一种基于新型拓扑结构的卫星平台系统及其集成方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于新型拓扑结构的卫星平台系统及其集成方法，所述卫星平台系统至少包括接收测控板的遥控指令而执行相应操作的载荷以及接收所述测控板发送的遥测指令采集卫星工况数据且接收所述载荷和/或所述测控板发送的控制指令控制卫星姿态改变的平台设备，所述卫星平台系统还包括分别与所述平台、载荷和测控板数据连接的计算机板，所述计算机板配置为基于所述平台设备、载荷、测控板中的至少一个执行操作时的冲突事件的触发以驱动至少部分数据进行共享的方式调整执行所述平台设备、载荷以及测控板内算法的优先级。

A new topology based satellite platform system and its integration method

【技术实现步骤摘要】
一种基于新型拓扑结构的卫星平台系统及其集成方法
本专利技术涉及卫星架构
，尤其涉及一种基于新型拓扑结构的卫星平台系统及其集成方法。
技术介绍
卫星工程是一类系统性工程，具备构造的复杂性、功能的多样性、高成本和高风险的特点，卫星工程按照不同功能，大体上可划分为供配电分系统、测控与星务分系统、推进与姿态分系统、结构分系统、热控分系统、数传分系统、载荷分系统等。按传统卫星设计技术，卫星平台运行所需的配电、遥控、遥测、控温、推力器控制、自锁阀控制、490N控制、火工品控制、SADA控制、天线控制分别按照单独功能产品配置在分系统内：配电功能对应1～3台配电器，配置在供配电分系统；遥控对应1～2台遥控单元、遥测对应1～1台遥测采样器，配置在测控分系统；控温对应1～2台热控控制箱，配置在热控分系统；推力器、自锁阀、490N发送机对应1～2台推进线路盒。配置在推进分系统；火工品控制对应1～2台火工品管理器，配置在在供配电分系统；SADA机构控制对应1～2台伺服控制器，配置在结构分系统；天线控制对应1～2台伺服控制器，配置在天线分系统。上述传统卫星平台功能配置方案存在一定的弊端，如：1、产品过多导致重量功耗较大；2、接口数量过多导致电缆连接复杂；3、接口种类过多导致通信协议复杂以及管理难度大；4、多样性产品导致管理难度大。例如，公开号为CN109002049A的中国专利文献公开了一种基于模块化设计的卫星平台，包括单元管理模块：作为卫星平台电子整机的主模块，安装了一个平台测控信息管理器，对外实现与中心管理单元通信、对内实现内总线管理、遥控遥测功能译码、AD采集的功能，平台电子整机一次电源分配枢纽；平台电子整机二次电源产生源头、分配枢纽；供电与测控服务模块，对外提供至少八路直供电，两路控制供电，四十条控制指令，六十条遥测采集，同时对若干用户产品进行能源供给、工作模式控制、运行状态监视提供服务；配电与测控服务模块，对外提供至少八路直供电，至少八路控制供电，三十条控制指令，五十条遥测采集，同时对若干用户产品进行能源供给、工作模式控制、运行状态监视提供服务；控温与测温模块，单模块可实现对卫星平台二十八路加热片控制、三十路测温点采集；推力器驱动模块，单模块可实现对单分支八路10N推力器进行单喷、连喷、常喷同时控制，并对各推力器工作温度进行监视；自锁阀与490N驱动模块，可实现对推进液路、气路中的高压自锁阀、自锁阀进行开关控制，并对管路、储箱、气瓶的压力、温度信息进行监视；火工品驱动模块，可实现对卫星活动机构解锁火工品、管路电爆阀进行起爆控制；SADA机构伺服控制模块，单个模块，实现太阳电池阵转动控制，按照不同工作模式进行归零、捕获、跟踪的操作；天线机构伺服控制模块，单个模块，实现两组机构共四轴同时转动控制；其它功能模块，按照整星相应的功能要求，按照模块化设计原则，满足机电接口前提下，可与所述平台电子产品整机拼装的其它功能模块。但是该专利公开的卫星平台只考虑到将原有功能单机模块化，将原有接口电路归一化来实现卫星平台重量和功耗的降低，其技术方案的本质仍然是分布式的独立设计，即分别独立地配置各个模块，因此无法实现高度集成的卫星平台，导致各个模块执行的算法和数据处理不能共享，也导致各个模块之间大部分功能的冗余和浪费。此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
在卫星执行相关作业时，其作业过程中需要执行一系列的算法，而这些算法之间彼此关联。例如遥感成像，需要基于软件无线电的方法实现测控板的遥测、遥控以及数传功能实现卫星与卫星之间、卫星与地面之间的通信、数据的传输以及地面上对卫星平台及其载荷的控制。卫星平台及其载荷接收通信信息后执行相关的成像任务，在其成像过程中需要数据采集以及数据存储；而且在成像的过程中，卫星平台接收相应的指令控制平台设备工作，例如遥感仪器的转动，涉及星敏算法、GPS算法以及陀螺模块以实时测量和反馈卫星本身的姿态、位置，还涉及关于调整卫星姿态的飞轮算法等。姿轨控算法基于上述卫星姿态、位置生成相应的控制指令并传输至飞轮或推进器以改变卫星姿态。而且，上述各个算法之间不止彼此关联，还涉及相应数据传递，甚至部分冲突。例如，遥控指令保持轨道稳定，而卫星平台的传感器检测该轨道存在障碍物，需要机动变轨，这种矛盾的指令需要卫星平台快速做出反应并执行。又比如分布式系统的主要优势为能够避免资源出现冲突和被抢占，但是当单独执行的算法由于某些原因进入死循环后，不能及时跳出，导致该独立模块瘫痪。需要说明的是分布式处理器独立的设置方式，只需要针对该独立硬件做出相应的防御机制就能够大部分解决各个算法冲突的问题，然而分布式系统无法同时处理大量的数据以及对各个算法一致性的要求严格且实现难度大。本领域的现有技术主要集中于各个单独器件或功能的算法实现，例如利用遗传算法实现测控资源分配，利用强跟踪自适应卡尔曼滤波器实现卫星姿态的确定，或者是利用人工免疫算法实现无线通信的设计等等，即现有的卫星架构除了各个模块或功能的硬件独立之外，其算法和数据处理独立实现，这种方式能够实现算法的并行计算，显著地提高算法和数据处理的速度，也减轻了处理器运算负荷。但是，一方面多个独立不同的算法和数据处理方式使得接口协议和信息交互设计复杂，导致接口设计难度高，也不利于对多个不同的算法进行管理和控制，很难实现真正意义上的在轨完全可重构；另一方面，各个算法的数据处理过程之中无法实现数据的共享，导致资源的严重浪费和算法执行效率低下，更重要的是部分功能发生冲突导致卫星平台可靠性显著降低。针对以上现有技术之不足，本专利技术提供一种基于新型拓扑结构的卫星平台系统，至少包括平台设备、载荷以及测控板。所述测控板将接收地面的遥测指令和遥控指令分别传输至所述平台设备和载荷并将所述载荷和平台设备返回的数据传输至地面。在所述载荷接收所述测控板发送的遥控指令执行相应操作的过程中，所述载荷基于执行所述相应操作生成的控制指令驱动所述平台设备以实现所述相应操作，从而获取相应的任务数据。所述平台设备接收所述测控板发送的遥测指令采集卫星工况数据且接收所述载荷和/或所述测控板发送的控制指令控制卫星姿态改变。所述卫星平台系统还包括分别与所述平台设备、载荷和测控板数据连接的计算机板，所述计算机板配置为始终执行所述测控板与地面通信的通信算法。所述计算机板基于所述测控板的遥测指令和/或遥控指令的触发而并行地执行所述平台设备和载荷内的算法。所述计算机板通过检测所述平台设备、载荷、测控板中的至少一个执行操作时的冲突事件以触发用于在所述平台设备处于非紧急状态下的预处理操作。所述计算机板基于所述预处理操作以至少部分数据进行共享的方式调整执行所述平台设备、载荷以及所述测控板内算法的优先级。所述冲突事件至少包括所述计算机板的计算负荷在所述平台设备、载荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于新型拓扑结构的卫星平台系统，至少包括接收测控板(30)的遥控指令而执行相应操作的载荷(20)以及接收所述测控板(30)发送的遥测指令采集卫星工况数据且接收所述载荷(20)和/或所述测控板(30)发送的控制指令控制卫星姿态改变的平台设备(10)，/n其特征在于，/n所述卫星平台系统还包括分别与所述平台(10)、载荷(20)和测控板(30)数据连接的计算机板(40)，所述计算机板(40)配置为基于所述平台设备(10)、载荷(20)、测控板(30)中的至少一个执行操作时的冲突事件的触发以驱动至少部分数据进行共享的方式调整执行所述平台设备(10)、载荷(20)以及测控板(20)内算法的优先级。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于新型拓扑结构的卫星平台系统，至少包括接收测控板(30)的遥控指令而执行相应操作的载荷(20)以及接收所述测控板(30)发送的遥测指令采集卫星工况数据且接收所述载荷(20)和/或所述测控板(30)发送的控制指令控制卫星姿态改变的平台设备(10)，
其特征在于，
所述卫星平台系统还包括分别与所述平台(10)、载荷(20)和测控板(30)数据连接的计算机板(40)，所述计算机板(40)配置为基于所述平台设备(10)、载荷(20)、测控板(30)中的至少一个执行操作时的冲突事件的触发以驱动至少部分数据进行共享的方式调整执行所述平台设备(10)、载荷(20)以及测控板(20)内算法的优先级。


2.根据权利要求1所述的卫星平台系统，其特征在于，所述冲突事件至少包括所述计算机板(40)的计算负荷在所述平台设备(10)、载荷(20)以及所述测控板(30)内至少一个算法的执行周期内超过第一阈值的第一冲突事件以及至少一个所述载荷(20)任务周期内所述平台设备(10)分别接收的所述载荷(20)和所述测控板(30)发送的指令彼此矛盾的第二冲突事件。


3.根据权利要求1或2所述的卫星平台系统，其特征在于，所述计算机板(40)配置为基于第一时间内所述冲突事件的未触发状态而完成算法的优先级的调整，其中，
在所述计算机板(40)基于调整后算法的优先级执行所述平台设备(10)、载荷(20)以及所述测控板(30)内算法的过程中，所述计算机板(40)配置为至少基于其执行所述平台设备(10)、载荷(20)以及所述测控板(30)内算法占用资源的变化对调整后算法的优先级进行实时校正。


4.根据前述权利要求之一所述的卫星平台系统，其特征在于，所述计算机板(40)配置为至少基于所述测控板(30)发送的第一紧急指令、所述载荷(20)发送的第二紧急指令、所述平台设备(10)反馈的卫星处于紧急状态的第三紧急指令中的一个或多个指令的触发而中止实时校正算法的优先级，并执行所述第一紧急指令、第二紧急指令、第三紧急指令中的至少一个。


5.根据前述权利要求之一所述的卫星平台系统，其特征在于，在所述计算机板(40)检测所述平台设备(10)、载荷(20)、测控板(30)中的至少一个触发第一冲突事件的情况下，所述计算机板(40)配置为按照如下步骤执行所述预处理操作：
对所述计算机板(40)所并行执行的多个算法使用的数据进行分类处理以生成包括所述平台设备(10)、载荷(20)、测控板(30)中的至少两个共同使用的可共享数据；
基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑晓茹，杨峰，任维佳，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43