一种航天器的遥操作方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种航天器的遥操作方法及装置。

背景技术：

近年来，随着航天器技术飞速发展，航天器的种类以及功能不断提升。对航天器遥操作的准确度要求也越来越高。

目前空间遥操作主要采用离线控制，通过预先生成的控制指令对航天器进行控制，并通过VR技术直观的向操作员展示航天器的模拟状态，从而完成空间遥操作任务作业。

在深空状态下，上行控制指令在空间通信链路的传输延时非常大，对航天器的安全将产生至关重要的影响。但是，现有的空间遥操作没有考虑到遥测指令发送过程中的时延。导致遥操作的精度降低，从而降低系统的安全性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种航天器的遥操作方法及装置，能够提高遥操作的精度，从而提高安全性。

为解决以上技术问题，本发明在第一方面提供一种航天器的遥操作方法，包括：

接收手控数据信息，将所述手控数据信息转化为航天器的运动参数和控制指令；

对所述运动参数和所述控制指令进行格式转换，生成注入指令，并发送给所述航天器；

接收所述航天器发送的下行遥测数据，所述下行遥测数据包括所述航天器的位置姿态数据；

根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置。

在一种可能的实现方式中，所述时延参数包括：

第一时延，为将所述注入指令发送给所述航天器的时间与接收到所述手控数据信息的时间的差值；

第二时延，为所述航天器接收到所述注入指令的时间与将所述注入指令发送给航天器的时间的差值；

第三时延，为所述航天器的位置姿态开始变化的时间与所述航天器接收到所述注入指令的时间的差值。

在一种可能的实现方式中，所述时延参数还包括预估修正值，所述预估修正值为首次对所述航天器进行运动控制时，通过对所述航天器进行标定所获得的对所述时延参数的修正值。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置包括：

根据所述时延参数和所述航天器下行遥测数据的发送时间计算显示时间；

将所述下行遥测数据中的位置姿态数据作为初始值，根据所述运动参数和所述显示时间计算预估的航天器位置姿态；

显示所述预估的航天器位置姿态。

在一种可能的实现方式中，所述将所述手控数据信息转化为航天器的运动参数和控制指令包括：

根据航天器的行走方式建立所述手控数据信息与所述运动参数的映射关系；

根据所述映射关系，将所述手控数据信息转换为所述航天器的运动参数。

本发明在第二方面提供一种航天器的遥操作装置，包括：

转化模块，用于接收手控数据信息，将所述手控数据信息转化为航天器的运动参数和控制指令；

注入指令发送模块，用于对所述运动参数和所述控制指令进行格式转换，生成注入指令，并发送给所述航天器；

接收模块，用于接收所述航天器发送的下行遥测数据，所述下行遥测数据包括所述航天器的位置姿态数据；

计算模块，用于根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块中的时延参数包括：

第一时延，为将所述注入指令发送给所述航天器的时间与接收到所述手控数据信息的时间的差值；

第二时延，为所述航天器接收到所述注入指令的时间与将所述注入指令发送给航天器的时间的差值；

第三时延，为所述航天器的位置姿态开始变化的时间与所述航天器接收到所述注入指令的时间的差值。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块中的时延参数还包括预估修正值，所述预估修正值为首次对所述航天器进行运动控制时，通过对所述航天器进行标定所获得的对所述时延参数的修正值。

在一种可能的实现方式中，所述计算模块还用于根据所述时延参数和所述航天器下行遥测数据的发送时间计算显示时间；

将所述下行遥测数据中的位置姿态数据作为初始值，根据所述运动参数和所述显示时间计算预估的航天器位置姿态；

显示所述预估的航天器位置姿态。

在一种可能的实现方式中，所述转化模块还用于根据航天器的行走方式建立所述手控数据信息与所述运动参数的映射关系；

根据所述映射关系，将所述手控数据信息转换为所述航天器的运动参数。

本发明提供的航天器的遥操作方法及装置，通过接收手控数据信息，根据手控数据信息转化为的航天器的运动参数和控制指令生成注入指令，并发送给所述航天器，接收所述航天器发送的下行遥测数据，根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置，通过时延参数，准确的显示航天器时延后的位置姿态，提高了的时延预估的准确性。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出本发明的一实施例提供的航天器的遥操作方法的流程图；

图2示出本发明的又一实施例提供的航天器的遥操作方法的流程图；

图3示出本发明的一实施例提供的航天器的遥操作装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1示出本发明的一实施例提供的航天器的遥操作方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤S1，接收手控数据信息，将所述手控数据信息转化为航天器的运动参数和控制指令；

具体地，手控数据信息为操作员对手控设备进行控制时，手控设备的输出数据。

步骤S2，对所述运动参数和所述控制指令进行格式转换，生成注入指令，并发送给所述航天器；

具体地，可以通过遥控注入帧的形式，将转换后的运动参数和控制指令发送给航天器。航天器根据接收到的控制指令以及运动参数，进行动作。并在一定的时间间隔，向地面控制单元发送下行遥测数据。

步骤S3，接收所述航天器发送的下行遥测数据，所述下行遥测数据包括所述航天器的位置姿态数据。

下行遥测数据还可以包括，航天器的下行里程、电量参数等信息，以及发送下行遥测数据时的发送时间。

步骤S4，根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置。

由此，通过接收手控数据信息，根据手控数据信息转化为的航天器的运动参数和控制指令生成注入指令，并发送给所述航天器，接收所述航天器发送的下行遥测数据，根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置。通过时延参数，准确的显示航天器时延后的位置姿态，提高了的时延预估的准确性。

优选的，时延参数可以包括：第一时延、第二时延和第三时延。

第一时延，为将所述注入指令发送给所述航天器的时间与接收到所述手控数据信息的时间的差值。

具体地，第一时延可以通过计算得到。在通过系统内部的控制流程分析得出，并可在测试过程中精确计算。

第二时延，为所述航天器接收到所述注入指令的时间与将所述注入指令发送给航天器的时间的差值。

具体地，第二时延与上行链路码速率、遥控指令帧长度、航天器距地面高度有关。可以根据其它深空探测任务中测算得出。

第三时延，为所述航天器的位置姿态开始变化的时间与所述航天器接收到所述注入指令的时间的差值。

具体地，第三时延无法精确计算，但可以通过航天器进行地面实验时对数据进行分析和统计得出。

由此，通过在地面实验以及其它深空探测任务中测算得出第一时延、第二时延、第三时延，提高了的时延预估的准确性。

进一步地，时延参数还包括预估修正值，预估修正值为首次对所述航天器进行运动控制时，通过对所述航天器进行标定所获得的对所述时延参数的修正值。

标定过程如下：首先控制航天器运动，待运动结束后，记录预测的航天器位置数据以及获取航天器遥测数据中的位置数据，计算遥测数据中的位置数据与预测的航天器位置数据的差，根据航天器的运动速度，计算出预估修正值。

由此，通过设置预估修正值，在航天器的空间首次运动控制时进行标定1-3次，时延参数进行修正。可以进一步保障航天器的安全性。

实施例二

图2示出本发明的又一实施例提供的航天器的遥操作方法的流程图，在图2中与图1采用相同附图标记的步骤，均与图1适用于相同的文字说明，在此不再赘述。

请参阅图2，实施例一中的步骤S1，所述将所述手控数据信息转化为航天器的运动参数和控制指令可以具体包括：

步骤S101，根据航天器的行走方式建立所述手控数据信息与所述运动参数的映射关系；

具体地，航天器的行走方式包括：直线行走、按曲率行走、原地转弯等运动方式，不同的行走方式手控数据信息与所述运动参数的映射关系不同。

步骤S102，根据所述映射关系，将所述手控数据信息转换为所述航天器的运动参数。

实施例一中的步骤S4，所述根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置可以具体包括：

步骤S401，根据所述时延参数和所述航天器下行遥测数据的发送时间计算显示时间；

步骤S402，将所述下行遥测数据中的位置姿态数据作为初始值，根据所述运动参数和所述显示时间计算预估的航天器位置姿态；

步骤S403，显示所述预估的航天器位置姿态。

具体地，现有的虚拟显示屏，显示的通常是航天器发送下行遥测数据时，航天器的位置姿态。由于在深空状态下，上行指令控制指令在空间通信链路的传输延时非常大，从注入指令发送到航天器接收到注入指令开始运动，到地面控制单元接收到航天器发送的遥测数据，航天器的位置姿态与发送下行遥测数据时的位置姿态会产生一定偏差，若在显示屏上显示航天器发送下行遥测数据的位置姿态，使操作员对航天器进行实时控制，会产生位置误差，对航天器的安全性将产生至关重要的影响。

通过时延参数和航天器下行遥测数据的发送时间，可以计算出显示时间。将下行遥测数据中的位置姿态数据作为初始值，根据所述运动参数和所述显示时间，可以计算出经过时延后的航天器的位置姿态，作为预估的航天器位置姿态；显示预估的航天器位置姿态，使操作员可以准确的看到航天器时延后的位置姿态。例如，时延参数为τ_u、航天器下行位置姿态数据以及手控数据信息的运动参数v，在运动过程中的t’时间，计算并显示t’+τ_u航天器的位置姿态P(t’+τ_u)，模拟该时间的任务场景。

P(t'+τ_u)＝f(τ_u，v)

由此，通过时延参数和下行遥测数据的发送时间计算显示时间，将所述下行遥测数据中的位置姿态数据作为初始值，根据运动参数和显示时间计算预估的航天器位置姿态。通过显示当前时间加上上行指令时延后的航天器的运动状态，进一步地保证航天器的安全性。

在一种可能的实现方式中，可以设置手控设备，来接收操作员的指令信息。模拟仪表板显示航天器的下行里程和电量参数，虚拟场景显示器，显示预估的航天器位置姿态，方便操作员对航天器进行实时控制。

具体的过程可以包括，操作员通过控制手控设备设置航天器运动路径，系统对手控设备进行数据采样，并转换为航天器的运动参数，然后将这些控制参数按照航天器的上行注入控制数据格式转换为遥控注入帧，通过空间通信链路发送至航天器。航天器接收到运动控制注入指令后，按照其预定方式执行，完成一次运动。航天器按照一定频率发送下行遥测数据，将其运动状态以及其它参数通过空间通信链路发送至地面控制中心，地面控制中心根据航天器下行的位置姿态数据以及试验参数，生成修正后的航天器位置姿态数据，生成航天器虚拟的运动场景。

由此，操作员根据虚拟的、预测的场景观察航天器的运动过程，发出控制指令，实现航天器的远程实时控制。

实施例3

图3示出本发明的一实施例提供的航天器的遥操作装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：转化模块110、注入指令发送模块120、接收模块130和计算模块140。

转化模块110，用于接收手控数据信息，将所述手控数据信息转化为航天器的运动参数和控制指令；

注入指令发送模块120，用于对所述运动参数和所述控制指令进行格式转换，生成注入指令，并发送给所述航天器；

接收模块130，用于接收所述航天器发送的下行遥测数据，所述下行遥测数据包括所述航天器的位置姿态数据；

计算模块140，用于根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置。

由此，通过接收手控数据信息，根据手控数据信息转化为的航天器的运动参数和控制指令生成注入指令，并发送给所述航天器，接收所述航天器发送的下行遥测数据，根据所述下行遥测数据、所述运动参数以及时延参数，计算并显示所述航天器的当前位置。通过时延参数，准确的显示航天器时延后的位置姿态，提高了的时延预估的准确性。

进一步地，所述计算模块140中的时延参数包括：

第一时延，为将所述注入指令发送给所述航天器的时间与接收到所述手控数据信息的时间的差值；

第二时延，为所述航天器接收到所述注入指令的时间与将所述注入指令发送给航天器的时间的差值；

第三时延，为所述航天器的位置姿态开始变化的时间与所述航天器接收到所述注入指令的时间的差值。

由此，通过在地面实验以及其它深空探测任务中测算得出第一时延、第二时延、第三时延，提高了的时延预估的准确性。

进一步地，所述计算模块140中的时延参数还包括预估修正值，所述预估修正值为首次对所述航天器进行运动控制时，通过对所述航天器进行标定所获得的对所述时延参数的修正值。

由此，通过设置预估修正值，在航天器的空间首次运动控制时进行标定1-3次，对时延参数进行修正。可以进一步保障航天器的安全性。

进一步地，所述计算模块140还用于根据所述时延参数和所述航天器下行遥测数据的发送时间计算显示时间；

将所述下行遥测数据中的位置姿态数据作为初始值，根据所述运动参数和所述显示时间计算预估的航天器位置姿态；

显示所述预估的航天器位置姿态。

所述转化模块110还用于根据航天器的行走方式建立所述手控数据信息与所述运动参数的映射关系；

根据所述映射关系，将所述手控数据信息转换为所述航天器的运动参数。

由此，通过时延参数和下行遥测数据的发送时间计算显示时间，将所述下行遥测数据中的位置姿态数据作为初始值，根据运动参数和显示时间计算预估的航天器位置姿态。通过显示当前时间加上上行指令时延后的航天器的运动状态，进一步地保证航天器的安全性。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。