一种天地一体化管控系统及其运行方法与流程

本发明属于航天器任务规划，涉及一种天地一体化管控系统及其运行方法。

背景技术：

1、近年来，自主任务规划技术趋于成熟，越来越广泛应用于卫星工程领域。针对配置了自主任务规划软件的卫星，卫星当前的管控方式是地面规划的程控指令任务为主，星上规划的自主任务为辅，存在着地面管控与星上自主管控需要频繁切换的需求(例如轨控、特殊定标任务等)，即在一段时间内卫星的控制权只能属于其中的一方。当卫星的控制权需要切换时需要复杂的流程，尤其是需要将卫星切换到地面控制时，地面管控中心必须判断星上任务的执行情况，并保证切换指令在卫星任务的空闲时段执行。因此，上述切换流程不仅复杂，而且存在风险。

2、为了解决上述问题，实现天地一体化管控，就必须将地面规划的程控指令任务与星上规划的自主任务统一管理起来，这也是任务规划的难点。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种天地一体化管控系统及其运行方法，实现对地面程控指令任务和星上自主任务的统筹规划，避免星地频繁切换控制权，优化卫星的操控性，同时降低地面管控的复杂性，提高卫星对应急程控指令任务的响应速度。

2、本发明解决技术的方案是：一种天地一体化管控系统，包括地面管控系统和卫星系统，卫星系统包括测控分系统、星务分系统；地面管控系统生成程控指令并上注到卫星系统的测控分系统，测控分系统转发程控指令到星务分系统；所述星务分系统具有提取程控指令任务摘要信息的功能；

3、所述卫星系统还包括自主任务规划模块，自主任务规划模块生成星上自主任务，根据卫星使用约束进行检查，当上注程控指令任务不满足卫星使用约束时，自主任务规划模块停止本次规划的星上自主任务的插入，待上注的所有程控指令任务执行完毕且卫星能源恢复平衡后，再次启动自主任务规划模块；

4、当上注程控指令任务满足卫星使用约束时，自主任务规划模块依据程控指令任务摘要信息，判断程控指令任务与星上自主任务的冲突情况；当上注的程控指令任务与当前执行的星上自主任务无冲突，继续执行完当前星上自主任务之后，自主任务规划模块避开地面程控指令执行时段，生成新的任务规划方案；当上注的程控指令任务与当前执行的星上自主任务存在冲突，则中断当前任务，恢复卫星的初始状态，执行该程控指令任务，待执行完毕后，再次启动自主任务规划模块来生成新的任务规划方案。

5、进一步的，所述程控指令任务摘要信息包括程控指令任务数量、任务类型、任务持续时间、指令时间段信息。

6、进一步的，所述卫星使用约束包括卫星载荷使用约束、卫星机动能力约束、星上电源使用约束、固存使用约束。

7、进一步的，自主任务规划模块包括冲突判断模块、重规划模块、卫星状态恢复模块；

8、冲突判断模块，根据程控指令任务摘要信息获取程控指令任务的紧急程度，判断程控指令任务与星上自主任务的冲突情况；当程控指令任务与当前执行的星上自主任务无冲突，将判断结果发送给重规划模块，启动重规划模块对未来的星上自主任务进行调整；当程控指令任务与当前执行的星上自主任务存在冲突，将判断结果发送给卫星状态恢复模块并中断当前任务；

9、重规划模块，接收冲突判断模块的无冲突判断结果，调整未来的星上自主任务，以避开地面程控指令执行时段，生成新的任务规划方案；

10、卫星状态恢复模块，接收冲突判断模块的存在冲突判断结果，执行恢复卫星初始状态相对程控指令，保证该程控指令任务执行完毕。

11、进一步的，所述上注程控指令任务与当前执行的星上自主任务无冲突，具体为：当前未执行星上自主任务或者上注程控指令任务时段与当前星上自主任务时段不重叠。

12、进一步的，上注的程控指令任务优先级高于星上自主任务。

13、进一步的，星务分系统采用指令分区设计，具体为：地面上注的程控指令任务数据块及指令均存放在地面程控专用指令区，星上自主任务产生的数据块及指令均存放在自主规划专用指令区，两区之间互不干涉，保证星上规划指令和地面上注指令的正确删除、维护，进而保证整星安全。

14、进一步的，所述恢复卫星初始状态相对程控指令，具体包括：自主清空自主规划专用指令区中的数据块、删除自主规划专用指令区待执行指令，恢复卫星的初始状态。

15、进一步的，所述地面管控系统包括运控中心、测控中心、数据中心；

16、运控中心，处理用户提出的任务调整需求，编译生成相应的程控指令转发到测控中心；通过自主任务规划模块的地面镜像系统同步获取星上状态和数传计划；

17、测控中心，上注运控中心生成的程控指令至卫星系统的测控分系统；

18、数据中心，接收并存储运控中心获取的数传计划以及卫星系统的载荷数据，依据数传计划处理载荷数据。

19、进一步的，提出一种天地一体化管控系统的运行方法，包括以下流程：

20、地面管控系统处理用户提出的任务调整需求，编译生成相应的程控指令，上注至卫星系统；

21、测控分系统接收程控指令任务后，星务分系统将程控指令存储至地面程控专用指令区，并解译程控指令，提取程控指令任务摘要信息，将其传递给自主任务规划模块；

22、收到程控指令任务摘要信息后，自主任务规划模块依据程控指令任务摘要信息，对星上自主任务和地面上注程控指令任务统筹规划，生成新的任务规划方案，并依据新的任务规划方案编排指令生成元任务块发送至自主规划专用指令区，或向星务分系统反馈需要消解的低优先级任务；

23、星务分系统对自主任务规划模块发送的元任务进行解析，并将解析的指令存放在自主规划专用指令区；星务分系统将自主规划专用指令区或者地面程控专用指令区的指令按时序分别发送给星上对应的分系统进行执行；

24、运控中心同步获取星上状态、数传计划，发送数传计划发送给数据中心，数据中心接收并处理卫星系统的载荷数据。

25、本发明与现有技术相比的有益效果是：

26、(1)本发明通过设计自主任务规划模块的软件架构，提出了程控指令任务与星上自主任务并行策略，用于实现对程控指令任务和星上自主任务的统筹规划，能有效解决卫星天地一体化管控难题，解决了星上自主任务规划运行期间星地频繁切换控制权的问题，优化了卫星操控性。

27、(2)本发明通过设计天地一体化管控系统的运行流程，星务分系统将自主规划专用指令区或者地面程控专用指令区的指令按时序分别发送给星上对应的分系统进行执行，避免运控中心进行复杂的任务调整判断，降低地面管控复杂性，提高卫星对应急程控指令任务的响应速度。

28、(3)本发明通过对星务分系统采用指令分区设计方式，能够保证星上规划和地面上注指令的正确删除、维护，进而保证整星安全。

技术特征：

1.一种天地一体化管控系统，包括地面管控系统和卫星系统，卫星系统包括测控分系统、星务分系统；地面管控系统生成程控指令并上注到卫星系统的测控分系统，测控分系统转发程控指令到星务分系统；

2.根据权利要求1所述的一种天地一体化管控系统，其特征在于，所述程控指令任务摘要信息包括程控指令任务数量、任务类型、任务持续时间、指令时间段信息。

3.根据权利要求1所述的一种天地一体化管控系统，其特征在于，所述卫星使用约束包括卫星载荷使用约束、卫星机动能力约束、星上电源使用约束、固存使用约束。

4.根据权利要求1所述的一种天地一体化管控系统，其特征在于，自主任务规划模块包括冲突判断模块、重规划模块、卫星状态恢复模块；

5.根据权利要求4所述的一种天地一体化管控系统，其特征在于，所述上注程控指令任务与当前执行的星上自主任务无冲突，具体为：当前未执行星上自主任务或者上注程控指令任务时段与当前星上自主任务时段不重叠。

6.根据权利要求4所述的一种天地一体化管控系统，其特征在于，上注的程控指令任务优先级高于星上自主任务。

7.根据权利要求4所述的一种天地一体化管控系统，其特征在于，星务分系统采用指令分区设计，具体为：地面上注的程控指令任务数据块及指令均存放在地面程控专用指令区，星上自主任务产生的数据块及指令均存放在自主规划专用指令区，两区之间互不干涉，保证星上规划指令和地面上注指令的正确删除、维护，进而保证整星安全。

8.根据权利要求7所述的一种天地一体化管控系统，其特征在于，所述恢复卫星初始状态相对程控指令，具体包括：自主清空自主规划专用指令区中的数据块、删除自主规划专用指令区待执行指令，恢复卫星的初始状态。

9.根据权利要求1所述的一种天地一体化管控系统，其特征在于，所述地面管控系统包括运控中心、测控中心、数据中心；

10.一种天地一体化管控系统的运行方法，其特征在于，包括以下流程：

技术总结
本发明涉及一种天地一体化管控系统及其运行方法，管控系统包括地面管控系统和卫星系统，其中卫星系统包括自主任务规划模块、星务分系统、测控分系统；自主任务规划模块依据程控指令任务摘要信息，对星上自主任务和地面上注程控指令任务统筹规划，生成新的任务规划方案，并依据新的任务规划方案编排指令生成元任务块发送至自主规划专用指令区，或向星务分系统反馈需要消解低优先级任务；星务分系统将自主规划专用指令区或地面程控专用指令区的指令按时序分别发送给星上对应的分系统执行。本发明实现了地面运管中心与自主任务规划模块对卫星的协同控制，降低地面管控的复杂性，提高卫星对应急程控指令任务的响应速度。

技术研发人员：柴利鹏,吕长虎,陈雄姿,于灵慧,熊浩伦,纪文章,吕铁军
受保护的技术使用者：航天东方红卫星有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13