CN109188468B - 一种监控卫星运行状态的地面监控*** - Google Patents
一种监控卫星运行状态的地面监控*** Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种监控卫星运行状态的地面监控***，其包括仿真部分、校正部分和监控部分，其中所述仿真部分用于仿真计算未来时间内卫星的卫星轨道、光照条件、能源情况、姿态调整情况、测控链路和/或热控状态；其中所述校正部分用于基于真实的卫星数据对仿真部分中的仿真数据和仿真模型进行修正；且其中所述监控部分用于接收所述仿真部分传入的卫星仿真状态数据和所述校正部分传入的卫星真实状态数据，且判断该卫星仿真状态数据或者该卫星真实状态数据是否处于设定的正常范围。本申请的地面监控***在无法接收卫星真实状态信息时，通过仿真方式对卫星状态进行估计计算，提升对卫星整个运行周期的实时监控管理能力。
Description
技术领域
本申请涉及卫星仿真技术领域，尤其涉及一种监控卫星运行状态的地面监控***。
背景技术
由于卫星成本高昂，需要时刻关注卫星运行状态，以保证卫星的正常运行以及进行快速的故障处理。卫星与地面通过地面测控站来下传卫星遥测状态以及上传卫星控制指令。在地面接收站不能接收到信号或者地面站没有充足资源与卫星进行测控通信时，卫星状态处于未知状态,使得卫星运行面临更多风险，特别是当卫星处于故障状态时，不能及时发现。
在地面不满足接收条件时，一般采用卫星状态存储的办法，待满足与地面通信时，将当前储存的卫星遥测状态以及之前存储的卫星遥测状态下发地面，地面通过数据回放的方式查询卫星状态以确认卫星是否处于正常状态。该方法能够一定程度监控卫星整个运行周期的运行状态，但是也面临以下问题：1、卫星在与地面站建立通信前出现故障(例如能源短缺，轨道偏离等)时，不能及时发现，与地面站通信时才发现故障，故障未能及时处理，特别是周期较长的卫星，故障发现实时性较差；2、星上存储资源有限，若长期未与地面建立通信故障，之前的卫星状态信息可能会被覆盖，使得地面缺失部分数据，可能丢失重要信息。
总之，目前的地面监控***只监控卫星与地面站通信时的卫星状态，低轨卫星地面测控通信时长通常为几分钟到十几分钟，使得卫星运行周期只有很少一部分时间处于监控状态。虽然可以采用卫星遥测状态信息存储的方法对卫星转台数据进行回放，但只能对过去的信息进行监控。
为此，本领域迫切需要开发一种可以实时监控卫星整个运行周期运行状态的地面监控***。
发明内容
本申请之目的在于提供一种可以实时监控卫星整个运行周期运行状态的地面监控***，从而解决上述现有技术中的技术问题。本发明建立一种卫星地面监控***，在卫星不能与地面站通信时，通过仿真技术对卫星状态进行预期计算，给出卫星运行过程的状态预测信息；待卫星入境与测控站进行通信时，利用接收到的信息对仿真模型进行自动修正以及计算参数修正，以提升地面***仿真能力。***对仿真的状态和真实状态都进行监控，及时给出报警信息，以便地面人员尽快做出故障预案响应。
为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案。
在第一方面中，本申请提供一种监控卫星运行状态的地面监控***，所述地面监控***包括仿真部分、校正部分和监控部分，其中所述仿真部分用于仿真计算未来时间内卫星的卫星轨道、光照条件、能源情况、姿态调整情况、测控链路和/或热控状态；
其中所述校正部分用于基于真实的卫星数据对仿真部分中的仿真数据和仿真模型进行修正；
且其中所述监控部分用于接收所述仿真部分传入的卫星仿真状态数据和所述校正部分传入的卫星真实状态数据，且判断该卫星仿真状态数据或者该卫星真实状态数据是否处于设定的正常范围。
在第一方面的一种实施方式中，所述仿真部分包括卫星轨道仿真模块、能源仿真模块、测控仿真模块、姿态仿真模块、热控仿真模块、和载荷仿真模块，且各仿真模块通过数据库进行数据交互。
在第一方面的一种实施方式中，所述监控***只仿真卫星运行状态，对载荷等单机性能不进行仿真，故只仿真单机开关动作以及能源消耗。
在第一方面的一种实施方式中，在利用载荷仿真模块进行对卫星的载荷进行仿真时，需要测控站将载荷作业表转发给该载荷仿真模块。
在第一方面的一种实施方式中，轨道仿真模块采用HPOP模型进行轨道计算和光照计算，作为其它仿真模块的输入。
在第一方面的一种实施方式中，所述轨道仿真模块需要外部输入轨道六根数信息，该信息由测控站对卫星轨道测定后给出。
在第一方面的一种实施方式中，所述轨道仿真模块将仿真周期内的信息输出到数据库供其他仿真模块调用，其中仿真周期为卫星与地面测控站两次建立通信的间隔时间，所述信息至少包含地固坐标系下的卫星坐标、卫星光照时间和卫星载荷工作情况。
在第一方面的一种实施方式中，姿态仿真模块将轨道仿真模块输出的卫星轨道和光照条件、以及载荷的工作情况进行相应姿态动作。
在第一方面的一种实施方式中，热控仿真模块根据轨道仿真模块的光照条件和姿态仿真模块的姿态信息，结合星上单机的热功耗状态，仿真计算各个热控单元需要采取的动作。
在第一方面的一种实施方式中，测控仿真模块根据卫星轨道、卫星姿态和测控天线状态，计算卫星入境时间以及卫星测控天线与地面站角度以及卫星测控通信余量。
在第一方面的一种实施方式中，载荷仿真模块不考核载荷工作性能，根据输入的载荷作业表产生相关的动作序列，作为姿态调整和能源计算仿真的输入。
在第一方面的一种实施方式中，能源仿真模块结合轨道仿真模块的光照条件、姿态仿真模块的姿态调整信息以及热控仿真模块、载荷仿真模块、测控仿真模块单机的开关机情况，计算在整个仿真周期中的能源消耗情况。
在第一方面的一种实施方式中，在能源不满足条件时，能源仿真模块给出报警信息。
在第一方面的一种实施方式中，在卫星轨道仿真模块、能源仿真模块、测控仿真模块、姿态仿真模块、热控仿真模块、和载荷仿真模块完成仿真后，生成卫星仿真状态数据。
在第一方面的一种实施方式中，基于真实的卫星数据对仿真部分的仿真数据和仿真模型进行修正包括比较仿真遥测输出数据与卫星实际遥测数据的差异，求取两者的差值作为卫星模型的反馈输入使得二者差值最小。
在第一方面的一种实施方式中，所述校正部分还用于利用卫星的实时遥测信息作为仿真部分的当前输入，进入下一轮的仿真；和/或，将测控站转发的卫星遥测信息转发给监控部分，以便对真实数据进行监控。
在第一方面的一种实施方式中，当卫星仿真状态数据或者该卫星真实状态数据不处于正常范围时，所述监控部分输出报警信息。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于本文所述的地面监控***在能获取卫星遥测状态时对真实卫星数据进行状态监控，在无法接收卫星真实状态信息时，通过仿真方式对卫星状态进行估计计算，提升对卫星整个运行周期的实时监控管理能力。
说明书附图
图1示意性显示根据本申请的地面监控***的原理图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在一种具体实施方式中，本发明在地面建立一种监控***，该***具有卫星运行仿真能力，给定初始条件后，能够对未来时间内的卫星轨道、光照条件、能源情况、姿态调整情况、测控链路、热控状态进行仿真计算。同时，该***与地面测控站相连，在卫星与测控站通信时，地面测控站将卫星下传的卫星遥测状态信息转发给监控***，监控***用该信息对自身进行模型修正和数据修正；对于需地面上注规划任务时间安排的卫星，测控站还需要将规划任务信息转发给监控***，以便监控***进行姿态仿真和能源消耗计算。
在一种具体实施方式中，监控***包括卫星仿真部分、校正部分和监控部分。仿真部分具有通用的卫星运行仿真能力，包含卫星轨道仿真、能源仿真、测控仿真、姿态仿真、热控仿真、载荷仿真，各个仿真模块通过数据库进行数据交互。该监控***只仿真卫星运行状态，对载荷等单机性能不进行仿真，故只仿真单机开关动作以及能源消耗。由于载荷任务一般由地面规划后通过测控站上注到卫星，因此测控站需要将规划任务时间表转发给监控***以便监控***模拟载荷相关动作。
即使卫星仿真部分采用精准模型进行仿真，在长时间仿真计算后，会产生累计误差，若对误差不进行校正，可能导致错误的报警信息从而降低监控***的可信度。为此，模型引入卫星的真实遥测状态信息对仿真模型和仿真数据进行修正，提升模型的准确度。校正部分包含两个方面：一是通过卫星下发的之前存储的卫星状态信息，对仿真模型就行修正；二是利用卫星的实时遥测信息作为仿真部分的当前输入，进入下一轮的仿真。
仿真部分的仿真状态信息以及校正部分接收的卫星真实遥测状态信息都输出给监控部分，监控部分由地面人员配置，设定了各个遥测量的正常范围，超出范围后监控部分给出报警信息。若是仿真部分给出的报警信息，地面人员针对报警信息采取相应的预案，在下一次卫星入境与地面测控站机通信时通过真实遥测状态确认故障信息是否准确并进行相应的预案处理，从而达到监控和提前进行预案准备的目的，提升对卫星的故障响应速度。
图1示意性显示根据本申请的地面监控***的原理图。下面将结合图1详细描述本申请的地面监控***。
仿真部分
轨道仿真部分采用HPOP模型进行轨道计算和光照计算，作为其他仿真模块的输入。轨道仿真部分需要外部输入轨道六根数信息，该信息由测控站对卫星轨道测定后给出。轨道信息包含地固坐标系下的卫星坐标、卫星光照时间，仿真部分将仿真周期内的信息输出到数据库供其他仿真模块调用。仿真周期为卫星与地面测控站两次建立通信的间隔时间。
姿态仿真部分将轨道仿真部分输出的卫星轨道和光照条件、以及载荷的工作情况进行相应姿态动作。例如，在光照区产生对日定向调整，阴影区和载荷工作时采取对地定向或者其他特定指向，该策略由地面人员进行设定。姿态仿真还需计算卫星太阳帆板与太阳夹角，作为输出作为能源充电计算的输入。
热控仿真部分根据轨道仿真部分的光照条件和姿态仿真的姿态信息，结合星上单机的热功耗状态，仿真计算各个热控单元需要采取的动作，仿真结果输出给能源仿真部分作为计算参考。
测控仿真根据卫星轨道、卫星姿态和自身测控天线状态，计算卫星入境时间以及卫星测控天线与地面站角度，计算卫星测控通信余量。
载荷仿真部分不考核载荷工作性能，根据输入的载荷作业表产生相关的动作序列，作为姿态调整和能源计算仿真的输入。
能源仿真部分结合轨道仿真部分的光照条件、姿态仿真部分的姿态调整信息以及热控、载荷、测控等单机的开关机情况，计算在整个仿真周期中的能源消耗情况，在能源不满足条件时，给出报警信息。
为方便对各个仿真模块中的数据进行管理，各个模块通过数据库进行数据交互。各个仿真模块完成仿真后，生成卫星仿真状态数据，并输出给监控部分。
校正部分
由于仿真部分存在仿真误差，需要真实的卫星数据对仿真数据和仿真模型进行修正。卫星与地面站进行通信时能够下发卫星当前时间以及之前时间存储的卫星状态数据，利用这些数据可以对仿真模型进行修正。修正过程为：比较仿真遥测输出数据与卫星实际遥测数据的差异，求取两者的差值作为卫星模型的反馈输入使得二者差值最小。地面仿真模型在校正完成后，利用卫星的当前数据作为初始状态进入下一轮的仿真。校正部分还需要将测控站转发的卫星遥测信心转发给监控部分，以便对真实数据进行监控。
监控部分
监控部分接收仿真部分传入的卫星仿真状态数据和校正部分传入的卫星真实状态数据。其中，仿真部分的卫星仿真状态数据为仿真计算得到，校正部分的卫星真实状态数据为地面测控站获取的卫星真实状态遥测信息。监控部分比较各个遥测信息是否处于正常范围，当卫星仿真状态的遥测数据或者卫星真实状态的遥测数据处于不正常范围时，输出报警信息。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。
Claims (15)
1.一种监控卫星运行状态的地面监控***，所述地面监控***包括仿真部分、校正部分和监控部分，其中所述仿真部分用于仿真计算未来时间内卫星的卫星轨道、光照条件、能源情况、姿态调整情况、测控链路和/或热控状态；
其中所述校正部分用于基于真实的卫星数据对仿真部分中的仿真数据和仿真模型进行修正；
且其中所述监控部分用于接收所述仿真部分传入的卫星仿真状态数据和所述校正部分传入的卫星真实状态数据，且判断该卫星仿真状态数据或者该卫星真实状态数据是否处于设定的正常范围；所述仿真部分包括卫星轨道仿真模块、能源仿真模块、测控仿真模块、姿态仿真模块、热控仿真模块、和载荷仿真模块，且各仿真模块通过数据库进行数据交互；
轨道仿真模块采用HPOP模型进行轨道计算和光照计算，作为能源仿真模块、测控仿真模块、姿态仿真模块、热控仿真模块、和载荷仿真模块的输入。
2.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，所述监控***只仿真卫星运行状态，对单机性能不进行仿真，故只仿真单机开关动作以及能源消耗。
3.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，在利用载荷仿真模块进行对卫星的载荷进行仿真时，需要测控站将载荷作业表转发给该载荷仿真模块。
4.如权利要求3所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，所述轨道仿真模块需要外部输入轨道六根数信息，该信息由测控站对卫星轨道测定后给出。
5.如权利要求3所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，所述轨道仿真模块将仿真周期内的信息输出到数据库供其他仿真模块调用，其中仿真周期为卫星与地面测控站两次建立通信的间隔时间，所述信息至少包含地固坐标系下的卫星坐标、卫星光照时间和卫星载荷工作情况。
6.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，姿态仿真模块将轨道仿真模块输出的卫星轨道和光照条件、以及载荷的工作情况进行相应姿态动作。
7.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，热控仿真模块根据轨道仿真模块的光照条件和姿态仿真模块的姿态信息，结合星上单机的热功耗状态，仿真计算各个热控单元需要采取的动作。
8.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，测控仿真模块根据卫星轨道、卫星姿态和测控天线状态，计算卫星入境时间以及卫星测控天线与地面站角度以及卫星测控通信余量。
9.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，载荷仿真模块不考核载荷工作性能，根据输入的载荷作业表产生相关的动作序列，作为姿态调整和能源计算仿真的输入。
10.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，能源仿真模块结合轨道仿真模块的光照条件、姿态仿真模块的姿态调整信息以及热控仿真模块、载荷仿真模块、测控仿真模块单机的开关机情况，计算在整个仿真周期中的能源消耗情况。
11.如权利要求10所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，在能源不满足条件时，能源仿真模块给出报警信息。
12.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，在卫星轨道仿真模块、能源仿真模块、测控仿真模块、姿态仿真模块、热控仿真模块、和载荷仿真模块完成仿真后，生成卫星仿真状态数据。
13.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，基于真实的卫星数据对仿真部分的仿真数据和仿真模型进行修正包括比较仿真遥测输出数据与卫星实际遥测数据的差异，求取两者的差值作为卫星模型的反馈输入使得二者差值最小。
14.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，所述校正部分还用于利用卫星的实时遥测信息作为仿真部分的当前输入，进入下一轮的仿真；
和/或，将测控站转发的卫星遥测信息转发给监控部分，以便对真实数据进行监控。
15.如权利要求1所述的监控卫星运行状态的地面监控***，其特征在于，当卫星仿真状态数据或者该卫星真实状态数据不处于正常范围时，所述监控部分输出报警信息。
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