技术领域
[0001] 本发明属于敏捷卫星姿轨控及自主规划任务领域，涉及一种实现星上规划任务动态连续的CMG无感磨合方法。
相关背景技术
[0002] 组批执行在轨规划任务已成为成像卫星主要的工作模式之一。为卫星提供敏捷机动能力的控制力矩陀螺(下文简称CMG)需要不定期进行磨合操作(低速框架以固定角速率转动)以实现对关键组件的保养和维护，从而提升系统在轨可靠性。将传统的CMG磨合方法应用于自主任务规划的组批卫星时，遇到了三个问题：
[0003] 第一，处置效率低。CMG磨合操作由地面站上行指令启动，需要产品和系统设计师制定流程并全程监测状态。单个CMG产品的磨合流程一般持续4～5小时，且单次仅允许一个CMG产品进行磨合，因此，当在轨卫星数量增加、尤其是组批执行任务时，由CMG磨合增加的在轨维护工时与有限的设计师人力之间的矛盾日益突出。
[0004] 第二，处置风险大。受测控资源所限，同时为了降低风险，传统的CMG磨合以开环方式且主要在境外执行，地面人员对于CMG磨合过程中的异常情况无法及时发现和处置，风险较大。
[0005] 第三，用户任务受影响。传统的CMG磨合流程要求在启动前中断用户任务、结束后重启用户任务，这对于长周期连续规划、多星协同的卫星规划任务的自主性、连续性和完成效率的影响较大。
具体实施方式
[0050] 下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
[0051] 本发明提出一种实现星上规划任务动态连续的CMG无感磨合方法，定义为：在无需地面支持的情况下，卫星控制系统自主完成CMG导电环的磨合保养、磨合健康管理以及磨合过程规划任务重分配的方法，称为CMG无感磨合。无感磨合的特征体现在：
[0052] 1)CMG保养维护的响应及处理时间缩短，在轨状态恢复加快。
[0053] 2)磨合过程中的故障可自主监测和处理。
[0054] 3)实现在磨合期间对任务进行重规划，确保任务的连续性，降低CMG产品维护对卫星使用的影响。
[0055] 如图1所示，实现星上规划任务动态连续的CMG无感磨合方法，具体包括如下步骤：
[0056] 步骤一、对卫星的控制力矩陀螺进行编号，记为CMGi；其中，i为控制力矩陀螺的序号，i＝1，2，3，4，5，6。
[0057] 步骤二、当需要对某一CMGi进行磨合时，将CMGi从星上控制系统切除；同时，星上控制系统控制其它5个控制力矩陀螺继续保持当前卫星任务。
[0058] 判断CMGi需要进行磨合的方法为：
[0059] S21、CMGi连续多个控制周期未引入星上控制系统；
[0060] S22、按照CMG产品使用规范，CMGi需要进行保养；
[0061] 当满足S11或S12时，判断CMGi需要进行磨合；否则，判断CMGi不需要进行磨合。
[0062] 当卫星当前为对日定向模式或对地定向模式时，直接将CMGi从星上控制系统切除，同时高速转子从标称转速降速至0；当卫星当前为非对日定向模式及对地定向模式时，待卫星转入对日定向模式或对地定向模式1s后，将CMGi从星上控制系统切除，同时高速转子从标称转速降速至0。
[0063] 步骤三、控制CMGi的框架以预设正角速率运动预设时间；并判断CMGi的框架是否运动正常、星上控制系统状态是否适宜磨合；当框架运动正常且星上控制系统状态适宜磨合时，进入步骤四；当框架运动不正常或星上控制系统状态不适宜磨合时，停止磨合，并记退出位置StepNum＝1。
[0064] 判断CMGi的框架是否运动正常的方法为：
[0065] S31、CMGi的框架运动10s后，CMGi的转速与期望转速的差在±2°/s区间内。
[0066] S32、CMGi的框架运动正常。
[0067] 当满足S31和S32时，判断CMGi的框架运动正常；否则，判断CMGi的框架运动不正常。
[0068] 步骤四、控制CMGi的框架以预设负角速率运动预设时间；并判断CMGi的框架是否运动正常、星上控制系统状态是否适宜磨合；当框架运动正常且星上控制系统状态适宜磨合时，进入步骤五；框架运动不正常或星上控制系统状态不适宜磨合时，停止磨合，停止磨合，并记退出位置StepNum＝2。
[0069] 判断CMGi的框架是否运动正常的方法为：
[0070] S41、CMGi的框架运动10s后，CMGi的框架的转速与期望转速的差在±2°/s区间内。
[0071] S42、CMGi的框架运动正常。
[0072] 当满足S41和S42时，判断CMGi的框架运动正常；否则，判断CMGi的框架运动不正常。
[0073] 步骤五、将CMGi的框架转动至0°；并在预设时间间隔后，判断CMGi的框架状态是否正常、星上控制系统状态是否适宜磨合；当CMGi的框架状态正常且星上控制系统状态适宜磨合时，在预设时间间隔后进入步骤六；当CMGi的框架状态不正常或星上控制系统状态不适宜磨合时，停止磨合，并记退出位置StepNum＝3。
[0074] 判断CMGi框架状态是否正常的方法为：
[0075] S51、预设时间间隔为90s；90s后，CMGi的框架的转角与0°的差在±1°区间内。
[0076] S52、CMGi的工作模式正常。
[0077] 当满足S51和S52时，判断CMGi的框架状态正常；否则，判断CMGi的框架状态不正常。
[0078] 步骤六、将CMGi的转子转动至预设转速；并判断CMGi的转子状态是否正常、星上控制系统状态是否适宜磨合；当转子状态正常且星上控制系统状态适宜磨合时，在预设时间间隔后进入步骤七；当转子状态不正常或星上控制系统状态不适宜磨合时，停止磨合，并记退出位置StepNum＝4。
[0079] 判断CMGi的转子状态是否正常的方法为：
[0080] S61、CMGi的转子运动890s后，CMGi的转子的转速与7680rpm的差在±5rpm°区间内。
[0081] S62、CMGi的工作模式正常。
[0082] 当满足S61和S62时，判断CMGi的转子状态正常；否则，判断CMGi的转子状态不正常。
[0083] 步骤七、再次将CMGi的框架转动至0°，保持CMGi的转子维持预设转速；将CMGi重新引入星上控制系统；并判断CMGi的工作模式是否正常、星上控制系统状态是否适宜磨合；当CMGi的工作模式正常且星上控制系统状态适宜磨合时，在预设时间间隔后进入步骤八；当CMGi的工作模式不正常或星上控制系统状态不适宜磨合，停止磨合，记退出位置StepNum＝5，进入步骤九；
[0084] 步骤八、完成CMGi的无感磨合；星上控制系统控制6个控制力矩陀螺继续保持当前卫星任务；
[0085] 步骤九、根据记录的StepNum确定在哪个步骤存在停止磨合的情况。
[0086] 在本发明的设计中，步骤三、步骤四、步骤五、步骤六、步骤七中，判断星上控制系统状态是否适宜磨合的方法为：
[0087] S71、系统未处于喷气卸载状态。
[0088] S72、当前模式为对日定向模式、姿态机动模式、对地定向模式、姿态角速度预置模式或匀地速跟踪模式。
[0089] 当满足S71和S72时，判断星上控制系统状态适宜磨合；否则，判断星上控制系统状态不适宜磨合。
[0090] 步骤二至步骤七按时序间隔执行。其中，步骤二与步骤三之间的时间间隔为3600s；步骤三与步骤四之间的时间间隔为5400s；步骤四与步骤五之间的时间间隔为
5400s；步骤五与步骤六之间的时间间隔为120s；步骤六与步骤七之间的时间间隔为900s。
[0091] 实施例
[0092] 当某一卫星(配置CMG个数RealCmgNum为6个，CMG无感磨合总开关为使能状态)的CMG1产品发生故障，该卫星的控制系统监测到“CMG故障标志”显示为“故障”，且引入系统的CMG个数CmgNum为5，当这一现象发生满2400个控制周期时，系统自主引导磨合程序启动。具体操作如下：
[0093] 1、将“CMG无感磨合总开关”置为“禁能”。
[0094] 2、确定为引入的CMG为CMG1。
[0095] 3、判读CMG1的无感磨合子开关，显示为使能，故通过策略一所述“CMG1磨合”进入CMG1的磨合流程，标志State_CMG_Maintain更新为“是”，变量Num_CMG_Maintain更新为1。同时，控制软件发送状态信息报文给规划软件，进行无感磨合故障预报；规划软件对当前的重要特征参数进行保存，并按新的机动能力进行第一次重规划。
[0096] 4、在磨合过程中，控制软件自主监视和诊断磨合中的状态量和标志，一旦出现异常，无需等待地面人员发现，即可及时退出程序，并以错误码形式记录错误原因，使磨合过程安全可控。规划软件定周期接收控制软件报文，直至磨合完成。
[0097] 5、当CMG磨合程序的四个阶段均已完成，State_CMG_Maintain更新为“否”，变量Num_CMG_Maintain更新为0，表示CMG1磨合正常结束。此时，CMG1已引入系统工作(CmgNum恢复为6)。
[0098] 6、磨合完成后，规划软件对规划软件重要特征参数进行恢复，利用新获取的时间、轨道、机动能力以及保存的任务信息，进行第二次重规划。
[0099] 上述过程持续4～5个小时，在此过程中，所有操作均为星上自主发出和执行，利用控制软件和规划软件的协同工作，卫星按照磨合期间的实际能力对任务进行重新分配和规划，无需用户重新上注任务，即可完成对预定目标的任务执行。
[0100] 本发明不同于传统的逐条指令磨合方式，正常情况下，仅需一条指令(或星上自主)启动磨合流程，且流程参数可配置、程序状态有记录，大大降低了对测控资源和人力资源的依赖和消耗，提高了在轨处置的效率。
[0101] 本发明中的配置参数可根据在轨产品的特性、用户需求变化动态调整，自主故障监测解决了传统磨合方法境外操作不可控的问题，提高磨合操作的可靠性，能快速有效定位在轨磨合原因和时间、磨合退出原因和磨合退出时间，快速分析当前的磨合状态，为后续分析提供依据。
[0102] 本发明基于控制系统CMG磨合流程和自主任务规划参数的动态交互，当CMG在轨需要保养或维护时，可立即处理，并在最短的时间内引入系统。在自主处理CMG故障的同时，利用两次动态重规划，并行完成CMG故障修复和卫星在轨规划任务参数调整，高效解决用户对于突发CMG故障处置和规划任务连续的双重需求，合理利用资源，保证用户任务连续。
[0103] 本发明提出了实现星上规划任务动态连续的CMG无感磨合方法，无需消耗一天以上时间进行故障判读、上报、批准、观测圈次申请、多圈次逐条指令上注，减轻了设计师与卫星管理方的负担，同时避免了传统卫星在CMG故障情况下需要启动安全模式、关载荷、听任务、清程控指令区等操作，快速恢复CMG工作状态，实现用户对CMG磨合这一处置流程无感。
[0104] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
