季毅巍++王學(xué)良++王守亮

摘 要 在當(dāng)今社會，衛(wèi)星在國防建設(shè)和人們的日常生活中已成為不可或缺的一部分。衛(wèi)星攜帶多種不同的有效載荷，可以完成多種任務(wù)。在傳統(tǒng)模式下，地面操作人員通過輸入不同的指令才使得衛(wèi)星完成相應(yīng)的任務(wù)。本文對衛(wèi)星自主裝訂模型、相關(guān)參數(shù)的調(diào)用和任務(wù)裝訂進(jìn)行了研究，提出了一種衛(wèi)星自主裝訂的方法，以使得衛(wèi)星在軌能夠自主完成相應(yīng)的任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星 自主裝訂 參數(shù)調(diào)用

在運(yùn)行過程中，衛(wèi)星會根據(jù)不同的任務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的自主裝訂。在這個(gè)控制過程中，系統(tǒng)應(yīng)用到很多相關(guān)的參數(shù)，在使用這些參數(shù)時(shí)必須對這些參數(shù)進(jìn)行初始化，以保證系統(tǒng)能夠正常地按照裝訂的指令運(yùn)行。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，星務(wù)計(jì)算機(jī)有大量的數(shù)據(jù)需要處理。在本設(shè)計(jì)中，為了降低星務(wù)計(jì)算機(jī)的工作壓力，采用模塊化的思想，將衛(wèi)星初始化的數(shù)據(jù)按照某一規(guī)則存儲下來，并制定提取這些數(shù)據(jù)的相應(yīng)推理算法。根據(jù)衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃，將這些數(shù)據(jù)通過虛擬信道傳送到衛(wèi)星的各個(gè)模塊，完成對衛(wèi)星的在軌自主裝訂。在衛(wèi)星工作的過程中，為了使星務(wù)計(jì)算機(jī)能夠有序的處理數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的來源將這些數(shù)據(jù)依次放入不同的虛擬信道里，并采用輪詢條用機(jī)制執(zhí)行各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)，這就使得星務(wù)計(jì)算機(jī)循環(huán)的處理來自不同模塊數(shù)據(jù)。

1 衛(wèi)星自主裝訂模型

衛(wèi)星自主裝訂是希望衛(wèi)星在初始化時(shí)達(dá)到的一種智能水平，能夠在輸入幾個(gè)指令的情況下，自主的在探測器模型中調(diào)用數(shù)據(jù)并發(fā)送給衛(wèi)星，完成衛(wèi)星的初始化，使得衛(wèi)星根據(jù)所輸入的關(guān)鍵詞完成相應(yīng)的任務(wù)。這種衛(wèi)星自主裝訂能夠減少對地面操作人員的工作量，并快速有效地完成衛(wèi)星的初始化裝訂。

參考NASA自主管理體系結(jié)構(gòu)并結(jié)合實(shí)際情況，采用模塊化的思想，在星務(wù)系統(tǒng)中加入自主裝訂模塊，如圖 1所示。該模塊可以根據(jù)地面的輸入指令完成對衛(wèi)星的初始化裝訂。

自主裝訂模塊分為探測器模型、通用推理機(jī)和虛擬信道三部分。

探測器模型是衛(wèi)星初始化所用到的知識庫，該模型包括初始化的任務(wù)庫和與之對應(yīng)的真實(shí)值數(shù)據(jù)庫兩部分，所有關(guān)于衛(wèi)星不同功能初始化的數(shù)據(jù)包都存放在這里。在探測器模型中，我們可以將所要用到的參數(shù)按照一定的規(guī)則存放到探測器模型中。

通用推理機(jī)具有掃描探測器模型和取出符合條件的數(shù)據(jù)包兩大功能。在執(zhí)行掃描探測器模型的工作時(shí)，推理機(jī)根據(jù)地面指令利用各種算法和推理準(zhǔn)則對探測器資源進(jìn)行搜索，并從探測器模型中調(diào)用探測器知識，對衛(wèi)星各個(gè)模塊依次進(jìn)行初始化。

虛擬信道（Virtual Channel）是一種對多數(shù)據(jù)流的信道動態(tài)管理機(jī)制，實(shí)際上是多信源以動態(tài)時(shí)分的方式虛擬獨(dú)占物理信道，從而使多數(shù)據(jù)流用同一物理信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。采用虛擬信道的好處是各虛擬信道可以獨(dú)立管理，不同的虛擬信道可具有不同的優(yōu)先級，以便為不同的類型數(shù)據(jù)提供不同等級的服務(wù)。在本設(shè)計(jì)中，虛擬信道分成 A、B兩類，由于主信道在某一時(shí)刻只能為一個(gè)虛擬信道服務(wù)，就存在虛擬信道的調(diào)度問題。合理的虛擬信道應(yīng)該能夠滿足不同傳輸要求的數(shù)據(jù)對信道的占用需求。

2 裝訂參數(shù)的推理算法

在衛(wèi)星自主裝訂的過程中，通用推理機(jī)如何將星務(wù)計(jì)算機(jī)傳送來的指令根據(jù)推理規(guī)則調(diào)出探測器模型中的參數(shù)是非常關(guān)鍵的。操作人員在地面可以根據(jù)衛(wèi)星所要執(zhí)行的任務(wù)對衛(wèi)星進(jìn)行相應(yīng)的初始化。本設(shè)計(jì)中，主要采用了輸入關(guān)鍵詞的形式對衛(wèi)星進(jìn)行自主裝訂。以汶川地震搜索任務(wù)為例，輸入的關(guān)鍵詞如表1所示。根據(jù)輸入的關(guān)鍵詞，調(diào)用對應(yīng)的指令集以獲取具體的裝訂參數(shù)，指令集如表2所示。對調(diào)用的指令集進(jìn)行參數(shù)校驗(yàn)，保證了裝訂參數(shù)的正確性。

在所輸入的關(guān)鍵詞中，系統(tǒng)將這些關(guān)鍵詞自動分為四類：任務(wù)前期的準(zhǔn)備參數(shù)、運(yùn)行軌道參數(shù)、有效載荷參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。推理機(jī)按照這四類參數(shù)在探測器模型中調(diào)出具體的參數(shù)，使得系統(tǒng)完成任務(wù)的初始化裝訂。裝訂參數(shù)的推理算法過程如圖2所示。

2.1 任務(wù)前期的準(zhǔn)備參數(shù)

根據(jù)任務(wù)規(guī)劃需求，地面操作人員輸入衛(wèi)星任務(wù)關(guān)鍵詞，通過通用推理機(jī)指令使衛(wèi)星任務(wù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的任務(wù)切換。在衛(wèi)星任務(wù)切換的過程中，所要用到的參數(shù)在探測器模型中推測出來并賦予初值，完成衛(wèi)星的初始裝訂，而用不到的參數(shù)賦予相應(yīng)的值使得所對應(yīng)的有效載荷停止工作，并為下次初始化裝訂做好準(zhǔn)備。

2.2 確定衛(wèi)星將要運(yùn)行的軌道參數(shù)

星務(wù)計(jì)算機(jī)通過通信處理單元接收到傳送來的地點(diǎn)和任務(wù)指令并經(jīng)過模擬信道A傳送到推理機(jī)中，推理機(jī)根據(jù)所接收到的地點(diǎn)和任務(wù)指令在探測器模型中推測出符合條件的運(yùn)行軌道參數(shù)。通用推理機(jī)在探測器模型中推測出所要運(yùn)行軌道參數(shù)是衛(wèi)星自主裝訂的首要任務(wù)，也是信息自主裝訂的關(guān)鍵。只有將軌道參數(shù)推理成功推理機(jī)才能接著推測出衛(wèi)星在該軌道上的星體內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和衛(wèi)星有效載荷的控制參數(shù)，以達(dá)到滿足衛(wèi)星當(dāng)前任務(wù)的載荷配置。

2.3 確定有效載荷的參數(shù)

根據(jù)衛(wèi)星所要執(zhí)行的任務(wù)，地面操作人員輸入規(guī)范的執(zhí)行任務(wù)指令給星載計(jì)算機(jī)，推理機(jī)在探測器模型中推測出衛(wèi)星有效載荷的控制參數(shù)，以達(dá)到滿足衛(wèi)星當(dāng)前任務(wù)的載荷配置。

2.4 衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的確立

在衛(wèi)星運(yùn)行的過程中，為了使有效載荷能夠正常工作，衛(wèi)星必須調(diào)整好自身的運(yùn)行狀態(tài)和姿態(tài)以確保有效載荷能執(zhí)行任務(wù)，從而推理機(jī)根據(jù)衛(wèi)星所攜帶的有效載荷推測出衛(wèi)星運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)和衛(wèi)星平臺的運(yùn)行狀態(tài)控制等。

3 任務(wù)裝訂

在相關(guān)參數(shù)推測出來以后，系統(tǒng)將這些參數(shù)初始化并送到相應(yīng)的模塊。裝訂過程分為以下四個(gè)階段：

3.1 衛(wèi)星變軌及姿態(tài)控制與調(diào)整

根據(jù)輸入的目標(biāo)地點(diǎn)，調(diào)取數(shù)據(jù)庫中的位置坐標(biāo)，進(jìn)一步調(diào)取任務(wù)庫中與衛(wèi)星移動相關(guān)的一系列子任務(wù)，來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星移動至目標(biāo)地點(diǎn)，并進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)控制，以滿足衛(wèi)星任務(wù)對姿態(tài)的需求。

3.2 信息獲取

根據(jù)任務(wù)需求，從任務(wù)庫中調(diào)取該任務(wù)分解的子任務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息獲取的相關(guān)任務(wù)。

3.3 信息融合

對獲取的信息進(jìn)行分析，得到所需要的信息內(nèi)容。不同的任務(wù)內(nèi)容需要不同的信息融合算法。

3.4 輔助決策

系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)信息等相關(guān)因素，給出一個(gè)或多個(gè)解決辦法。

這四個(gè)階段的具體流程如圖3所示，衛(wèi)星接收到所發(fā)送的指令后，進(jìn)入衛(wèi)星變軌姿態(tài)控制及調(diào)整、獲取信息、信息融合和輔助決策這四個(gè)階段任務(wù)的執(zhí)行。在沒有地面參與的情況下，獲取信息、信息融合和輔助決策這三個(gè)階段任務(wù)一直循環(huán)執(zhí)行，而當(dāng)?shù)孛媾c衛(wèi)星進(jìn)行信息交互就會中斷循環(huán)，進(jìn)行信息交互。交互結(jié)束，循環(huán)再次啟動，直至完成衛(wèi)星的任務(wù)裝訂。

4 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)是完成對衛(wèi)星的任務(wù)規(guī)劃自主裝訂。在對衛(wèi)星進(jìn)行初始化前，將衛(wèi)星的初始化數(shù)據(jù)和相關(guān)的推理規(guī)則存放衛(wèi)星的初始化模塊里，以備在衛(wèi)星初始化裝訂時(shí)使用。確定衛(wèi)星所要執(zhí)行的任務(wù)以后，星務(wù)計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令可將所需的數(shù)據(jù)在探測器模型中推理出來，并且通過虛擬信道將所要用到的數(shù)據(jù)在虛擬信道里輸送到衛(wèi)星的各個(gè)模塊。其優(yōu)點(diǎn)：

（1）操作人員可以根據(jù)特定的輸入任務(wù)進(jìn)行衛(wèi)星自主裝訂，裝訂速度快，效率高。

（2）數(shù)據(jù)庫中集成不同功能衛(wèi)星初始化所用到的數(shù)據(jù)，確定完衛(wèi)星所要執(zhí)行的任務(wù)以后，衛(wèi)星可以自主調(diào)用數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃的衛(wèi)星狀態(tài)初始化。

（3）通過地面操作人員少量關(guān)鍵詞的輸入對衛(wèi)星進(jìn)行初始化，減少了在衛(wèi)星信息裝訂過程中人為誤操作，提高了衛(wèi)星系統(tǒng)初始化的準(zhǔn)確性和可靠性。

（4）減少地面操作人員的工作量，并可以有效的降低衛(wèi)星運(yùn)行成本。

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作者單位

上海微小衛(wèi)星工程中心 上海市 201210