星载实时状态监控装置及异常自动处理装置的制作方法

本发明涉及卫星状态监控，具体涉及一种星载实时状态监控装置及异常自动处理装置。

背景技术：

1、遥测数据是判断卫星工作是否正常的一项重要手段，传统的卫星状态监视都是采用“卫星下传遥测+地面判断处理+上注异常处理指令”的方式来完成的。这种方式存在以下几个缺点：

2、1)由于星地之间、测控站与测控中心之间存在较长的数据传输链路，传输过程中极有可能引入误码，导致地面收到的遥测与星上实际遥测存在偏差，从而引起地面的错误判断。

3、2)这种传统处理方式存在较大的时间延迟，尤其在低轨卫星上表现更为明显，卫星异常无法得到及时响应，在关键时刻极有可能错失异常的最佳处理时机，导致卫星出现无法挽回的损失。

4、敏捷卫星相比传统卫星姿态机动能力强，单轨成像数量多，因此，对卫星可靠性提出更高要求。

5、专利cn201410126290.4(一种基于阈值判断的延时遥测数据采样方法)公开了一种基于阈值判断的延时遥测数据采样方法，该方法将遥测采集值与遥测预置范围进行比较，若超出预置范围则存储，否则不存储。该发明提高了小卫星延时遥测有效性，有效降低延时遥测存储量。但该方法所有遥测阈值都是初始装订，没有提供通用灵活的修改机制。并且阈值判断都是单次，无法排除信号干扰引起的误码。另外该方法没有提供异常自动处理机制，仅仅是将原始遥测数据存储，等到卫星过境时才下传地面，卫星异常无法得到及时响应。

6、专利cn201310596516.2(一种基于遥测数据的卫星异常状态检测系统)公开了一种基于遥测数据的卫星异常状态检测系统，该系统包括遥测数据预处理单元、相关度计算单元、极值点提取单元、异常状态提取单元、遥测参数原始数据库、相关度阈值数据库、极值点阈值数据库。系统充分利用历史遥测参数样本，结合卫星遥测参数数据特点和数据变化规律，将一段时间的遥测数据与其历史样本数据的相关度比较以及极值点误差的比较，实现不需要设计知识，仅需少量历史数据的卫星异常状态检测和提取。但这种方法需要依赖地面计算机强大的处理能力以及数据库存储能力，无法应用到星上实时系统中。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种星载实时状态监控装置及异常自动处理装置，能够在星载实时环境下对遥测参数进行实时状态监视，并进行异常自动处理。

2、为实现上述目的，本发明技术方案如下：

3、一种星载实时状态监控装置，包括指令处理模块和遥测监视模块，指令处理模块负责接收地面用户的控制指令，管理星上的监视规则和异常处理方法；遥测监视模块负责监控星上实时遥测值，判断其是否符合监视规则，如果发现不符合，则报告异常；其中，遥测监视模块支持三种类型的监视规则，分别是参数的限制检查、参数的偏差检查和参数的期望值检查；限制检查即检查星上实时的遥测参数值超过用户规定的上下限，偏差检查即检查星上实时的遥测参数的偏差值是否超过用户规定的上下限，期望值检查即检查实时的遥测参数值是否等于该遥测参数的用户期望值；遥测监视模块为每个参数的每项检查规则维护了一套状态转换机，一旦出现遥测参数状态跳变等于状态机中的异常跳变链路时，立刻报告异常。

4、其中，星上指令处理模块具体处理过程如下：

5、1)星上判断是否收到地面新的控制指令；

6、2)如果未收到，则延时固定时间，跳转到步骤1)，继续新一轮的指令接收和处理工作，如果收到新的控制指令，则提取控制指令的类型码type；

7、3)如果控制指令的类型码type等于1，则进入监视规则管理过程，其处理逻辑如下：

8、a)提取控制指令的子类型码subtype

9、b)如果subtype＝1，则向监视规则列表中添加某遥测参数监视规则

10、c)如果subtype＝2，则从监视规则列表中删除某遥测参数的监视规则

11、d)如果subtype＝3，则使能监视规则列表中某遥测参数的监视规则

12、e)如果subtype＝4，则禁止监视规则列表中某遥测参数的监视规则

13、4)如果控制指令的类型码type等于2，则说明异常；

14、5)处理完监视规则管理后，延时固定时间，跳转到步骤1)，继续新一轮的指令接收和处理工作。

15、其中，遥测监视模块的具体工作过程如下：

16、1)将监视计数的值设为监视周期；

17、2)延时等待固定时间；

18、3)监视计数减1；

19、4)判断监视计数是否为0，不为0表示监视周期未到，跳转到2)继续等待，如果为0开始执行参数监视过程；

20、5)遍历监视规则列表中的所有遥测参数，获取当前遥测参数的监视规则,包括限制检查规则limit_check、偏差检查规则delta_check、期望值检查规则expect_check；

21、6)通过星上遥测采集设备获取当前遥测参数值para_val；

22、7)根据para_val和limit_check检查参数是否违反限值规则，如果违反且本次状态跳变符合该参数该规则状态转换机的异常跳变链路，则报告异常；

23、8)根据para_val和delta_check检查参数是否违反限值规则，如果违反且本次状态跳变符合该参数该规则状态转换机的异常跳变链路，则报告异常；

24、9)根据para_val和expect_check检查参数是否违反限值规则，如果违反且本次状态跳变符合该参数该规则状态转换机的异常跳变链路，则报告异常；

25、10)判断是否完成监视规则列表的遍历，如果未完成，则返回步骤5)，如果已完成，则返回步骤1)。

26、本发明还提供了一种星载实时状态异常自动处理装置，包括指令处理模块、遥测监视模块和异常处理模块，其中，指令处理模块负责接收地面用户的控制指令，管理星上的监视规则和异常处理方法；遥测监视模块负责监控星上实时遥测值，判断其是否符合监视规则，如果发现不符合，则向异常处理模块报告异常；异常处理模块根据监视模块发来的异常编号，根据编号信息在异常处理方法列表中进行搜索，根据搜索的处理方法进行异常处理；所述遥测监视模块支持三种类型的监视规则，分别是参数的限制检查、参数的偏差检查和参数的期望值检查；限制检查即检查星上实时的遥测参数值超过用户规定的上下限，偏差检查即检查星上实时的遥测参数的偏差值是否超过用户规定的上下限，期望值检查即检查实时的遥测参数值是否等于该遥测参数的用户期望值；遥测监视模块为每个参数的每项检查规则维护了一套状态转换机，一旦出现遥测参数状态跳变等于状态机中的异常跳变链路时，立刻向异常处理模块报告异常。

27、其中，所述异常处理模块支持三种类型的异常处置策略，第一种是仅向地面报告该异常信息，第二种是发送异常处理指令，第三种是既向地面报告异常同时发异常处理指令对异常进行自动处理。

28、其中，星上指令处理模块具体处理过程为：

29、1)星上判断是否收到地面新的控制指令；

30、2)如果未收到，则延时固定时间，跳转到步骤1)，继续新一轮的指令接收和处理工作，如果收到新的控制指令，则提取控制指令的类型码type；

31、3)如果控制指令的类型码type等于1，则进入监视规则管理过程，其处理逻辑如下：

32、a)提取控制指令的子类型码subtype

33、b)如果subtype＝1，则向监视规则列表中添加某遥测参数监视规则

34、c)如果subtype＝2，则从监视规则列表中删除某遥测参数的监视规则

35、d)如果subtype＝3，则使能监视规则列表中某遥测参数的监视规则

36、e)如果subtype＝4，则禁止监视规则列表中某遥测参数的监视规则

37、4)如果控制指令的类型码type等于2，则进入异常处理方法的管理过程，其处理逻辑如下：

38、a)提取控制指令的子类型码subtype

39、b)如果subtype＝1，则向异常处理方法列表中添加某异常的处理方法

40、c)如果subtype＝2，则从异常处理方法列表中删除某异常的处理方法

41、d)如果subtype＝3，则使能异常处理方法列表中某异常的处理方法

42、e)如果subtype＝4，则禁止异常处理方法列表中某异常的处理方法

43、5)处理完监视规则管理或异常处理方法管理后，延时固定时间，跳转到步骤1)，继续新一轮的指令接收和处理工作。

44、其中，监视规则列表的数据结构采用双向链表结构进行存储，链表中的节点信息包括参数代号、使能状态、限制规则数组、偏差规则数组和期望值规则数组；所有的规则数据中的元素都包含两个基本信息：前置状态和当前状态，前置状态为上一次对该遥测参数进行该类规则检查时确认的状态，当前状态为本次确认的状态；状态包括6类,分别是超下限，超上限，超偏差下限，超偏差上限，非期望值，合法值；限制规则数组中每个元素包含的独有信息有：下限值，超下限的异常处理方法编号，上限值，超上限的异常处理方法编号；偏差规则数组中每个数组元素包含的信息有：偏差下限值，超下限的异常处理方法编号，偏差上限值，超上限的异常处理方法编号；期望值规则数组中每个数组元素包含的独有信息有：期望值，非期望值的异常处理方法编号；指令处理模块根据地面的监视规则控制指令修改规则列表中的数据内容，供监视模块使用；

45、异常处理方法列表的数据结构采用双向链表结构进行存储，链表中的节点信息包括处理方法编号，使能状态，处理策略，事件报告，处理指令；指令处理模块根据地面的异常处理方法控制指令修改规则列表中的数据内容，供异常处理模块使用。

46、其中，参数的限制检查具体步骤如下：

47、1)遍历当前遥测参数所有限制检查规则；

48、2)进行是否超上限的逻辑判断过程，判断当前参数值是否大于当前规则的上限值，如果大于，则进入步骤3)，否则将超上限计数清0，进入是否超下限的逻辑判断过程；

49、3)当前规则的超上限计数加1，判断超上限计数是否达到设定的超限次数；如果超过，则进入步骤4)，否则返回步骤1)进入下一轮循环；

50、4)将当前状态设为超上限状态，并且判断当前状态是否与之前状态相等，如果不相等，则提取限制检查规则中的异常报告编号，向异常处理模块报告异常；

51、5)将超上限计数清0，返回步骤1)进入下一轮循环；

52、6)进行是否超下限的逻辑判断过程，判断当前参数值是否小于当前规则的下限值，如果小于，则进入步骤7)，否则将超下限计数清0，返回步骤1)进入下一轮循环；

53、7)当前规则的超下限计数加1，判断超下限计数是否达到设定的超限次数，如果超过，则进入步骤8)，否则返回步骤1)进入下一轮循环；

54、8)将当前状态设为超下限状态，并且判断当前状态是否与之前状态相等，如果不相等，则向异常处理模块报告异常；

55、9)将超下限计数清0，返回步骤1)进入下一轮循环，直到遍历完所有限制规则；

56、参数的偏差检查为计算当前遥测参数值与前一周期同一遥测参数值的差值，将该差值与该遥测参数的偏差检查规则进行比较，检查参数值是否违反规则。

57、其中，参数的期望值检查具体步骤如下：

58、1)遍历当前遥测参数所有的期望值检查规则；

59、2)判断当前遥测参数值是否等于当前检查规则中的期望值，如果等于则将当前规则的非期望值计数清0，返回步骤1)继续下一轮循环。如果不等于则进入步骤3)；

60、3)当前规则的非期望值计数加1，判断非期望计数是否达到设定次数，如果达到，则进入步骤4)，否则返回步骤1)继续下一轮循环；

61、4)将当前状态设为非期望状态，判断当前状态与上一周期该参数的状态是否相等，如果不相等，则提取期望值检查规则中的异常报告编号，向异常处理模块报告异常；

62、5)当前规则的非期望值计数清0，返回步骤1)继续下一轮循环，直到遍历完该遥测参数的所有期望值检查规则。

63、其中，异常处理模块的具体执行流程为：

64、1)接收来自监视模块报告的异常编号；

65、2)使用该编号在异常处理方法列表中进行搜索，如果搜到相应编号的异常处理方法则进入步骤3)，否则向监控模块反馈未搜到该异常编号，退出整个处理过程，

66、3)提取异常处理方法的策略码methodtype，如果methodtype＝1，则进入步骤4)，如果methodtype＝2，则进入步骤5)，如果methodtype＝3，则进入步骤6)；

67、4)提取异常处理方法中的异常报告信息，将报告信息打包发给地面，然后退出整个处理过程；

68、5)提取异常处理方法中的指令信息，向星上遥控执行设备发送该指令，然后退出整个处理过程；

69、6)提取异常处理方法中的异常报告信息，将报告信息打包发给地面；提取异常处理方法中的指令信息，向星上遥控执行设备发送该指令，最后退出整个处理过程。

70、有益效果：

71、1、本发明监控装置在星载实时环境下对卫星遥测参数进行实时状态监控，该装置可以实时发现卫星的异常状态，避免误码引起的地面错误判断，为卫星安全可靠的运行提供重要的技术保障，该装置支持监视规则的在轨指令注入修改，具有较强的灵活性和通用性，可以在各类航天器上使用。

72、2、本发明监控装置基于遥测参数的星上实时监控方法，支持三种类型的遥测参数监视规则，分别是参数的限制检查、参数的偏差检查和参数的期望值检查。遥测监视模块为每个参数的每项检查规则维护了一套状态转换机，一旦出现遥测参数状态跳变等于状态机中的异常跳变链路时，系统会迅速发现异常，并立刻报告异常。

73、3、本发明星载实时状态异常自动处理装置，在监控装置的基础上，还包括异常处理模块，监控装置实时发现卫星的异常状态后自动触发异常处理过程，从而有效缩短异常响应时间。

74、4、本发明星载实时状态异常自动处理装置的异常处理模块接收来自监视模块的异常处理方法编号信息，根据编号信息在异常处理方法列表中进行搜索，根据搜索的处理方法进行异常处理；支持三种类型的异常处置策略，第一种是仅向地面报告该异常信息，第二种是发送异常处理指令，第三种是既向地面报告异常同时发异常处理指令。

75、5、本发明星载实时状态异常自动处理装置中，实现异常发现后星上自动处理机制，包括指令自动发送和异常报告自动发送。

76、6、本发明星载实时状态异常自动处理装置支持监视规则和异常处理方法的灵活通用的添加和修改机制。