基于星务管理系统的小卫星自主健康管理系统_李晴
高分三号卫星自主健康管理系统设计与实现
பைடு நூலகம்
) 高分三号 ( 卫星自主 健 康 管 理 系 统 架 构 , 设计可重配置的遥测在轨实时监测与量化管理系 G F Ｇ ３ 统, 实现了标准化遥测监视表设计 ㊁ 可量化故障事件包设计 ㊁ 可量化统计事件包设计 ㊁ 故障和统计事 件包自主生成条件 ㊁ 曲线比对功能等共性关 键 技 术 .G 卫星能够在非 F Ｇ ３ 卫 星 在 轨 运 行 结 果 表 明: 地面干预的情况下自主对整星健 康 状 态 进 行 实 时 监 测 , 并 在 故 障 发 生 时 实 施 自 主 诊 断㊁ 隔离和恢 复, 最大限度地保证卫星安全 , 有效提高卫星在轨自主运行的可靠性 . 关键词 ㊀ 高分三号卫星 ; 自主健康管理 ; 故障诊断 ; 实时监视 ; 量化管理 ; 遥测监视表 : / 中图分类号 : V ４ ７ ４． ２㊀㊀ 文献标志码 : A㊀㊀D O I １ ０ ������ ３ ９ ６ ９ ������ i s s n ������ １ ６ ７ ３ Ｇ ８ ７ ４ ８ ������ ２ ０ １ ７ ������ ０ ６ ������ ０ ０ ７ j
, e t a n dc u r v ec o m a r i s o nf u n c t i o n． T h er e s u l t so fG F Ｇ ３s a t e l l i t eo n Ｇ o r b i to e r a t i o ns h o wt h a t p p , , t h es a t e l l i t e t e l e m e t r a t aa r em o n i t o r e d i nr e a l Ｇ t i m e a n dt h e f a u l td e t e c t i o n i s o l a t i o na n dr e Ｇ yd r e l i a b i l i t f s a c e c r a f t a u t o n o m ． yo p y : ; ; ; K e o r d s G F Ｇ ３s a t e l l i t e a u t o n o m o u sh e a l t hm a n a e m e n t f a u l td i a n o s i s r e a l Ｇ t i m em o n i t o Ｇ g g yw ; ; r i n u a n t i t a t i v em a n a e m e n t t e l e m e t r o n i t o r i n a b l e g q g ym gt 轨运行的高可靠性 ㊁ 高自主性 , 已成为当前航天领域
小卫星姿控与星务管理的一体化设计
⼩卫星姿控与星务管理的⼀体化设计 第 2 期 CHINESESPACE SCIENCE AND TECHN OLOGY ⼩卫星姿控与星务管理的⼀体化设计廖明宏 耿云海 吴翔虎 程光明(哈尔滨⼯业⼤学,哈尔滨150001)摘要 介绍⼀种将姿控系统和星务管理系统融为⼀体的设计思想,它节约了星载机资源,提⾼了系统信息处理的实时性,很好地体现了⼩卫星的质量轻、体积⼩、成本低的优势。
对姿控系统的硬件组成、卫星的飞⾏模式和控制策略、星务管理软件的体系结构和总体设计思想、姿控软件和星务管理软件的接⼝设计等内容做了重点讨论。
主题词 姿态控制 星务管理 ⼩型卫星 ⼀体化设计1 引⾔⽬前,⼩卫星的概念没有统⼀的定义,但普遍认为质量⼩于500kg 的卫星称为⼩卫星[1]。
⼩卫星技术的发展⾮常迅速,⼤致可分为三个阶段:探索研究阶段、发展阶段和推⼴应⽤阶段。
⽬前的发展⽔平正处在第⼆阶段,即通过第⼀阶段探索研究和飞⾏实践结果,证实⼩卫星的确可以达到质量轻、体积⼩、成本低、周期短、性能⾼的要求。
为体现⼩卫星五⼤特点,⼈们引⼊了许多新的设计思想和技术,如⼀体化设计思想和集成公⽤模块技术,等等[2]。
充分开发软件功能,尽量减少硬件设备是减轻⼩卫星质量、降低成本、提⾼系统性能的重要⼿段。
姿控分系统和星务管理分系统(或称为数管分系统)是⼩卫星系统两个重要的组成部分。
在传统的卫星设计中,这两个分系统是独⽴设计的,即各⾃拥有⾃⼰的星载计算机和相应的软件系统。
为提⾼系统的可靠性,两个分系统都有⾃⼰的备份计算机。
这种设计⽅案⼀⽅⾯浪费星载机资源;另⼀⽅⾯增加星载机之间的数据传输量,降低遥测遥控的实时性。
本⽂以正在研制的⼩卫星——探索⼀号⼩卫星(TS-1)为例,介绍⼀种融姿控系统和星务管理系统为⼀体的设计思想,并重点讨论姿控软件和星务管理软件的⼀体化设计。
探索⼀号⼩卫星是⼀种⽴体测绘科学试验卫星,主要⽤于对地照相,形成电⼦地图。
在设计中集中体现了“⼀体化”的研制思想:融合了微电⼦、新材料、新⼯艺等⾼新技术成果;采⽤了以星载计算机⽹络为核⼼的电⼦系统集成技术;姿控软件与星务管理软件的⼀体化设计技术。
导航卫星载荷自主健康管理研究
（１．ＳｈａｎｇｈａｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒｆｏｒＭｉｃｒｏｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０３，Ｃｈｉｎａ； ２．ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＡｃａｄｅｍｙｆｏｒＭｉｃｒｏｓａｔｌｌｉｔｅｓ ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０３，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｔｅｌｅｍｅｔｒｙｈａｓｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈａｓｌａｔｅｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｉｍｅ， ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｌｏｎｇｆａｕｌｔｒｅｃｏｖｅｒｙｔｉｍｅ．Ｉｔｉｓｎｏｔｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙｏｆｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｐｏ ｓｉｔｉｏｎｉｎｇ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔ ｅｌｌｉｔｅｌｏａｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｌｅｖｅｌｂｙｌｅｖｅｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｒａｐｉｄｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｃｏｍｐａｒｉ ｓｏｎｉｓｕｓｅｄｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｆａｌｓｅａｌａｒｍｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｆａｕｌｔｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｕｎｉｔ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅ；ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｈｅａｌｔｈ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｆａｕｌｔｒｅｃｏｖｅｒｙ
小卫星航天技术中的星务系统设计与优化
小卫星航天技术中的星务系统设计与优化随着科技的快速发展和航天技术的不断突破，小卫星航天技术应运而生。
与大型卫星相比，小卫星具有成本低、开发周期短、数量灵活等优势，因此在近年来广受关注。
然而，小卫星航天技术中的星务系统设计与优化是保证其正常运行和发挥最大效能的关键。
首先，了解什么是星务系统。
星务系统是指卫星上的一系列关键系统和工程设备的集合，主要负责对接地面站、控制卫星的姿态、任务规划、数据处理与传输等功能。
星务系统的设计与优化主要包括以下几个方面。
首先，设计合理的星务系统架构。
合理的架构可以提高卫星系统的可靠性和稳定性。
一个典型的星务系统包括星务控制系统、遥测遥控系统、姿态控制系统、能源控制系统、数据处理系统等多个子系统。
每个子系统任务不同，但又相互协作，需要根据任务需求和技术要求进行合理划分。
其次，优化星务系统的通信网络。
星务系统内部通信网络主要包括星间通信和星地通信两部分。
星间通信指的是卫星之间的通信，星地通信指的是卫星和地面站之间的通信。
优化通信网络可以提高星务系统的信息传输效率和可靠性。
例如，可以通过设计合理的通信协议、选择适当的通信频段和调制方式等，减少通信误码率，提高通信质量。
另外，考虑星务系统的自主性和智能化。
小卫星可靠地执行任务的关键在于系统的自主性和智能化程度。
星务系统应具备自主诊断、故障恢复、自主任务规划等功能，以实现对于异常情况的快速响应和有效处理。
可以借鉴人工智能和机器学习等技术，提高系统的自主性和智能化水平，从而提高系统的可靠性和效能。
此外，星务系统的能源管理也是设计与优化的重要方面。
星务系统需要一定的能源供应来维持正常运行。
传统的能源供应方式主要是依靠太阳能电池板和电池组。
在设计星务系统时，需要考虑到卫星对能源的需求以及能源供应的可靠性和稳定性。
可以通过优化能源管理算法和增加能源储备等措施，最大限度地提供卫星所需的能源，并确保系统的可靠工作。
最后，星务系统的软件设计也至关重要。
微小卫星临近操作仅测距初始相对定轨解析方法
摘 要 ：针 对仅有相对距离测量信 息的近 圆轨道航 天器 近程交会 问题 ，首次提 出一种基 于传感器 偏离航 天器 质心安装杆 臂效应的解析初始相 对定轨算法 ，解决 了仅测距定轨存在镜像 解的模糊 性 问题 。首先给 出了仅测 距定 轨模糊 性的数学解释 ，然后基于 Ｃｌｏｈｅｓｓｙ—Ｗｉｈｓｈｉｒｅ动力 学模 型和传感 器偏心安装 的杆 臂效应推 导 了仅 测距信 息情 况下 的初始相对轨道解析解 ，并给 出系统 能够去模糊 的传感器安 装条件 。最后通过 无误差仿 真验证 了所提算 法 的 有 效性 ，通过误 差情况下 的 Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ仿真 分析了算法 的定 轨性能 。仿 真结果 表明所 提算法有 效 ，在 满足 传感器 偏心安装条件下能 够实现较为精确 的初始 相对定轨 。
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｔｏ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｒｒｏｒ ｏｒｂｉｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ—ｏｎｌｙ ｉｎｉｔｉａｌ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍ ｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ｎｅａｒ—ｃｉｒｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ ｔａｒｇｅｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｘｉｍ ｉｔｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ， ａ ｎｏｖｅｌ ａｎａｌｙｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ ｏｆｓｅｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｈａｓｅｒ’Ｓ ｃｅｎｔｅｒ—ｏｆ－ｍａｓｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｂｉｇｕｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ—ｏｎｌｙ ｉｎｉｔｉａｌ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｏｒｂｉｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ—ｏｎｌｙ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｌｏｈｅｓｓｙ—－Ｗ ｉｈｓｈｉｒｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｏｆｆｓｅｔ ｆ ｒｏｍ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ－－ｏｆ－ｍａｓｓ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｂｓｅｒｖａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ Ｍ ｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｏｎｅ ｔｏ ｄｅｍ ｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ．
嵌入式系统和小卫星星务管理系统
ｓｙｓ—
Ｐｒｏｇｒ砌ｍｉｎｇ，１９９８
Ｂｕｙｅｒ’ｓ Ｇｕｉｄｅ
Ｉｓｓｕｅ’’杂志
（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｍｂｅｄｄｅｄ．ｃｏｍ）。 １）高级语言编译器（Ｃｏｍｐｉｌｅｒ Ｔｏｏｌｓ） 高级语言的引入，使得嵌入式系统与个人 计算机、小型机等在开发上的差别正在逐渐消 除。软件工程中的很多经验、方法乃至库函数 都可以移植到嵌入式系统中来。在嵌入式开发 中采用高级语言，还使得硬件开发和软件开发 可以分工，从事嵌入式软件开发的不再需要精 通系统硬件和相应用汇编语言指令集。 ｃ语言作为一种通用的高级语言，大幅度 提高了嵌入式系统工程师的工作效率，使之能 够充分发挥出嵌入式处理器日益提高的性能， 缩短产品进入市场的时间。另外，ｃ语言便于 移植和修改，使产品的升级和继承更迅速。更 重要的是，用ｃ语言编写的程序易于在不同的 开发者之间进行交流，这样可以促进嵌入式系 统开发的产业化。 区别于一般计算机中的ｃ语言编译器，嵌 入式系统中的ｃ语言编译器要专门进行优化， 以提高编译效率。优秀的嵌入式系统ｃ编译器
＋１９９９级硕士研究生
小卫星星务管理任务是由星载计算机系统 完成的。星载计算机是一种典型的嵌入式系统， 是嵌入式系统在航天领域的应用实例。星载计 算机往往采用嵌入式处理器构筑其硬件平台， 而相应的星务管理软件则也具有明显的嵌入式 软件特征。星务管理软件部分包括系统软件和 用户应用程序。系统软件为嵌入式实时操作系 多琶（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ
万 方数据
第１１期
பைடு நூலகம்
《红外》月刊
９
系统的应用软件生命周期也和嵌入式产品一样 长。另外，各个行业的应用系统和产品，和通用 计算机软件不同，很少发生突然性的跳跃，嵌 入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技 术衔接性，发展比较稳定。嵌入式处理器的发 展也体现出稳定性，一个体系一般要存在８～ １０年的时间。一个体系结构及其相关的片上外 设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品是一套 复杂的知识系统。 从某种意义上来说，通用计算机行业的技 术是垄断的。嵌入式系统则不同，它是一个分 散的工业，充满了竞争、机遇与创新，没有哪 一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市 场。即便在体系结构上存在着主流，但各不相 同的应用领域决定了不可能出现由少数公司、 少数产品垄断全部市场的情况。因此嵌入式系 统领域的产品和技术，必然是高度分散的，留 给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地 很大。 ２．４嵌人式系统的设计要求 嵌入式计算机系统的设计不同于桌面计算 机系统的设计，这是因为：嵌入式系统非常受 限于功能和具体的应用环境，如对外部事件必 须保证在规定时间内进行响应，有体积、重量 的限制，功率预算、散热必须符合环境要求， 需要令人满意的安全性、可靠性，系统本身的 成本需求等。下面是设计嵌入式系统时需要重 点考虑的几个因素： １）实时性好 由于嵌入式系统面向特定的用户，有的不 仅要求得到正确的结果，而且对得到结果的时 间延迟也有明确的限制，如“飞机飞行控制系 统”是实时性要求很强的系统，一个延期的计算 就可能会使乘客和机组人员的生命受到威胁； 而对于一个路由器，危害也许可以限制在一个 损坏的数据包。因此，设计时必须充分考虑到 系统的实时性要求。 ２）可靠性高 嵌入式系统是被嵌入到其它设备上用于完 成某些特定任务或功能的，严重的人为误操作、
中国民航空中导航系统及设施综述和展望
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－３１０６．２０２４．０５．０１５引用格式：李清栋，叶家全，魏童．中国民航空中导航系统及设施综述和展望［Ｊ］．无线电工程，２０２４，５４（５）：１１８３－１１９６．［ＬＩＱｉｎｇｄｏｎｇ，ＹＥＪｉａｑｕａｎ，ＷＥＩＴｏｎｇ．ＯｖｅｒｖｉｅｗａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＡｉｒＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍａｎｄＦａｃｉｌｉｔｉｅｓｉｎＣｉｖｉｌＡｖｉａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＲａｄｉｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２４，５４（５）：１１８３－１１９６．］中国民航空中导航系统及设施综述和展望李清栋１，２，叶家全１，２，魏 童３（１．中国民用航空总局第二研究所，四川成都６１００４１；２．民航科技创新示范区，四川成都６４１４００；３．中国民用航空西南地区空中交通管理局，四川成都６１０２２５）摘 要：空中导航系统是为民用航空器提供飞行引导的必要设备，是民航空管体系的重要组成部分。
结合中国民航的运用实际，对空中导航系统及设施的发展及应用现状进行了系统梳理、研究和总结。
结合航空器运行全过程的空中导航需求，对国内陆基导航和星基导航在民用航空领域的历史沿革、运用现状、行业分工以及当前陆基导航和星基导航领域的科研需求和研究现状进行了分析。
结合北斗卫星导航系统在民用航空空中导航领域的应用，对国内空中导航技术的运用趋势和导航设施的更新策略进行了预测与展望。
关键词：民用航空；航空器运行；空中导航；陆基导航；星基导航中图分类号：ＴＮ９６５；Ｖ３５１．３７文献标志码：Ａ开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１００３－３１０６（２０２４）０５－１１８３－１４ＯｖｅｒｖｉｅｗａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＡｉｒＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍａｎｄＦａｃｉｌｉｔｉｅｓｉｎＣｉｖｉｌＡｖｉａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａＬＩＱｉｎｇｄｏｎｇ１，２，ＹＥＪｉａｑｕａｎ１，２，ＷＥＩＴｏｎｇ３（１．ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＡＡＣ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｉｖｉｌＡｖｉａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎＺｏｎｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６４１４００，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＡｉｒＴｒａｆｆｉｃＭａｎａｇｅｍｅｎｔＢｕｒｅａｕｏｆＣＡＡＣ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０２２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｏｐｒｏｖｉｄｅｆｌｉｇｈｔｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｃｉｖｉｌａｉｒｃｒａｆｔａｎｄｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｃｉｖｉｌａｖｉａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ．ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｉｖｉｌａｖｉａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆａｉｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｆａｃｉｌｉｔｉｅｓａｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｏｒｔｅｄｏｕｔ，ｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｉｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｉｒｃｒａｆｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｄｉｖｉｓｉｏｎｏｆｌａｂｏｒ，ｃｕｒｒｅｎｔｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｎｅｅｄｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｌａｎｄ ｂａｓｅｄａｎｄｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｂａｓｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｃｉｖｉｌａｖｉａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢｅｉｄｏｕｓａｔｅｌｌｉｔｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｃｉｖｉｌａｖｉａｔｉｏｎａｉｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｒｅｎｄｏｆａｉｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｕｐｄａｔｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｎａｖｉｇａｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｏｆＣｈｉｎａａｒｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌａｖｉａｔｉｏｎ；ａｉｒｃｒａｆｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ａｉｒｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；ｌａｎｄ ｂａｓｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｂａｓｅｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎ收稿日期：２０２３－０８－２０基金项目：国家重点研发计划（２０１７ＹＦＢ０５０３４０２）；中国民用航空局安全能力项目（ＡＡＤＳＡ２０１Ｓ０１３Ｓ）ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＩｔｅｍｓ：ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＲ＆ＤＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（２０１７ＹＦＢ０５０３４０２）；ＣｉｖｉｌＡｖｉａｔｉｏｎＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａＳａｆｅｔｙＣａｐａｂｉｌｉｔｙＰｒｏｊｅｃｔ（ＡＡＤＳＡ２０１Ｓ０１３Ｓ）０ 引言空中导航是利用机载导航设备接收和处理导航信息，确定航空器位置、航向和飞行时间，引导航空器沿预定航线从地球表面上的一点出发，准确、准时地飞往地球表面上另外一点的过程。
一种基于MBSE的小卫星测控分系统建模设计方法
MBSE随着航天技术的发展，小卫星已成为当前领域的热门研究方向。
而对小卫星进行测控是实现其稳定运行的重要保障，因此小卫星测控分系统建模设计方法的研究变得尤为重要。
本文将介绍一种基于MBSE 的小卫星测控分系统的建模设计方法。
一、MBSE 简介MBSE，即Model-Based Systems Engineering，指的是基于模型的系统工程方法。
该方法是个系统化的、基于模型的、集成的过程，用于在系统开发的整个生命周期中管理各种需求、设计、测试及文档等活动。
MBSE 的核心理念是“一切皆模型”(everything is a model)，即在系统工程中，各种活动都可以交由模型来代表和管理。
二、小卫星测控分系统的建模1.需求分析在进行任何产品或系统的开发过程中，需求分析都是十分重要的一步。
小卫星测控分系统中，需求分析要考虑到各种控制台、通信、数据处理和信道控制等各方面的需求，以保证卫星的稳定运行。
这一阶段可以利用MBSE 中的系统工程工具，采用模型的形式对需求进行梳理与管理。
2.系统设计系统设计阶段是建立模型的关键之一，该阶段要考虑到各种软硬件和系统架构等因素。
利用MBSE 方法，可以将设计过程分解为一系列子模型，并对这些子模型进行自动化的集成和验证。
3.模型开发在建模的过程中，具体的物理组件和软件组件可以分别对应为建模中的属性和方法。
小卫星测控分系统的模型开发需要考虑到系统过程的多样化、可追溯性、层次结构和可修改性等特征，并对模型进行适当的验证。
4.模型管理小卫星测控分系统的模型开发比较复杂，需要进行动态管理。
MBSE 方法可以将系统工程的各个数据明确地存储在模型中，并利用模型解释并管理设计决策过程。
模型可以用于分析、设计和验证，从而最大限度地降低开发风险，确保模型的正确性和完整性。
三、小卫星测控分系统的建模案例分析基于MBSE 的小卫星测控分系统的建模方法为实现小卫星测控分系统建模提供了新的思路与方法。
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航天器环境工程第29卷第5期574 SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 2012年10月基于星务管理系统的小卫星自主健康管理系统李 晴，孙国江，李孝同（航天东方红卫星有限公司，北京 100094）摘要：为了适应小卫星电子信息系统的快速发展，使卫星能够自行规划工作流程，实现在轨自主管理，需要构建合理有效的小卫星自主健康管理系统。
文章以星务管理系统为基础，针对目前健康管理中存在的问题，构建了一套小卫星自主健康管理系统。
它包括整星级、系统级和部件级3个层面。
设计了自主健康管理执行模块构成整星级层面，其中包括自主健康管理规则库和自主健康管理任务执行模块。
文章提出的小卫星自主健康管理系统，可以提高小卫星自主诊断、自主运行能力，最终实现小卫星长寿命、安全可靠运行。
关键词：自主健康管理系统；执行模块；管理规则库；管理执行任务中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1673-1379(2012)05-0574-05DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2012.05.0200 引言国外从20世纪70年代起，故障诊断、故障预测、健康管理等系统逐渐投入工程应用，A-7E飞机的发动机监控系统（EMS）就是故障预测与健康管理（PHM）应用的早期典型案例[1]。
近年来，美国NASA为了提高飞行器的安全性、可靠性，提出了飞行器综合健康管理的飞行安全计划，包括故障监测、故障诊断、影响评估、故障预测等功能。
然而到目前为止，国外还没有一个具备完整健康管理功能的综合健康管理系统投入工程应用[2]。
目前，我国卫星自主健康管理方面的研究仍处于初级阶段，管理系统构建所涉及的相关技术有待攻关突破。
北京航空航天大学可靠性工程研究所初步地开展了PHM系统的相关研究[3]；近年来，根据航天器的结构特点和功能的层次性，提出了航天器分布式的故障诊断专家系统[4]，但还是以地面诊断为主。
现阶段，我国卫星在轨健康管理主要依靠地面测控站，并通过人工判读大量遥测信息以获取卫星运行状态进行管理。
这种健康管理方法只能在有限的测控弧段内采用上注遥控指令的方式对卫星进行状态调整和控制，针对卫星遥测量大、参数类型多、变化复杂的特点，无法满足监测处理的时效性要求；另外，上行、下行链路也会极大地限制健康管理工作的时效性，而且可能出现空间链路不安全、人为操作失误等问题。
针对上述存在的问题以及在轨健康管理的新需求，本文开展了小卫星自主健康管理系统的初步应用研究，在星务管理系统的基础上，将已有的大量人工管理方法和策略通过代码化过程转换为星载专家系统，变成卫星自身的知识库，来实现卫星的自主诊断和自主控制。
1 小卫星自主健康管理系统1.1 系统构建的基本思路星务管理系统采用了嵌入式技术和现场总线技术，构建了以星务管理主机为控制和调度中心、以面向控制对象的各分系统计算机为执行单元的网络分布式系统，实现了对各分系统健康状态的管理、对卫星进行综合信息处理的功能[5]。
因此，以星务管理系统为基础的小卫星自主健康管理系统分为整星级、系统级和部件级3个层面来完成。
————————————收稿日期：2012-04-16；修回日期：2012-04-27基金项目：国家863项目“即插即用模块化卫星技术研究”作者简介：李晴（1978—），女，硕士研究生，从事小卫星星务系统设计工作。
联系电话：（010）68746824-130。
第5期李晴等：基于星务管理系统的小卫星自主健康管理系统575小卫星自主健康管理系统基本框架如图1 所示。
图1 小卫星自主健康管理系统基本构架Fig. 1 Framework of autonomous health management system for small satellites1）整星级自主健康管理负责完成整星电子系统的故障诊断和健康评估及任务处理，通过对各分系统输入的初步诊断结论进行全局决策和统一调度来完成，重点放在整星级故障诊断和综合评估及恢复处理功能上。
2）系统级自主健康管理负责对各分系统的检测、诊断与评估，建成相对独立的分系统级诊断评估模块。
3）部件级自主健康管理主要针对部件、设备、模块设置传感器或状态采集点，对采集到的数据进行传输和处理，作为高一级健康管理系统的基本输入数据。
3个层面的信息交换通过卫星总线网络进行传输，最终由整星级健康管理层做全局决策。
1.2 整星级自主健康管理层单元及功能1.2.1 整星级自主健康管理层构成小卫星自主健康管理系统由整星级自主健康管理层、系统级健康管理层和部件级管理层组成。
本文重点介绍整星级自主健康管理层，其他两部分将在今后的研究中进行报道。
小卫星整星级自主健康管理层主要由自主健康管理执行模块、自主健康管理规则库和自主健康管理的任务执行各模块组成，如图2所示，图中虚线部分为其他健康管理层。
图2 小卫星整星级自主健康管理层构成Fig. 2 The structure of the autonomous health management system for small satellites1.2.2 各模块功能1）自主健康管理执行模块在星务管理主机上内嵌自主健康管理执行模块，并与其他管理层相连。
自主健康管理执行模块作为健康管理的控制中心，一方面负责对卫星各分系统数据的采集、实现对各分系统的控制；另一方面控制运行自主健康管理执行任务，并从自主健康管理规则库中调用管理规则，对卫星健康状态进行实时监测和综合判断，根据判断结果控制自主健康管理的任务执行方式来完成卫星的自主健康管理。
2）自主健康管理规则库自主健康管理规则库是卫星自主健康管理的依据，负责引导执行模块完成对卫星的自主健康管理。
它的建立过程就是将以往人工健康管理手段和管理策略通过代码化过程转化为星载专家系统的过程。
其中的规则可以被总结为“IF THEN”形式的逻辑推理，作为固化到程序中的核心逻辑，在每次管理任务执行时被调用。
3）管理任务执行模块执行自主健康管理任务主要包括自主安全保护任务、相对程控任务、状态采集与传输任务和在轨重构任务4个部分。
①自主安全保护任务模块。
以卫星重要参数信息作为输入条件，根据调用的自主健康管理规则进行推理，从自身的故障处理数据库中调出故障处理方法进行故障处理。
其中重要参数信息可由状态576 航天器环境工程第29卷采集与传输任务模块给出，故障处理方法由相对程控任务模块负责执行。
②相对程控任务模块。
主要针对有效载荷任务进行自主规划执行的功能模块，根据有效载荷任务启动标志自动运行有效载荷，除完成有效载荷任务外还可作为其他任务模块进行故障处理和健康管理的执行手段，可通过星上时刻或某一事件等自动激活执行。
③状态采集与传输任务模块。
它是自主健康管理系统获得卫星健康信息的重要手段，同时具有可控遥测传输功能，通过调用管理规则并根据卫星健康状态自行调整下传遥测信息。
④在轨重构任务模块。
通过调用管理规则自主判断执行时机，对于硬件重构可自行发送重构指令；对于软件重构可自行激活附加任务模块运行，并通过与星务管理主机软件事先约定的软件操作接口，实现对星务管理主机功能和任务的添加与完善。
1.3 整星级自主健康管理层的软件实现1.3.1 整星级自主健康管理层的软件构架整星级自主健康管理层的实现软件可分为系统软件和应用软件两部分，其中系统软件采用了实时多任务操作系统和中断服务程序，而实时多任务操作系统又具有及时、合理地安排和调度各种软硬件资源的功能，可用于对各任务模块的调度、控制和管理。
整星级自主健康管理层的软件构成如图3所示。
图3 整星级自主健康管理层的软件构成Fig. 3 Software structure of autonomous health management system 1.3.2 软件测试星务管理主机在性能上满足软件测试要求，对机时占用率情况如下：1）最大CAN总线占用率约15%；2）SRAM内存余量约64.2%；3）1s内软件各任务（除内存刷新任务外）全部激活，且满负荷时软件最大运行时间为586ms，与1s的周期相比，机时余量为41.4%。
上述数据表明：目前星务管理主机软件在性能上有充足的余量，在顺利完成现有软件各种功能的同时，能够实现对整星级自主健康管理层软件及功能的扩充。
2 任务实现流程针对自主健康管理任务执行中的4个模块进行了详细设计，任务实现流程如下。
1）自主安全保护任务故障处理数据库作为健康管理的依据，包括故障模式数据库和故障处理方法库两部分。
故障模式数据库包含卫星各关键系统的故障模式判据，故障处理方法库包括故障模式下需要执行的指令模块，以地址指针将故障模式数据库与故障处理方法库进行关联。
以蓄电池组充放电故障模式为例，进行某项故障诊断的步骤如下：第一步，从星上网CAN总线获取蓄电池充电电压数据V charge；第二步，从故障模式数据库调出故障判断法则，即电池充电电压上限值V chargeup，If V charge＜V chargeup Then （跳入下一项故障诊断），Else （转入故障处理方法库）；第三步，从故障处理方法库调出蓄电池过充处理指令串，送星务系统激活事件程控或相对程控执行；第四步，跳入下一项故障诊断。
故障处理过程如图4所示。
图4 故障处理流程Fig. 4 Procedures of fault treatment自主安全保护任务的实现可以提高卫星的自主诊断和处理能力，故障模式数据库的实现有助于第5期李晴等：基于星务管理系统的小卫星自主健康管理系统577丰富卫星的自主健康管理策略。
2）相对程控任务由若干相对时间程控指令构成，并以分组的形式对相对时间程控指令进行设计，每一组指令对应于一种卫星工作模式，提前写入健康管理模块的相对程控缓存区。
同时，每一组相对时间程控指令可以根据需要自由分成两段，每段指令条数不限。
针对每一组相对时间程控指令，通过一条程控指令（时间激活、事件激活）在不同的时间可执行多次，而不必重复地上注程控数据。
该程控指令规定了要启动的相对时间程控指令组号和该组指令内第一段指令执行结束到第二段指令开始执行的时间间隔Δt。
相对程控任务中可以编制各种不同功能的相对时间程控指令组，通过星上时刻、异常事件、有效载荷任务等自行激活，完成如卫星自主校时、自主故障处理、有效载荷任务的自动执行等各种不同功能，实现对卫星运行流程的控制。
相对时间程控指令处理功能的层次如图5所示。
图5 相对时间程控指令处理功能层次Fig. 5 Levels of relative time program control command processing function相对程控任务使本来需要多次上注的大量数据可以提前存储，并且可以多次重复使用，解决了卫星在轨操作过程过于复杂的问题，减少了人为操作失误和空间链路问题带来的不安全因素。