中继卫星自主任务规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天器中继卫星领域，涉及一种对中继卫星的自主任务进行规划调度 方法，适用于中继卫星任务设计、任务调度等应用。
【背景技术】
[0002] 中继卫星是一种通信卫星，通常用于无法直接获取卫星数据的卫星，通过中继卫 星对数据进行中继转发，保证数据能正常有效传回地面。目前对于中继卫星设计，均是通过 地面遥控形式实现对中继任务进行调度，不支持自主任务规划。当中继卫星定点位置位于 国土上空时并且任务数量较少时，可以通过地面人员和遥控指令形式实现中继任务规划和 卫星控制，当中继卫星形成中继网络，并且任务数量增多后，仅靠人员数量的增加是无法满 足日益增长的任务需求。若通过中继卫星自主任务规划技术，则可以有效实现对中继卫星 相关任务进行自主规划，自主生成指令序列，自主调度中继任务，从而减轻地面运控人员的 负担，避免在多任务高强度的状态下对中继任务调度的不及时和不准确。
[0003] 特别是境外中继卫星定点位置不在国土上空，因此在进行测控时会受地理条件和 测控站限制，无法实时进行测控。从而对境外中继卫星提出更高的要求，要求其在境外时可 以自主生存，在境内时能够下行相关参数，判定卫星状态，同时在境外时也能有效执行中继 任务。
[0004] 目前自主任务规划技术中的细分技术如自主平台控制技术中自主能源控制和自 主热控控制已在航天领域实现，相关自主指令管理目前在航天领域未见使用，当前指令均 采用遥控或时标形式执行不涉及自主指令管理功能。对于自主FDIR(Failure Detection Isolation and Recovery)功能，目前卫星上采用较少，大部分具备故障检测与切换功能， 不能完全实现自主roiR。对于自主中继任务规划及任务规划调度功能，目前卫星上尚未使 用。对于中继卫星的自主任务规划技术，没有完整的在卫星领域进行实现和功能应用，没有 突出自主任务规划技术的优越性。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种中继卫星自主任务 规划技术，利用自主管理技术，可以有效实现中继卫星自主任务规划及自主生存，保证中继 任务的有效性和准确性。
[0006] 本发明的技术解决方案是：中继卫星自主任务规划方法，步骤如下：
[0007] (1)中继卫星进行自主平台控制，生成自主平台控制指令序列：自主平台控制包括 自主位置保持指令序列、自主热控管理序列以及自主能源管理序列；自主位置保持指令序 列是根据当前星上递推轨道以及轨道控制精度要求，自主生成位保策略及执行指令序列， 进行自主位置保持管理；自主热控管理序列是指根据当前各加热器状态以及当前设备工作 温度要求，自主生成各加热器开关指令进行自主热控功能执行；自主能源管理序列是指根 据当前蓄电池状态以及太阳翼工作状态，自主对蓄电池工作状态进行模式转换和工作情况 设计进行自主能源管理；
[0008] (2)中继卫星进行自主FDIR(Failure Detection Isolation and Recovery,故障 检测隔离和恢复)生成roiR恢复指令序列:根据当前星上设备工作状态及故障情况，自主执 行故障切换策略，根据不同状态执行主动切换或故障切换，保证卫星安全，生成FDIR恢复指 令序列；
[0009] (3)中继任务调度生成调度指令序列：对当前卫星执行的中继任务以及后续任务 进行优先级和时间序列调度，生成调度指令序列，保证中继任务有序执行；
[0010] ⑷自主指令管理:对步骤⑴~⑶生成的指令序列，根据当前指令队列状态以及 生成的自主指令序列，通过优先级设置及序列执行时间进行自主指令管理；
[0011] (5)任务调度:对步骤（1)~（4)进行综合调度，优先处理影响卫星安全的任务，必 要时可以停止中继任务以保卫星安全，在能保证卫星安全的前提下进行部分中继任务执 行。
[0012] 所述步骤（1)~（3)中的指令序列由以下四部分组成，包括自主指令优先等级标 识、自主指令执行时间标识、自主指令校验和、指令内容；自主指令优先等级标识，根据正常 任务需求，自主位保指令序列优先级最高定义为1级，优先保证轨道位置，然后是自主能源 管理指令序列定义为2级，其次是自主热控管理序列定义为3级，最后是中继任务调度序列 定义为4级，4个优先等级可以根据中继任务需求进行临时调整，如在紧急情况下可以根据 轨道位置情况暂停位保序列，优先执行中继任务需求；自主指令执行时间标识，是指令执行 时间，生成指令序列后需指定指令执行时间，在规定的时间内执行该序列，如果时间超限某 一时间后取消该指令序列；自主指令校验和是对指令内容的正确性进行验证，在自主指令 执行前需对指令进行校验后再发出，避免输出错误指令序列；指令内容由自主指令队列构 成。
[0013] 所述步骤（2)中，根据当前星上设备工作状态及故障情况，自主执行故障切换策 略，根据不同状态执行主动切换或故障切换，保证卫星安全，生成roiR恢复指令序列的具体 过程为:对卫星上每个部件进行状态标识，划分为当班、健康和加电三种状态，同时设置报 警标识，当部件发生故障后触发系统报警，进而根据报警标识产生恢复序列，当序列恢复完 成后设置部件的状态，如从设备A切换为设备B，恢复序列就是设备A关机，设置设备A不当 班、不健康和不加电，设备B开机，设置B当班、健康和加电，同时设置结束标识，表示自主 FDIR处理结束。
[0014] 所述步骤(3)中，对当前卫星执行的中继任务以及后续任务进行优先级和时间序 列调度过程:对上传的当前卫星执行的指令序列进行分类，将每个任务划分为三大块，即任 务目标轨道、任务执行开始时间、任务结束时间以及任务标号；分类完成后，根据任务执行 时间进行任务选择，同时下传任务标号表时当前执行的任务，同时根据任务目标轨道设置 中继天线的转动角度和跟踪模式，进行中继天线跟踪，天线跟踪完成后，对目标数据进行传 输，当执行到任务结束时间时，结束当前任务，将退出当前中继任务模式，同时检测下一个 任务开始时间，转而进行下一个任务的执行。
[0015] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0016] (1)本发明方法能有效实现中继卫星自主平台控制，通过对当前热控状态可以自 主实现热控管理，以及自主能源管理，通过对当前位置的计算以及相关参数判断，自主生成 自主位保序列，保证卫星位置定点满足要求。
[0017] (2)本发明方法能通过对当前设备状态的健康检查，可以有效实现设备故障切换 及故障状态管理，保证卫星安全。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 如图1所示，为本发明中继卫星自主任务规划方法的数据流图，步骤如下：
[0020] (1)自主平台控制步骤，自主平台控制包括自主位置保持指令序列、自主热控管理 序列以及自主能源管理序列；自主位置保持:在卫星发射后，通过地面测量卫星轨道信息， 将卫星当前轨道信息发送至卫星，卫星根据轨道和星上时间进行递推，其中每隔一定周期 后对卫星上的轨道信息进行校正，这个周期称之为校正周期，其与卫星时间基准的准确度 和轨道递推精度有关。在确认可以进行位置保持后，进行自主位置保持指令序列生成发送 到自主指令管理。自主热控管理:根据加热器设定的开关阈值对星上加热器状态进行自主 控制，生成自主加热器通断的指令序列，并将序列发送至自主指令管理。自主能源管理:卫 星根据当前太阳翼输出电流状态对星上蓄电池工作模式及相关设备切换进行自主切换控 制，生成自主能源管理指令序列，并将序列发送至自主指令管理队列中。
[0021] (2)自主roiR处理步骤，卫星上每台单机设定当班、健康和加电三种状态以及报警 状态判断标准，卫星根据当前各分系统的遥测参数进行报警状态判断标准进行比对，当满 足报警条件时，立报警标志，FDIR检测恢复模块检测当前是否存在报警，发现报警后立即执 行恢复程序，查看设备健康状态，根据恢复策略生成恢复策略指令序列，发送到自主指令管 理。如发现设备A产生电压异常报警，此时roiR恢复策略需将设备A切换为设备B，恢复序列 就是设备A关机，设置设备A不当班、不健康和不加电，设备B开机，设置B当班、健康和加电， 同时设置FDIR处理结束标识，表示自主FDIR处理结束。
[0022] (3)自主中继任务规划，地面通过星间链路或地面站发送上行中继任务指令，由于 任务的众多性和周期性，地面站上行的指令可能存在同一个任务执行多次或者一次上行多 个任务。当地面发送指令序列后，中继任务规划任务将当前未执行的中继任务与地面上行 的中继任务进行重新规划，上行中继任务指令根据权利要求1中所述划分任务目标轨道、任 务执行开始时间、任务结束时间以及任务标号，将指令队列调整后将指令队列按权利要求1 中所述自主指令管理序列格式要求发送到自主指令管理。中继任务执行时根据任务执行开 始时间和任务结束时间对当前中继任务进行调整，即根据当前任务状态调整天线指向，进 入相应的天线指向模式，继而进行任务跟踪同时下传当前执行任务的任务标号以表明当前 执行的任务号。中继任务跟踪模式可划分以下几种，分别为程序跟踪模式、扫描搜索模式、 自动跟踪模式、回扫模式以及星地控制模式。程序跟踪模式:根据中继星、用户轨道运动规 律以及中继星姿态，地面站或星上预先制定控制天线跟踪用户的程序，上行注入到中继星 控制计算机内，计算机按照这个程序发送程控指令，驱动天线跟踪用户。一般由天线控制模 块自动启动，也可以由地面站遥控启动。扫描搜索模式:在回扫等待到预定捕获用户的时 亥IJ，如果用户没有出现在中继星天线的敏