科学卫星计划管理系统设计与实现

论文摘要

随着科学卫星任务的增加和卫星寿命的提高,空间科学任务也需要长期连续的运行支持,这就迫切需要建立面向空间科学任务的计划管理系统。面对科学卫星的多星、多站(资源有限,非专用)、变速率、大数据量、开机时间约束等特点,建立科学的计划管理系统,实现根据科学探测计划和卫星轨道情况,综合地面站的接收能力,形成最终的指令计划及接收计划,最终实现对星上载荷的控制,使卫星和接收站资源得到合理的使用,从而得到预期的科学目标,这是运行计划部门亟待解决的问题。本文主要做了以下几方面工作:通过对科学卫星和科学卫星运控特点的分析,提出了科学卫星计划管理系统,重点分析了科学卫星计划管理的几个关键问题,特别是通过分析科学卫星下行传输规划的约束,建立了数据模型,并就此提出了基于贪心算法的规划算法;根据以上的研究结果,基于双星任务的特点,建立了双星任务计划管理系统,并对本文中涉及到的算法进行了基本的实验验证。本课题的研究分为理论研究和具体应用。理论研究部分通过调研国内外的卫星计划调度系统的现状和发展趋势,主要研究了科学卫星计划管理模式、流程和特点等,对计划运控的几个关键问题进行了分析,包括计划运控周期、计划文件约定等,重点对科学卫星计划管理系统的难点问题之一——数据下行传输规划问题进行了深入的研究,建立了规划的数学模型,并给出了基于贪心算法的求解算法。这里是本课题的难点和核心部分。第二部分主要介绍了在双星任务中计划管理系统的设计和应用实例。重点介绍了双星任务计划管理系统,并分别从功能需求、接口设计、处理流程设计、模块设计与实现等几个方面来具体说明。这里还针对下行传输规划算法在双星计划管理系统中的应用进行了应用举例。通过本部分的介绍,验证了第一部分的理论研究的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 国内外研究现状小结
• 1.3 小结
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 基本理论、技术简介
• 2.1 关于卫星计划和调度
• 2.2 贪心算法求解背包问题
• 2.2.1 背包问题
• 2.2.2 贪心算法的概念
• 2.2.3 贪心算法的基本要素
• 2.2.4 贪心算法求解背包问题
• 2.3 小结
• 第三章 科学卫星计划管理系统研究
• 3.1 科学卫星简介
• 3.2 科学卫星计划管理模式
• 3.3 科学卫星计划管理组成
• 3.4 科学卫星计划管理流程
• 3.5 科学卫星计划管理模式的特点
• 3.6 科学卫星计划管理系统主要功能
• 3.7 运控计划周期
• 3.8 计划文件约定
• 3.9 科学卫星数据下行传输规划算法研究
• 3.9.1 概述
• 3.9.2 科学卫星数据下行传输规划约束分析
• 3.9.3 科学卫星数据下行传输规划的目标
• 3.9.4 科学卫星数据下行传输规划的数学模型
• 3.9.5 科学卫星数据下行传输规划算法流程
• 3.9.6 科学卫星数据下行传输规划算法步骤
• 3.10 小结
• 第四章 双星任务计划管理系统设计及应用实例
• 4.1 双星任务概述
• 4.2 双星任务特点及约束
• 4.2.1 国际合作
• 4.2.2 双星之间配合观测、与Clutser 联合观测
• 4.2.3 发射机单圈开机时间限制
• 4.2.4 科学数据下行速率与卫星距离的约束
• 4.2.5 数据下行完整性的要求
• 4.2.6 地面站资源争用约束
• 4.3 双星任务计划管理系统设计与实现
• 4.3.1 功能需求
• 4.3.2 接口设计
• 4.3.3 处理流程设计
• 4.3.4 模块设计与实现
• 4.3.5 系统运行环境
• 4.4 双星任务下行传输规划应用实例
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 规划要求
• 4.4.3 规划过程
• 4.4.4 规划结果
• 4.5 小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 阶段成果及创新点
• 5.3 工作展望
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢