[发明专利]小天体撞击探测自主导航与制导控制规划调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深空探测器的自主导航与控制规划调度方法。

背景技术

自主导航与制导控制系统通过软件实现在不需地面站支持就能自主确定探测器的状态，并导引探测器完成预定撞击任务。小天体撞击探测飞行距离远，运行阶段多，各阶段所处环境差异大，这要求导航与制导控制系统需要完成复杂繁琐的在轨操作，以保证工程任务与科学任务的顺利实现。繁杂的在轨操作使星载软件因任务多而使规模变大，各任务有不同的实时性要求，任务间的联系增多。以往进行导航、制导与控制系统的软件结构设计时主要针对单任务或少量任务，一般采用顺序编程加中断方法。系统的复杂化及对实时性的高要求使传统串行的软件设计方式不再满足实际应用需求，如果仍然用传统星载软件的设计方法、开发手段，则系统设计时头绪多、结构复杂、条理不清，而且很难借鉴其它软件的先进经验不利于探测器技术的延续发展。同时为了扩大探测任务的适应性和探测器的功能，以及便于后续探测任务的继承性，需要自主导航与制导控制系统软件要具有较强的可替换性及可扩展性。嵌入式实时操作系统(RTOS)在此方面则有着其突出的优点。VxWorks操作系统就是一种嵌入式实时操作系统，提供了高效的实时任务调度、中断管理、实时的系统资源以及任务间通信等功能。高性能的操作系统微内核Wind支持实时特性，其设计减少了系统开销，高效的任务管理保证了对外部事件快速、准确的反应；快速灵活的任务间和进程间通信允许独立的任务在实时系统中与其行动相协调。VxWorks嵌入式实时操作系统经过广泛的验证，已成功的应用在航空、航天中的关键领域。

发明内容

本发明为了让解决现有技术的自主导航与制导控制规划调度方法存在任务众多、可替换性差、可扩展性差的问题，提出一种小天体撞击探测自主导航与制导控制规划调度方法。

小天体撞击探测自主导航与制导控制规划调度方法，它由主任务main_task和四个子任务实现，所述四个子任务为GNC规划任务Task_GNC_pro、数据采集任务Task_SAM_X、GNC任务Task_GNC和轨道确定任务；

主任务main_task的优先级最高，用于完成各部分的初始化，设置系统时钟中断频率、系统当前时间及任务调度策略，完成对各二进制信号量、子任务及定时器的创建，并在获取得到相关信号量时，启动与所述信号量相关的定时器，结束相关任务；

GNC规划任务Task_GNC_pro的优先级仅次于主任务main_task，用于在每个执行周期开始时，根据当前撞击器的轨道和姿态状态量，给出探测器轨道机动标识位flag_mot_orb、探测器姿态机动标识位flag_mot_ati和机动点火标识位flag_mot_ign，为确定同周期GNC任务Task_GNC下的功能函数的执行顺序提供判断依据；

数据采集任务Task_SAM_X的优先级仅次于GNC规划任务Task_GNC_pro，用于在不同采样周期读取各敏感器的测量数据；所述数据采集任务Task_SAM_X包括4个数据采集子任务，分别为速率陀螺数据采集任务Task_SAM_omega、加速度计数据采集任务Task_SAM_acel、星敏感器数据采集任务Task_SAM_q和光学导航相机数据采集任务Task_SAM_p；所述4个子任务的优先级相同，所述4个子任务间采用时间片轮转调度算法进行调度执行；

GNC任务Task_GNC的优先级仅次于数据采集任务Task_SAM_X，根据GNC规划任务Task_GNC_pro给出的各个标志位的组合来确定飞行模式，并根据数据采集任务Task_SAM_X得到的当前时刻敏感器更新数据，完成在每个执行周期内对撞击器状态的导航、制导与控制任务；

轨道确定任务Task_ORB_fuse的优先级最低，所述轨道确定任务Task_ORB_fuse每隔15s进行一次，在执行任务时，首先判断轨道和姿态是否有机动的情况，当轨道和姿态均无机动，则小天体处于稳定状态，利用光学导航相机数据对小天体轨道参数进行修正；否则退出任务。

本发明针对小天体撞击探测任务，应用VxWorks嵌入式实时操作系统，提出一种小天体撞击探测自主导航与制导控制规划调度方法。对自主导航与制导控制系统的控制模式进行设计；在此基础上，综合考虑小天体撞击探测任务的实时性要求、不同飞行模式的耦合关系、轨道确定的数学运算量以及对不同敏感器数据采集的周期性控制等多方面因素，对小天体撞击探测任务进行模块化分解，提出各个任务模块间的同步方式与通信手段，最终完成小天体撞击探测任务。

附图说明