星上自主载荷区域程控方法和系统与流程

本发明涉及星上载荷控制领域，具体地，涉及星上自主载荷区域程控方法和系统。

背景技术：

1、卫星载荷是实现卫星特定功能的重要工作单元，载荷的运行时段由其工作特点决定，地面一般通过星上数传设备获得载荷运行时产生的有效数据。因此，载荷运行数据需要按照一定的策略传输给星上数传设备。星上数传设备的存储容量有限，无法存储全部载荷数据，且如果存储了大量不必要的载荷数据，数据下传和处理均需要耗费大量时间筛选有效数据。传统做法会根据卫星载荷和数传的工作情况设计基于作业模式的指令序列，通过地面上注设置特定时间完成作业，当作业执行时依据特定的模式和时间顺序发送指令序列，控制载荷和数传协调工作完成观测和数据存储及传输的任务。

2、专利文献cn105173120a(申请号：201510604942.5)中，卫星在轨自主实施作业任务的控制方法，当卫星长时间未收到地面上行指令时，结合卫星的轨道幅角判断卫星处于升轨或者降轨阶段，自主执行对应的作业任务。此设计是基于卫星只有一个应答机，为了保证可靠性而实施自主作业任务。

3、专利文献cn103197622b(申请号：cn201310066861.5)中的载荷程控风险识别与处理系统，根据从载荷处获得的开机时长、运行时长结合卫星电源系统的能源状态自主决定是否要对载荷进行关机以规避错误程控和超时工作，达到保证卫星能源安全的目的。

4、传统的作业执行方法需要地面上注特定时间的作业，并未根据星上轨道运行情况自主进行载荷作业控制，上文提到专利文献中的方法作业任务自主执行时依据的条件较单一，且两种作业执行方法均是在卫星应答机或者载荷运行异常的情况下的可靠性措施，未成为常规载荷作业控制方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星上自主载荷区域程控方法和系统。

2、根据本发明提供的一方面，一种星上自主载荷区域程控方法，包括：

3、步骤s1：获取预设的观测区域配置参数，其中，所述观测区域配置参数包括升/降交点经度范围、观测起始纬度以及观测时长，且不同观测区域对应的升/降交点经度范围互不重叠；

4、步骤s2：实时获取卫星轨道参数，当卫星运行至升交点时，判断当前升交点经度值是否处于预设的降轨观测区域对应的经度范围内；若在范围内，则将当圈降轨观测标志置为有效，并记录对应的观测纬度信息；

5、当卫星运行至降交点时，判断当前降交点经度值是否处于预设的升轨观测区域对应的经度范围内；若在范围内，则将当圈升轨观测标志置为有效，并记录对应的观测纬度信息；

6、步骤s3：若当圈升轨或降轨观测标志为有效，持续监测卫星当前的地理纬度；当卫星运行至记录的观测纬度时，触发载荷数据采集或数传接收动作。

7、优选地，所述观测区域配置参数通过地面遥控指令上注并存储于星上软件中，且在轨运行过程中支持实时更改与更新。

8、优选地，步骤s2中，所述卫星轨道参数通过星上轨道外推计算周期性获取，所述轨道外推计算基于gps数据或姿轨控系统提供的轨道根数，计算得到的信息包括：卫星速度、卫星位置、升交点经度、降交点经度、星下点地理纬度。

9、优选地，所述外推计算具体包括：

10、采用四阶龙格库塔法根据轨道六根数计算的卫星位置和速度的初值信息，计算当前卫星在惯性系的位置速度信息；

11、基于当前卫星在惯性系的位置速度信息，计算卫星在wgs84坐标系下的位置坐标；

12、基于卫星在wgs84坐标系下的位置，计算星下点经度地理纬度：

13、

14、

15、其中，为星下地心纬度，为星下地理纬度；为卫星的wgs84坐标的x分量；为卫星的wgs84坐标的y分量；为地球长半轴长度，为地球短半轴长度；

16、计算升降交点地理经度：

17、升交点地理经度计算方式如下：

18、若，，则：

19、

20、

21、降交点地理经度计算方式如下：

22、若，，则：

23、

24、

25、式中，表示上一拍卫星的wgs84坐标的z分量，表示上一拍的地理纬度，表示上一拍的地理经度；表示前后拍卫星的wgs84坐标的z分量的比值；表示当拍地理纬度；表示当拍地理经度；表示升交点地理经度；表示降交点地理经度。

26、优选地，步骤s2中，对于需在降轨阶段进行观测的载荷任务，其触发逻辑为：通过判断卫星经过升交点时的经度范围，提前预置同圈次后续降轨阶段的观测标志；

27、步骤s2中，对于需在升轨阶段进行观测的载荷任务，其触发逻辑为：通过判断卫星经过降交点时的经度范围，提前预置同圈次后续升轨阶段的观测标志。

28、根据本发明提供的另一方面，一种星上自主载荷区域程控方法，包括：

29、模块m1：获取预设的观测区域配置参数，其中，所述观测区域配置参数包括升/降交点经度范围、观测起始纬度以及观测时长，且不同观测区域对应的升/降交点经度范围互不重叠；

30、模块m2：实时获取卫星轨道参数，当卫星运行至升交点时，判断当前升交点经度值是否处于预设的降轨观测区域对应的经度范围内；若在范围内，则将当圈降轨观测标志置为有效，并记录对应的观测纬度信息；

31、当卫星运行至降交点时，判断当前降交点经度值是否处于预设的升轨观测区域对应的经度范围内；若在范围内，则将当圈升轨观测标志置为有效，并记录对应的观测纬度信息；

32、模块m3：若当圈升轨或降轨观测标志为有效，持续监测卫星当前的地理纬度；当卫星运行至记录的观测纬度时，触发载荷数据采集或数传接收动作。

33、优选地，所述观测区域配置参数通过地面遥控指令上注并存储于星上软件中，且在轨运行过程中支持实时更改与更新。

34、优选地，模块m2中，所述卫星轨道参数通过星上轨道外推计算周期性获取，所述轨道外推计算基于gps数据或姿轨控方法提供的轨道根数，计算得到的信息包括：卫星速度、卫星位置、升交点经度、降交点经度、星下点地理纬度及太阳矢量。

35、优选地，所述外推计算具体包括：

36、采用四阶龙格库塔法根据轨道六根数计算的卫星位置和速度的初值信息，计算当前卫星在惯性系的位置速度信息；

37、基于当前卫星在惯性系的位置速度信息，计算卫星在wgs84坐标系下的位置坐标；

38、基于卫星在wgs84坐标系下的位置，计算星下点经度地理纬度：

39、

40、

41、其中，为星下地心纬度，为星下地理纬度；为卫星的wgs84坐标的x分量；为卫星的wgs84坐标的y分量；为地球长半轴长度，为地球短半轴长度；

42、计算升降交点地理经度：

43、升交点地理经度计算方式如下：

44、若，，则：

45、

46、

47、降交点地理经度计算方式如下：

48、若，，则：

49、

50、

51、式中，表示上一拍卫星的wgs84坐标的z分量，表示上一拍的地理纬度，表示上一拍的地理经度；表示前后拍卫星的wgs84坐标的z分量的比值；表示当拍地理纬度；表示当拍地理经度；表示升交点地理经度；表示降交点地理经度。

52、优选地，模块m2中，对于需在降轨阶段进行观测的载荷任务，其触发逻辑为：通过判断卫星经过升交点时的经度范围，提前预置同圈次后续降轨阶段的观测标志；

53、模块m2中，对于需在升轨阶段进行观测的载荷任务，其触发逻辑为：通过判断卫星经过降交点时的经度范围，提前预置同圈次后续升轨阶段的观测标志。

54、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

55、本发明通过预先设定且可以通过遥控上注修改的多个载荷程控区域，使用周期性的轨道计算的卫星经纬度信息，判断卫星与载荷程控区域的关系，结合载荷的观测特点，控制载荷特定区域观测数据的接收。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明充分利用卫星的轨道计算的数据，自主实现符合载荷工作特点的观测控制，在保证观测效果的情况下，解决了数传的存储空间和降低了数据分析的复杂性。