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近年来,随着航天产业的快速发展,航天测控领域的需求和技术也在不断变化和创新。航天驭星作为商业航天测控的领军企业,自主研发了航天测运控软件系统,系统涵盖卫星轨道确定、姿态控制、任务规划、遥测、遥控、地面站控制、三维可视化和数字孪生等多个业务方向

各软件相互协作,完成对卫星以及地面站设备的追踪、控制、监测和数据处理等多项工作

航天测运控软件系统经过多年的任务实战和不断完善,目前已满各型号卫星和地面设备的快速接入和适配,并能保障任务的稳定、高效和快速运行。公司拥有专业的研发团队和领域专家,能满足用户的各类业务和技术要求,具备卫星的全方位综合测运控能力

测运控软件系统
航天测运控软件组成
技术架构
  • 目前航天测运控软件系统已经完成多次具有里程碑意义的迭代,选用了目前先进的、主流的互联网开发技术,软件平台整体分为前端和后端两部分,采用B/S架构。前端使用VUE等组件开发,拥有良好的配色方案和界面操作布局设计,便于用户快速上手。后端采用JAVA语言开发,遵循J2EE技术规范,继承了跨平台和安全的特性。各系统均采用微服务架构开发,方便后续各服务的相互集成和二次开发。航天测运控软件系统整体采用云服务器、云存储、容器化(K8S)等云原生技术进行运维和管理,在硬件上具备动态扩容的能力,软件上具有高可用、弹性伸缩、负载均衡等特点,并对用户数据进行主从备份,确保数据安全性和可恢复性。
综合管理系统
  • 综合管理系统属于航天测运控系统的基础服务,涵盖用户信息、权限分配、卫星信息、地面站信息的基础维护和管理功能,并提供相关的基础数据接口,为其他系统的业务开展提供数据支撑。
  • 航天测运控系统的安全问题和访问权限由综合管理系统和网关服务相互结合共同完成。技术上选用开源安全权限框架(SA-Token)作为权限控制的核心组件,由网关服务负责集成组件,达到权限控制和认证的目的。并且由网关服务完成各系统的请求转发和数据响应。
任务计划系统
  • 处理和存储来自轨道管理系统的卫星预报信息,配置用户、地面站和卫星的编排规则,利用遗传算法自动的完成计划编排,同时支持人工模式的编排和跟踪设置。可实时监控任务的执行进度和状态,具备执行结果的上报功能。能以甘特图的形式展示后续任务情况。满足以地图的形式展示卫星过境轨道信息。
  • 对外满足测控、数传各种任务类型的计划申请和取消功能,并提供标准的接口规范使用约束,达到地面站充分利用的目的。
卫星遥测处理系统
  • 卫星遥测处理系统现阶段已经满足各型号卫星遥测数据处理、存储、和显示功能。软件上具备各类遥测参数的灵活配置和调整,并采用热加载达到实时生效目的。界面上能以曲线、表格的形式实时展示遥测数据。支持自定义遥测界面,可将多颗卫星的关键遥测在软件界面上通过拖拉、配置的方式组合显示,便于直观的分析各卫星实时状态。同时具备对关键遥测的异常告警和实时通知功能,方便技术人员快速的介入和定位问题,保障卫星的健康运行。
  • 卫星遥测处理系统技术上选用时序数据库,利用分库分表、数据压缩、存储源码等技术特点结合程序的批量和异步多线程的存储方式,极大的提升了遥测数据的读写性能和磁盘占用开销,增强了软件的响应速度和用户体验。
遥测实时显示
实时遥测曲线
卫星遥控管理系统
  • 卫星遥控管理系统承担着卫星指令加工和上注等核心业务。系统满足各类卫星的直接指令、间接指令和带参指令的配置和加工,支持指令和成像参数的批量导入和管理功能。同时具备指令的反编和核对操作。可根据任务信息和卫星遥测信息完成指令的自动上注或人工上注,软件界面上可实时显示指令的上注状态、时间和异常信息且支持事后查询。以便于技术人员快速的介入和定位问题。
遥控指令自动发送
遥控指令管理
轨道管理系统
  • 轨道计算方面涵盖基础的坐标系转换、时间系转换、两行转瞬根转换等众多基础工具。支持HPOP,J2,SGP4等预报模型以多种星历形式输出,支持地影月影等特殊事件计算和卫星对目标对天体的指向计算。满足各卫星或相同卫星不同轨道之间的相对距离计算。支持碰撞预警风险计算提供对应的动画仿真系统。支持半长轴,倾角,升交点等参数的轨道控制计算,支持低轨回归太阳同步轨道的星下点经度和降交点地方时保持计算。支持控后推力器标定功能并记录。
轨道管理系统
轨道工具
地面站管理系统
  • 目前测运控软件系统已满足大规模地面站远程监视和控制需求,具备自动化设备调度和管理功能,支持地面站自动化运行,满足各类设备的远程实时状态监视和控制功能,可以根据任务计划开展设备的自动远程管控、自动任务执行,并能对设备状态和任务执行情况进行实时语音通报,达到任务智能值守的目的。
  • 针对不同的地面站设备和卫星型号,地面站管理系统具备各硬件设备协议的快速接入能力,支持天线控制单元、基带单元、信道单元等数据协议的灵活添加和快速匹配,并且软件上可通过界面管理和配置的方式便利操作。开发上各程序模块面向接口设计,有利于后续的业务功能集成。
设备网络状态拓扑
数据中转系统
  • 数据中转系统负责解决航天测运控软件系统、地面站以及和用户之间数据传输和通信问题,属于整个系统的大心脏。系统负责完成TCP/UDP协议转换并能自动处理TCP粘包、拆包问题。可根据网络接收规则和转发规则完成对卫星上行遥控数据和下行遥测数据的转发和接收,可结合JS脚本对上下行数据的结构进行控制。实时监控系统的流量信息和状态,存盘记录各网络链路的数据内容,为事后分析和追溯提供重要依据。
  • 数据中转系统网络通信模块采用Netty框架完成,天然支持NIO、零拷贝、Reactor主从多线程模型,从技术上保证绝对可靠和领先。
网络转发统计信息
网络转发规则
可视化系统
  • 可视化系统软件主要分为卫星模拟和三维演示两个部分。
  • 卫星模拟主要以展示卫星在轨运行状态为主,通过轨道信息在三维场景中模拟演示卫星的在轨运行状态,以多维度形式展示当前卫星飞行状态和周围环境。基于Cesium可视化三维图形库,同时支持坐标系转换。
  • 三维演示主要以场景的展示为主,可对星下点数据、测控站位置、跟踪范围、跟踪时间、晨昏线等信息进行实时显示,支持地图的平移、缩放、经纬网格显示和3D切换。满足卫星的自定义模型装载和三维场景配置,具备不同时间流速控制的推演能力,给用户带来深度感、层次感、真实感的空间态势情况演示。
轨道可视化展示
测站数字孪生系统
  • 测站数字孪生系统运用U3D和数字化技术,通过采集测站天线设备实时数据,利用三维模型实时展示设备的姿态,并通过二三维可视化结合的方式,建设出一个全方位、多维度的数字孪生可视化平台,运用数字化技术实时监控和控制设备运行状态。
  • 以数字孪生技术为前提,公司自研设备1.8m、12m天线为实物,在此基础上设计出了一个反应设备生命周期及内部运动原理的软件系统。该系统由控制软件及姿态显示软件组合而成,采用3D建模技术对设备进行建模,通过实时采集设备数据,构建出虚拟空间的数字孪生体,并同步展现设备的运行姿态、数据链路和内部工作流程等。方便操作者全面直观的掌握设备的运行状态并提早做出相应人工干预。
设备实时运行图
设备实时状态图