基于客户端的卫星测控站的站控系统及方法与流程

本发明涉及伺服运动控制与人工智能交叉，尤其涉及一种基于客户端的卫星测控站的站控系统及方法。

背景技术：

1、卫星测控站是对在轨卫星进行跟踪、测量、遥测遥控和数据传输的关键基础设施。

2、传统卫星测控站主要采用基于伺服电机的机械运动形式，其站控系统普遍采用“工业服务器+plc控制器+复杂上位机软件”的架构，系统硬件主要由pc/笔记本、mcu伺服控制器和伺服驱动器的三重架构组成。这种架构存在以下问题：硬件成本高昂，一套专业站控系统的硬件成本通常在20万元以上，难以普及到教育科研和业余应用领域；部署周期长，整套系统需专业人员进行安装调试和系统集成，部署周期多数长达1-3个月；操作复杂度高，传统伺服系统需要操作人员理解运动学参数，通过专业hmi界面手动输入数值指令，无法通过自然语言进行交互，操作人员需经长期专业培训才能掌握；便携性差，系统由上位机、天控器等多个大型设备组成，无法快速移动和部署，难以满足应急测控需求；系统冗余度大，对于确定轨迹的卫星跟踪测控这类慢动态应用场景，伺服控制器的实时计算能力远超实际需求，造成算力浪费。

3、因此，如何降低测控站硬件成本与部署复杂度，简化操作流程，提升系统便携性与场景适配能力，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于客户端的卫星测控站的站控系统及方法，用以实现全链路的实时化、智能化与轻量化交互。

2、一方面，本发明提供基于客户端的卫星测控站的站控系统，其包括：

3、客户端设备和天线端执行设备，所述客户端设备与所述天线端执行设备之间通过无线网络建立双向通信连接；所述客户端设备集成有自然语言交互模块、语义理解模块、轨道推算模块、轨迹生成模块和状态反馈模块；

4、所述天线端执行设备包括伺服驱动器、电机和传感器；

5、所述自然语言交互模块用于接收用户输入的自然语言指令；

6、所述语义理解模块用于解析所述自然语言指令，获得语义意图；

7、所述轨道推算模块用于根据所述语义意图计算天线指向角度；

8、所述轨迹生成模块用于根据所述指向角度生成包含位置指令的控制数据；

9、所述无线网络用于将所述控制数据实时发送给所述天线端执行设备；

10、所述伺服驱动器用于接收所述控制数据后直接驱动所述电机转动，实现无控制器的直驱式控制；

11、所述无线网络还用于将所述天线端执行设备反馈的状态信息发送给所述客户端设备；

12、所述状态反馈模块用于根据所述状态信息进行监控和告警。

13、另一方面，本发明还提供一种基于客户端的卫星测控站的站控方法，用于上述所述的基于客户端的卫星测控站的站控系统，其包括：

14、通过自然语言交互模块接收用户输入的自然语言指令；

15、通过语义理解模块解析所述自然语言指令，获得语义意图；

16、通过轨道推算模块根据所述语义意图调用客户端设备本地缓存的轨道根数，计算天线指向角度；

17、通过轨迹生成模块根据所述天线指向角度生成包含位置指令的控制数据；

18、通过无线网络将所述控制数据实时发送给天线端执行设备，所述天线端执行设备仅保留伺服驱动器、电机和传感器，省略独立的控制器；

19、通过所述伺服驱动器接收所述控制数据后直接驱动所述电机转动，实现无控制器的直驱式控制；

20、通过所述无线网络接收所述天线端执行设备反馈的状态信息，并通过状态反馈模块根据所述状态信息进行监控和告警。

21、本发明提供的基于客户端的卫星测控站的站控系统及方法，通过将自然语言交互、语义理解、轨道推算、轨迹生成与状态反馈等核心计算功能集成于客户端设备，以无线网络搭建客户端设备与天线端执行设备的双向通信链路，省略天线端的独立控制器硬件，由客户端设备生成的控制数据经无线网络直接下发至伺服驱动器，驱动电机完成天线指向运动，同时依托状态反馈机制实现设备运行状态的实时监控与异常告警。本方案将全部核心控制计算前移至客户端设备，实现了无控制器的直驱式伺服控制，有效降低了测控站硬件成本与部署复杂度，简化了操作流程，提升了系统便携性与场景适配能力。

1.一种基于客户端的卫星测控站的站控系统，其特征在于，包括：客户端设备和天线端执行设备，所述客户端设备与所述天线端执行设备之间通过无线网络建立双向通信连接；所述客户端设备集成有自然语言交互模块、语义理解模块、轨道推算模块、轨迹生成模块和状态反馈模块；

2.根据权利要求1所述的基于客户端的卫星测控站的站控系统，其特征在于，所述语义理解模块包括：

3.根据权利要求1所述的基于客户端的卫星测控站的站控系统，其特征在于，所述轨道推算模块包括：

4.根据权利要求1所述的基于客户端的卫星测控站的站控系统，其特征在于，所述轨迹生成模块采用三层翻译架构：

5.根据权利要求1所述的基于客户端的卫星测控站的站控系统，其特征在于，所述客户端设备通过双协议分离通信方式与所述天线端执行设备进行数据交互：

6.根据权利要求1所述的基于客户端的卫星测控站的站控系统，其特征在于，所述客户端设备还定义面向天线指向跟踪应用的专用语义指令集，所述专用语义指令集至少包括跟踪卫星指令、跟踪下一个目标指令、停止跟踪指令、指向指定角度指令和归位指令，每个所述指令对应一个预设的所述运动基元指令模板；所述语义理解模块还用于将解析后的所述自然语言指令与所述专用语义指令集进行匹配，匹配成功时直接调用对应的所述运动基元指令模板并填充参数，匹配失败时通过所述语言模型进行自由解析。

7.根据权利要求1所述的基于客户端的卫星测控站的站控系统，其特征在于，所述天线端执行设备还包括协议桥，所述协议桥用于实现无线网络协议与串行总线协议之间的双向转换；所述协议桥不执行运动规划逻辑和安全判断逻辑，仅负责协议转换和数据转发；当所述客户端设备与所述协议桥之间的网络连接中断时，所述协议桥内置的看门狗用于触发本地安全停机；所述伺服驱动器配置为位置模式；所述站控系统还建立多级安全防护体系，包括所述伺服驱动器内部硬件保护、所述协议桥本地看门狗、所述客户端设备规则引擎以及不经软件层的硬线急停。

8.一种基于客户端的卫星测控站的站控方法，其特征在于，用于权利要求1-7中任一项所述的基于客户端的卫星测控站的站控系统，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的基于客户端的卫星测控站的站控方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求8所述的基于客户端的卫星测控站的站控方法，其特征在于，还包括：