本發(fā)明涉及航天飛行器數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種實施空間任務(wù)自主規(guī)劃的可快速配置綜合電子系統(tǒng)架構(gòu)。

背景技術(shù)：

綜合電子系統(tǒng)是空間飛行器重要分系統(tǒng)之一，為飛行器提供任務(wù)規(guī)劃、時序管理、數(shù)據(jù)管理、配電管理、遙控指令管理等功能，是整個飛行器的中樞系統(tǒng)。傳統(tǒng)綜合電子系統(tǒng)根據(jù)總體任務(wù)需求，確定分系統(tǒng)功能及組成，落實單機技術(shù)要求及指標(biāo)，通常由中央處理計算機、遠端接口單元等設(shè)備組成，不同任務(wù)背景的綜合電子系統(tǒng)架構(gòu)、組成等均存在較大差異。

當(dāng)前綜合電子系統(tǒng)運行飛行器管理軟件，接收地面測控站上行指令進行任務(wù)規(guī)劃，無法實現(xiàn)無地面站干預(yù)下的飛行任務(wù)自主規(guī)劃。且一種架構(gòu)和組成形式的綜合電子系統(tǒng)主要面對一種固定模式的任務(wù)，無法自動適應(yīng)多種形式的任務(wù)需求，當(dāng)任務(wù)模式發(fā)生變化時，需對綜合電子系統(tǒng)方案進行重新設(shè)計，無法實現(xiàn)系統(tǒng)的快速重構(gòu)配置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實施空間任務(wù)自主規(guī)劃的可配置綜合電子系統(tǒng)，實現(xiàn)了無地面站干預(yù)下的飛行任務(wù)自主規(guī)劃，同時能夠根據(jù)任務(wù)模式進行快速重構(gòu)配置，有效提高了飛行器的自主性、自生存能力以及多任務(wù)模式的適應(yīng)能力。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：一種實施空間任務(wù)自主規(guī)劃的可配置綜合電子系統(tǒng)，包括配電模塊、遙控管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、火工品管理模塊、熱控管理模塊、動力控制管理模塊、傳感器管理模塊、驅(qū)動控制管理模塊以及飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元；

飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元根據(jù)飛行時序進行任務(wù)自主規(guī)劃，根據(jù)任務(wù)自主規(guī)劃情況向配電模塊輸出配電控制指令、向遙控管理模塊輸出遙控指令包、向熱控管理模塊輸出熱控指令、向動力控制管理模塊輸出動力控制指令、向驅(qū)動控制管理模塊輸出驅(qū)動指令；

配電模塊接收飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的配電控制指令，實現(xiàn)飛行器上各設(shè)備和模塊的加斷電控制，完成綜合電子系統(tǒng)模式切換，達到綜合電子系統(tǒng)面向不同任務(wù)需求的快速配置；

遙控管理模塊接收并解析飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的遙控指令包，將傳感器起停指令和采集模式切換指令輸出給傳感器管理模塊，將數(shù)據(jù)存儲起停指令和數(shù)據(jù)管理模式切換指令輸出給數(shù)據(jù)管理模塊，將電路接通指令輸出給火工品管理模塊；

傳感器管理模塊接收遙控管理模塊輸出的傳感器起停指令和采集模式切換指令，根據(jù)采集模式切換指令接通對應(yīng)通道的傳感器，根據(jù)傳感器起停指令對所選傳感器采集的環(huán)境信息進行編幀，將編幀后的數(shù)據(jù)反饋給飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元；

數(shù)據(jù)管理模塊根據(jù)遙控管理模塊輸出的數(shù)據(jù)管理模式切換指令確定數(shù)據(jù)管理模塊的工作方式，根據(jù)遙控管理模塊輸出的數(shù)據(jù)存儲起停指令和數(shù)據(jù)管理模塊的工作方式對飛行器上其他設(shè)備輸入的資源和狀態(tài)數(shù)據(jù)進行存儲或讀取，將讀取的數(shù)據(jù)進行組包、組幀和動態(tài)調(diào)度，輸出給飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元，所述數(shù)據(jù)管理模塊的工作方式包括只存模式、只讀模式或邊存邊讀模式；

火工品管理模塊根據(jù)遙控管理模塊輸出的電路接通指令閉合火工品供電母線，根據(jù)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的起爆指令，實施火工品可靠起爆；

驅(qū)動控制管理模塊根據(jù)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的驅(qū)動指令，驅(qū)動伺服機構(gòu)工作；

動力控制管理模塊根據(jù)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的動力控制指令，按照預(yù)先規(guī)定的時序驅(qū)動動力系統(tǒng)閥門通斷，實現(xiàn)動力系統(tǒng)控制；

熱控管理模塊根據(jù)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的熱控指令，實現(xiàn)溫度采集，并根據(jù)所采集的溫度控制加熱器以及熱控流體閥門通斷。

飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元包括自主決策及運控核心單元、空間環(huán)境感知及管理單元、器上資源評估及管理單元、狀態(tài)感知及管理單元、飛行時序管理單元；

空間環(huán)境感知及管理單元根據(jù)傳感器管理模塊輸入的數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前飛行器所處的軌道參數(shù)、周邊飛行器狀態(tài)以及空間輻照信息，根據(jù)當(dāng)前任務(wù)需求對獲取的環(huán)境信息進行優(yōu)先級編排后輸出至自主決策及運控管理核心單元；

器上資源評估及管理單元根據(jù)數(shù)據(jù)管理模塊實時輸出的數(shù)據(jù)，獲取飛行器上能源、動力以及數(shù)據(jù)存儲空間的資源利用信息，輸出至自主決策及運控管理核心單元；

狀態(tài)感知及管理單元根據(jù)數(shù)據(jù)管理模塊實時輸出的數(shù)據(jù)，獲取飛行器上各設(shè)備以及模塊的狀態(tài)信息，輸出至自主決策及運控管理核心單元；

自主決策及運控管理核心單元根據(jù)環(huán)境信息、飛行器自身的資源利用信息和狀態(tài)信息，進行任務(wù)自主規(guī)劃，完成飛行時序規(guī)定的任務(wù)。

所述自主決策及運控管理核心單元進行任務(wù)自主規(guī)劃的實現(xiàn)方法為：

(3.1)自主決策及運控管理核心單元根據(jù)環(huán)境信息、飛行器自身的資源利用信息和狀態(tài)信息，確定當(dāng)前飛行時序規(guī)定任務(wù)的可行性，如果可行，根據(jù)當(dāng)前飛行時序規(guī)定的任務(wù)，向?qū)?yīng)模塊發(fā)送指令，完成任務(wù)自主規(guī)劃；如果不可行，進入步驟(3.2)；

(3.2)確定飛行器當(dāng)前的故障模式，根據(jù)預(yù)先存儲的故障對策，向?qū)?yīng)模塊發(fā)送指令，進行故障隔離和處理，執(zhí)行完故障對策后，返回步驟(3.1)。

所述預(yù)先存儲的故障對策包括飛行器能源不足時的對策、飛行器動力不足時的對策、設(shè)備主備機切換對策、位置姿態(tài)調(diào)整對策以及空間威脅躲避對策。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明以飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元為核心，基于遙控管理模塊、配電模塊、火工品管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等功能模塊，構(gòu)成面向任務(wù)自主規(guī)劃的綜合電子系統(tǒng)架構(gòu)，飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元接收各個模塊的輸入信息，對飛行器自身狀態(tài)及任務(wù)需求作出評估，通過指令輸出實現(xiàn)任務(wù)實施。通過飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元，實現(xiàn)了空間飛行器在無地面站干預(yù)下任務(wù)自主規(guī)劃和控制，有效提高了飛行器的自主性和自生存能力。

(2)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元根據(jù)飛行器當(dāng)前的任務(wù)需求，通過配電模塊動態(tài)控制遙控管理模塊、火工品管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等功能模塊的離線/在線狀態(tài)，實現(xiàn)飛行器上綜合電子系統(tǒng)動態(tài)快速配置，有效提高了系統(tǒng)的可裁剪性和多任務(wù)模式的適應(yīng)能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明綜合電子系統(tǒng)組成框圖；

圖2為飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元組成框圖；

圖3為飛行時序示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述：

本發(fā)明提出了實施空間任務(wù)自主規(guī)劃的可配置綜合電子系統(tǒng)，通過預(yù)先寫入不同故障模式下的應(yīng)對策略，實現(xiàn)無地面站干預(yù)下的飛行任務(wù)自主規(guī)劃。同時本發(fā)明滿足功能模塊化、面向任務(wù)的可快速配置等特殊需求，達到在緊急情況下快速響應(yīng)目標(biāo)的目的。

如圖1所示，本發(fā)明提出的綜合電子系統(tǒng)架構(gòu)包括配電模塊、遙控管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、火工品管理模塊、熱控管理模塊、動力控制管理模塊、傳感器管理模塊、驅(qū)動控制管理模塊以及飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元。

飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元根據(jù)飛行時序以及當(dāng)前飛行器資源和狀態(tài)進行任務(wù)自主規(guī)劃，向配電模塊輸出配電控制指令以及向遙控管理模塊輸出遙控指令包，并根據(jù)任務(wù)自主規(guī)劃情況向熱控管理模塊輸出熱控指令、向動力控制管理模塊輸出動力控制指令或向驅(qū)動控制管理模塊輸出驅(qū)動指令。遙控指令包包括傳感器起停指令、采集模式切換指令、數(shù)據(jù)存儲起停指令、數(shù)據(jù)管理模式切換指令以及電路接通指令。

配電模塊根據(jù)配電控制指令，為飛行器上各設(shè)備和模塊進行加斷電，將飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元自主規(guī)劃的任務(wù)涉及的模塊進行加電，不涉及的模塊進行斷電，完成綜合電子系統(tǒng)模式切換，達到綜合電子系統(tǒng)面向不同任務(wù)需求的快速配置。

遙控管理模塊采用遙測傳輸差錯控制協(xié)議，包括fpga電路和oc指令電路，fpga電路對遙控指令包進行采集，并通過內(nèi)部集成的譯碼電路對遙控指令包進行解析，將解析得到的傳感器起停指令和采集模式切換指令通過oc指令電路以oc指令形式輸出給傳感器管理模塊，將解析得到的數(shù)據(jù)存儲起停指令和數(shù)據(jù)管理模式切換指令通過oc指令電路以oc指令形式輸出給數(shù)據(jù)管理模塊，將解析得到的電路接通指令通過oc指令電路以oc指令形式輸出給火工品管理模塊。

傳感器管理模塊實現(xiàn)物理量到電量的轉(zhuǎn)換，包括oc指令接收電路、傳感器控制單元和多個傳感器通道，每個傳感器通道用于采集振動、過載、沖擊、溫度或壓力。oc指令接收電路用于接收遙控管理模塊輸出的傳感器起停指令和采集模式切換指令，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸出給傳感控制單元。傳感器控制單元根據(jù)采集模式切換指令接通對應(yīng)通道的傳感器，根據(jù)傳感器起停指令對所選傳感器采集的環(huán)境信息(位置和姿態(tài)、周邊飛行器狀態(tài)以及空間輻照信息、力、熱等)進行編幀，將編幀后的數(shù)據(jù)反饋給飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元。

數(shù)據(jù)管理模塊包括oc指令接收電路和數(shù)據(jù)讀寫控制單元，oc指令接收電路用于接收遙控管理模塊輸出的數(shù)據(jù)存儲起停指令和數(shù)據(jù)管理模式切換指令，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸出給數(shù)據(jù)讀寫控制單元。數(shù)據(jù)讀寫控制單元根據(jù)數(shù)據(jù)管理模式切換指令確定數(shù)據(jù)管理模塊的工作方式，數(shù)據(jù)管理模塊的工作方式包括只存模式、只讀模式或邊存邊讀模式，并根據(jù)遙控管理模塊輸出的數(shù)據(jù)存儲起停指令對飛行器上其他設(shè)備輸入的資源和狀態(tài)數(shù)據(jù)進行讀寫操作，具體實現(xiàn)方式如下：

當(dāng)當(dāng)前數(shù)據(jù)管理模塊的工作方式為只存模式時，對飛行器上其他設(shè)備輸入的資源和狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集存儲；

當(dāng)當(dāng)前數(shù)據(jù)管理模塊的工作方式為只讀模式時，對之前存儲的飛行器上其他設(shè)備的資源和狀態(tài)數(shù)據(jù)進行讀取；

當(dāng)當(dāng)前數(shù)據(jù)管理模塊的工作方式為邊存邊讀模式時，對飛行器上其他設(shè)備輸入的資源和狀態(tài)數(shù)據(jù)進行邊采集存儲邊讀取。

然后數(shù)據(jù)讀寫控制單元將讀取的數(shù)據(jù)進行組包和組幀，按照優(yōu)先級順序依次訪問各個數(shù)據(jù)采集通道，若當(dāng)前通道傳輸周期已到則安排該通道數(shù)據(jù)采集及傳輸，輸出給飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元。

火工品管理模塊根據(jù)遙控管理模塊輸出的電路接通指令閉合火工品供電母線，根據(jù)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的起爆指令，實施火工品可靠起爆?；鸸て饭芾砟K只有在接收到遙控管理模塊和飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的雙重指令后才起爆，確保了綜合電子系統(tǒng)的安全性和可靠性。

驅(qū)動控制管理模塊根據(jù)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的驅(qū)動指令，驅(qū)動伺服機構(gòu)工作。動力控制管理模塊根據(jù)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的動力控制指令，按照預(yù)先規(guī)定的時序驅(qū)動動力系統(tǒng)閥門通斷，實現(xiàn)動力系統(tǒng)控制。熱控管理模塊根據(jù)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元輸出的熱控指令，實現(xiàn)溫度采集，并根據(jù)所采集的溫度控制加熱器以及熱控流體閥門通斷。

如圖2所示，飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元包括自主決策及運控核心單元、空間環(huán)境感知及管理單元、器上資源評估及管理單元、狀態(tài)感知及管理單元、飛行時序管理單元?？臻g環(huán)境感知及管理單元根據(jù)傳感器管理模塊輸入的數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前飛行器所處的軌道參數(shù)(位置和姿態(tài))、周邊飛行器狀態(tài)以及空間輻照信息，根據(jù)當(dāng)前任務(wù)需求對獲取的環(huán)境信息進行優(yōu)先級編排后輸出至自主決策及運控管理核心單元。器上資源評估及管理單元根據(jù)數(shù)據(jù)管理模塊實時輸出的數(shù)據(jù)，獲取飛行器上能源、動力以及數(shù)據(jù)存儲空間的資源利用信息，輸出至自主決策及運控管理核心單元。狀態(tài)感知及管理單元根據(jù)數(shù)據(jù)管理模塊實時輸出的數(shù)據(jù)，獲取飛行器上各設(shè)備以及模塊的狀態(tài)信息，輸出至自主決策及運控管理核心單元。自主決策及運控管理核心單元預(yù)先存儲了一系列故障對策，包括飛行器能源不足時的對策、飛行器動力不足時的對策、設(shè)備主備機切換對策、位置姿態(tài)調(diào)整對策以及空間威脅躲避對策。飛行器能源不足時的對策一般為飛行器姿態(tài)調(diào)整或延長太陽能帆板光照時間達到能源平衡。飛行器動力不足時的對策一般是采用飛行器姿態(tài)調(diào)整或者改變飛行軌跡達到動力能源平衡。設(shè)備主備機切換對策：當(dāng)同一臺設(shè)備的主機或者備機發(fā)生故障時，可以采用切換至備機或者主機的應(yīng)對策略。空間威脅躲避對策一般采用空間變軌策略。

自主決策及運控管理核心單元根據(jù)飛行時序規(guī)定的任務(wù)以及環(huán)境信息、飛行器自身的資源利用信息和狀態(tài)信息，進行任務(wù)自主規(guī)劃，具體內(nèi)容如下：

確定當(dāng)前飛行時序規(guī)定任務(wù)的可行性，如果可行，根據(jù)當(dāng)前飛行時序規(guī)定的任務(wù)，向?qū)?yīng)模塊發(fā)送指令，完成當(dāng)前飛行時序規(guī)定的任務(wù)；如果不可行，確定飛行器當(dāng)前的故障模式，根據(jù)預(yù)先存儲的故障對策，向?qū)?yīng)模塊發(fā)送指令，進行故障隔離和處理，執(zhí)行完故障對策后，重復(fù)上述過程，直到當(dāng)前飛行時序規(guī)定的任務(wù)可行，完成該任務(wù)為止。

實施例：

如圖3所示是某飛行器的飛行時序軸，時序軸上的事件包括器箭分離，太陽能帆板展開，飛行器姿態(tài)調(diào)整，對地觀測和對地數(shù)傳，以第1000s為例，飛行器要求實施對地觀測，飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元判斷當(dāng)前器上時間是否已經(jīng)達到第1000s，若時間已到，且根據(jù)空間環(huán)境感知及管理單元、器上資源評估及管理單元、狀態(tài)感知及管理單元輸入信息判斷當(dāng)前飛行時序規(guī)定任務(wù)的可行，則通過飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元向配電模塊發(fā)送配電指令，控制與對地數(shù)傳相關(guān)的模塊和設(shè)備上電，通過遙控管理模塊向數(shù)據(jù)管理模塊、傳感器管理模塊發(fā)送遙控指令，切換至對地觀測模式，待所有模塊均已切換到對地觀測模式后，由飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元控制全飛行器啟動對地觀測。

以第2000s為例，時序要求進行對地數(shù)傳，飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元首先判斷時間是否已經(jīng)到達2000s，若時間已到，則飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元再判斷空間環(huán)境感知及管理單元、器上資源評估及管理單元、狀態(tài)感知及管理單元輸入信息，若此時根據(jù)器上資源評估及管理單元的輸入?yún)?shù)判斷目前實施對地數(shù)傳會發(fā)生能源不足情況，則飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元根據(jù)預(yù)先存儲的飛行器能源不足時的故障應(yīng)對策略，通過延長飛行器太陽帆板光照時長的方式達到能源滿足狀態(tài)，由飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元向配電模塊發(fā)送配電指令，通過配電模塊為遙控管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊以及動力控制管理模塊加電，同時為其他模塊(火工品管理模塊、熱控管理模塊、傳感器管理模塊、驅(qū)動控制管理模塊)斷電。向動力控制管理模塊發(fā)送動力控制指令，使飛行器調(diào)整姿態(tài)，使天線對準(zhǔn)地球。通過遙控管理模塊對外發(fā)送遙控指令包，控制數(shù)據(jù)管理模塊處于只讀或邊存邊讀的工作方式，獲取飛行器上的資源數(shù)據(jù)并輸出給飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元。經(jīng)過一段延時，當(dāng)飛行任務(wù)自主規(guī)劃單元判斷能源足夠時，則按照正常時序?qū)嵤Φ財?shù)傳任務(wù)。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。