主管理方案暴露了问题，即管理设备(星务中心计算机)的健康状态没有受到监视管理。一旦在轨卫星的星务中心计算机出现异常，不但基于星务中心计算机的分层式自主管理方案将失效，而且会造成用户任务的失败，若不能及时处理更会造成遥测遥控功能丢失，造成灾难性的后果。
[0004]因此设计一种能够监控星务中心计算机状态的卫星在轨自主管理方法，对提升卫星自主管理水平，提高卫星的可靠性有重大的意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种卫星在轨自主管理系统，创新引入总线数据监管单元，通过采用基于星上分系统状态数据发布和整星系统级分布式数据管理、形成自主控制策略的方法，解决了卫星在面对多项故障时不能按故障的危害程度、紧急程度排序处理的问题，解决了卫星没有针对星务中心计算机的在轨状态监控和自主管理方法的问题，提高了卫星在轨的自主管理水平，降低了卫星出现致命故障的风险。
[0006]本发明的另外一个目的在于提供一种卫星在轨自主管理方法。
[0007]本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的:
[0008]一种卫星在轨自主管理系统，包括星务中心计算机、总线数据监管单元和星上分系统，其中:
[0009]星务中心计算机:向各个星上分系统发送调度信息；按照设定的时间间隔或者在工作状态发生改变时将自身的健康信息、工作状态信息和卫星任务数据发送给总线数据监管单元；接收总线数据监管单元发送的星上分系统的故障判断结果，根据故障判断结果对星上分系统进行故障处理；
[0010]总线数据监管单元:通过总线接收各个星上分系统发送的工作状态信息，并按照预先设定的故障判断标准，判断各个星上分系统是否出现故障，并将故障判断结果发送给星务中心计算机；接收星务中心计算机发送的星务中心计算机自身健康信息、工作状态信息和卫星任务数据，并进行存储，当星务中心计算机出现故障并恢复时，将所述存储的数据中的工作状态信息和卫星任务数据返回给星务中心计算机；
[0011]星上分系统:接收到星务中心计算机发送的调度信息后，将工作状态信息通过总线发送给总线数据监管单元，在出现故障时，在星务中心计算机的控制下进行故障恢复。
[0012]在上述卫星在轨自主管理系统中，星务中心计算机的健康信息包括单双错计数信息、功能调度信息、广播调度信息和时间管理信息；所述星务中心计算机的工作状态信息包括总线管理信息、各星上分系统设备在离线管理信息和卫星在轨自主管理信息。
[0013]在上述卫星在轨自主管理系统中，星务中心计算机中存储故障处理对应表，故障处理对应表将星上分系统的故障进行分类，按照危害程度分为一级故障和二级故障，并在一级故障和二级故障中分别按照紧急程度进行优先级排序；星务中心计算机根据故障判断结果对星上分系统进行处理的方法如下:
[0014](I)、若故障判断结果显示各个星上分系统均正常，则不作处理；
[0015](2)、若故障判断结果显示为单项故障，则查找故障处理对应表，若为一级故障，则终止卫星当前任务，对故障进行处理，若为二级故障，则执行完卫星当前任务后，对故障进行处理；
[0016](3)、若故障判断结果显示为多项故障，则查找故障处理对应表，并按照故障处理对应表中设定的优先级对多项故障进行排序，若有一级故障，则终止卫星当前任务，按照优先级顺序对故障进行逐一处理，处理完一级故障之后，处理二级故障；若仅有二级故障，则执行完卫星当前任务后，按照优先级顺序对故障进行逐一处理。
[0017]在上述卫星在轨自主管理系统中，星上分系统包括姿轨控分系统、能源分系统、时间分系统、载荷分系统和数传分系统。
[0018]—种卫星在轨自主管理方法，通过卫星在轨自主管理系统实现，所述卫星在轨自主管理系统包括星务中心计算机、总线数据监管单元和星上分系统，具体实现步骤如下:
[0019](I)、星务中心计算机向各个星上分系统发送调度信息，星上分系统接收到星务中心计算机发送的调度信息后，将工作状态信息通过总线发送给总线数据监管单元；同时星务中心计算机按照设定的时间间隔或者在工作状态发生改变时将自身的健康信息、工作状态信息和卫星任务数据发送给总线数据监管单元；
[0020](2)、总线数据监管单元通过总线接收各个星上分系统发送的工作状态信息，并按照预先设定的故障判断标准，判断各个星上分系统是否出现故障，并将故障判断结果发送给星务中心计算机，进入步骤(3);总线数据监管单元接收星务中心计算机发送的星务中心计算机自身健康信息、工作状态信息和卫星任务数据，进行存储，进入步骤(4);
[0021](3)、星务中心计算机接收总线数据监管单元发送的星上分系统的故障判断结果，根据故障判断结果对星上分系统进行故障处理；具体方法如下:
[0022](a)、若故障判断结果显示各个星上分系统均正常，则不作处理；
[0023](b)、若故障判断结果显示为单项故障，则查找故障处理对应表，若为一级故障，则终止卫星当前任务，对故障进行处理，若为二级故障，则执行完卫星当前任务后，对故障进行处理；
[0024](c)、若故障判断结果显示为多项故障，则查找故障处理对应表，并按照故障处理对应表中设定的优先级对多项故障进行排序，若有一级故障，则终止卫星当前任务，按照优先级顺序对故障进行逐一处理，处理完一级故障之后，处理二级故障；若仅有二级故障，则执行完卫星当前任务后，按照优先级顺序对故障进行逐一处理；
[0025]所述故障处理对应表存储在星务中心计算机中，将星上分系统故障进行分类，按照危害程度分为一级故障和二级故障，并在一级故障和二级故障中分别按照紧急程度进行优先级排序；
[0026](4)、当星务中心计算机出现故障并恢复时，总线数据监管单元将存储的星务中心计算机工作状态信息和卫星任务数据返回给星务中心计算机。
[0027]在上述卫星在轨自主管理方法中，星务中心计算机的健康信息包括单双错计数信息、功能调度信息、广播调度信息和时间管理信息。星务中心计算机的工作状态信息包括总线管理信息、各下位机在离线管理信息和卫星在轨自主管理信息。
[0028]在上述卫星在轨自主管理方法中，星上分系统包括姿轨控分系统、能源分系统、时间分系统、载荷分系统和数传分系统。
[0029]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
[0030](I)、与分层式自主管理方案相比，本发明通过在卫星在轨自主管理系统中创新引入总线数据监管单元，采用统一调度各星上分系统进行状态数据发布