阅读说明：本技术 低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法及系统 (Low-orbit satellite ground measurement and control system satellite control center disaster recovery backup method and system ) 是由 杨文洁 杨蛟龙 赵军祥 吕波 陈爱平 张玉峰 柴建国 苗留成 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本申请实施例公开了一种低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法及系统,通过为主用卫星控制中心设置至少一个备用卫星控制中心,主、备用卫星控制中心地理上位于不同区域、供电电源也不相同,且主用卫星控制中心与备用卫星控制中心的状态互斥,同一时刻有且仅有一个主用卫星控制中心；实现主用卫星控制中心和备用卫星控制中心在管理上及信息处理上的完全分工,并在主、备用卫星控制中心之间进行遥测、遥控、测距、测速和外部接口信息的交互通信,实现了备用卫星控制中心对主用卫星控制中心的核心信息的完全备份,在主用卫星控制中心遭遇故障时,能实时、无缝切换,适用于低轨卫星地面测控系统卫星控制中心的容灾备份的设计与建设,提高了地面测控系统的可靠性和可用度。(The embodiment of the application discloses a disaster recovery backup method and a disaster recovery backup system for satellite control centers of low-orbit satellite ground measurement and control systems, wherein at least spare satellite control centers are arranged for a main satellite control center, the main satellite control center and the spare satellite control center are geographically located in different areas, power supplies are different, states of the main satellite control center and the spare satellite control center are mutually exclusive, only main satellite control centers are arranged at moment, complete division of the main satellite control center and the spare satellite control center in management and information processing is realized, and mutual communication of telemetering, remote control, distance measurement, speed measurement and external interface information is carried out between the main satellite control center and the spare satellite control center, so that complete backup of core information of the main satellite control center to the spare satellite control center is realized, real-time and seamless switching can be realized when the main satellite control center fails, the disaster recovery backup method and the disaster recovery backup method are suitable for the satellite control centers of the low-orbit satellite ground measurement and control systems, and the reliability and the availability of the ground measurement and control systems are improved.)

低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法及系统

技术领域

本发明涉及一种低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法及系统。

背景技术

近地卫星地面测控系统包括卫星控制中心和测控站，一般由一个卫星控制中心和多个测控站组成。

卫星控制中心主要负责后端数据处理，包括遥测数据处理、卫星状态监视、遥控指令或数据块加工、利用遥测下传的定位数据和地面测距测速数据定轨等；测控站提供与卫星进行信息交互的通道，跟踪卫星，并完成数字信号与射频信号的转换。

对于近地卫星地面测控系统，为了保证测控的可靠性和可用度，在规划和论证测控站的数量和布署时，是基于提高对卫星的可见弧段时长进行设计的，但卫星控制中心一般通过对中心内的硬件、软件进行冗余热备份来避免单点失效，从而保证其可靠性。

卫星控制中心作为地面测控系统的关键分系统，在任何情形下，必须要保证其可用。考虑到自然灾害如地震、战乱等因素，卫星控制中心按整系统来进行备份显得尤为重要。

遗憾的是，目前并无相关技术方案可供参考。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例期望提供一种低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法及系统，能够提供冗余卫星控制中心，保障低轨卫星地面测控系统的稳定运行，不受自然灾害、电力供应等影响而稳定提供通信、遥测、定位等服务。

本发明的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法，包括：

为主用卫星控制中心设置至少一个备用卫星控制中心，所述至少一个备用卫星控制中心与所述主用卫星控制中心的硬件及系统应用配置一致且匹配；所述至少一个备用卫星控制中心与所述主用卫星控制中心之间通过至少一种通信传输线路电连接；所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心通过通信传输线路连接测控站的基带设备；

在卫星跟踪过程中，测控站接收到卫星发送的下行遥测数据后，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心基于所连接的基带设备接收所述遥测数据，并进行校验和相应处理；所述主用卫星控制中心通过网络连接控制所述测控站的基带设备，由所述测控站对卫星进行捕获、测距和测速，接收测距和测速结果，并将测距和测速结果向所述至少一个备用卫星控制中心发送，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心均对测距和测速结果进行分析；

在所述测控站捕获卫星后，所述主用卫星控制中心通过所述测控站的基带设备向被捕获的卫星发送遥控指令和轨道数据块，基于所发送的遥控指令和轨道数据块对卫星进行遥测，以确定卫星的遥控接收状态；所述主用卫星控制中心将发送给卫星的遥控指令和轨道数据块的发送状态同步至所述至少一个备用卫星控制中心，并发送遥控指令和轨道数据块过程中进行主用卫星控制中心切换时，由切换后的新的主用卫星控制中心基于当前的遥控指令和轨道数据块的发送状态继续发送未上行注入的或未成功上行注入的遥控指令和轨道数据块：

使用过程中，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心同时接收其他地面应用系统的交互信息并予以响应，仅由所述主用卫星控制中心向其他地面应用系统发送卫星测控计划、跟踪引导文件、轨道瞬时根数和星历的相关任务信息。

所述方法还包括：

所述主用卫星控制中心周期性地解析卫星发送的定位数据、卫星与测控站之间的测量数据，对卫星进行定轨和外推，生成待上行注入的轨道数据块，以及卫星测控计划和测控站跟踪引导文件，并将卫星测控计划和测控站跟踪引导文件向测控站发送，并将卫星测控计划、定轨数据及星历向地面应用系统发送；所述地面应用系统周期性地将卫星工作计划向所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心发送，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心基于卫星工作计划生成上行注入数据块。

上述技术方案中，所述主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心中的至少之一选址不同；所述主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心中的各卫星控制中心的供电电源不同；

所述选址不同包含地理位置上相距超过设定阈值。

上述技术方案中，所述至少一个备用卫星控制中心为两个以上时，所述至少一个备用卫星控制中心中的至少两个备用卫星控制中心选址不同。

上述技术方案中，所述主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心的状态互斥，同一时刻有且仅有一个主用卫星控制中心。

一种低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份系统，所述系统包括：主用卫星控制中心、至少一个备用卫星控制中心、测控站、测控站的基带设备、地面应用系统；所述至少一个备用卫星控制中心与所述主用卫星控制中心之间通过至少一种通信传输线路电连接；所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心通过通信传输线路连接测控站的基带设备；所述至少一个备用卫星控制中心与所述主用卫星控制中心的硬件及系统应用配置一致且匹配；

在卫星跟踪过程中，测控站接收到卫星发送的下行遥测数据后，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心基于所连接的基带设备接收所述遥测数据，并进行校验和相应处理；所述主用卫星控制中心通过网络连接控制所述测控站的基带设备，由所述测控站对卫星进行捕获、测距和测速，接收测距和测速结果，并将测距和测速结果向所述至少一个备用卫星控制中心发送，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心均对测距和测速结果进行分析；

在所述测控站捕获卫星后，所述主用卫星控制中心通过所述测控站的基带设备向被捕获的卫星发送遥控指令和轨道数据块，基于所发送的遥控指令和轨道数据块对卫星进行遥测，以确定卫星的遥控接收状态；所述主用卫星控制中心将发送给卫星的遥控指令和轨道数据块的发送状态同步至所述至少一个备用卫星控制中心，并发送遥控指令和轨道数据块过程中进行主用卫星控制中心切换时，由切换后的新的主用卫星控制中心基于当前的遥控指令和轨道数据块的发送状态继续发送未上行注入的或未成功上行注入的遥控指令和轨道数据块；

使用过程中，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心同时接收其他地面应用系统的交互信息并予以响应，仅由所述主用卫星控制中心向其他地面应用系统发送卫星测控计划、跟踪引导文件、轨道瞬时根数和星历的相关任务信息。

上述技术方案中，所述主用卫星控制中心周期性地解析卫星发送的定位数据、卫星与测控站之间的测量数据，对卫星进行定轨和外推，生成待上行注入的轨道数据块，以及卫星测控计划和测控站跟踪引导文件，并将卫星测控计划和测控站跟踪引导文件向测控站发送，并将卫星测控计划、定轨数据及星历向地面应用系统发送；所述地面应用系统周期性地将卫星工作计划向所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心发送，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心基于卫星工作计划生成上行注入数据块。

上述技术方案中，所述主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心中的至少之一选址不同；所述主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心中的各卫星控制中心的供电电源不同；

所述选址不同包含地理位置上相距超过设定阈值。

上述技术方案中，所述至少一个备用卫星控制中心为两个以上时，所述至少一个备用卫星控制中心中的至少两个备用卫星控制中心选址不同。

上述技术方案中，所述主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心的状态互斥，同一时刻有且仅有一个主用卫星控制中心。

本申请实施例的技术方案所提出的低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法及系统，通过为主用卫星控制中心设置至少一个备用卫星控制中心，主用卫星控制中心和备用卫星控制中心地理上位于不同区域、供电电源也各不同相同，且主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心的状态互斥，同一时刻有且仅有一个主用卫星控制中心；实现主用卫星控制中心和备用卫星控制中心在管理上及信息处理上的完全分工，并在主用卫星控制中心与备用卫星控制中心之间进行遥测、遥控、测距、测速和外部接口信息的交互通信，实现了备用卫星控制中心对主用卫星控制中心的核心信息的完全备份，在主用卫星控制中心遭遇故障时，具有实时、无缝切换的特点，适用于低轨卫星地面测控系统卫星控制中心的容灾备份中心的设计与建设，提高了地面测控系统的可靠性和可用度。

附图说明

图1为本申请实施例的低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法的流程示意图；

图2为本申请实施例的低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份系统的组成结构示意图。

具体实施方式

在不冲突的情况下，本发明所记载的实施例之间的技术方案能够合并。

本申请文件主要是对卫星控制中心进行整系统备份，并设计一套主用卫星控制中心和备用卫星控制中心的分别管理与分工的方案，使主用卫星控制中心和备用卫星控制中心之间进行遥测、遥控、测距、测速和外部接口信息的交互，从而保障低轨卫星地面测控系统的稳定运行，不受自然灾害、电力供应等影响而稳定提供通信、遥测、定位等服务。

本申请实施例的低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份系统中，为主用卫星控制中心设置至少一个备用卫星控制中心。本申请实施例中，可以多设置备用卫星控制中心，如两个以上或更多个，设置的备用卫星控制中心数量越多，整个系统的容灾性能更佳。所述至少一个备用卫星控制中心与所述主用卫星控制中心的硬件及系统应用配置一致且匹配；所述至少一个备用卫星控制中心与所述主用卫星控制中心之间通过至少一种通信传输线路电连接；本申请实施例中，主用卫星控制中心与至少一个备用卫星控制中心之间相互连接且互为备份。所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心通过通信传输线路连接测控站的基带设备。本申请实施例中，备用卫星控制中心在选址上与主用卫星控制中心及地面测控站需要独立设置，主用卫星控制中心、备用卫星控制中心在地理位置上应尽量分开，并接入不同的市电电源，或者为主用卫星控制中心、备用卫星控制中心分别配备备用电源。备用卫星控制中心是系统级的备份设备，包括系统硬件、软件、数据库及对外接口等，备用卫星控制中心与主用卫星控制中心除网络参数外，其他配置完全一致。主用卫星控制中心、备用卫星控制中心由系统管理员通过中心管理软件进行管理和标识，各卫星控制中心均具备主用卫星控制中心及备用卫星控制中心角色切换的能力，并保证主用卫星控制中心与备用卫星控制中心的状态互斥，即同一时刻有且只有一个主用卫星控制中心，其余均为备用卫星控制中心。当某一时刻某备用卫星控制中心切换为主用卫星控制中心时，其余的可用卫星控制中心均作为备用卫星控制中心。

基于上述低轨卫星地面测控系统的结构描述，图1为本申请实施例的低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法的流程示意图，如图1所示，本申请实施例的低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份方法包括以下步骤：

步骤101，在卫星跟踪过程中，测控站接收到卫星发送的下行遥测数据后，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心基于所连接的基带设备接收所述遥测数据，并进行校验和相应处理；所述主用卫星控制中心通过网络连接控制所述测控站的基带设备，由所述测控站对卫星进行捕获、测距和测速，接收测距和测速结果，并将测距和测速结果向所述至少一个备用卫星控制中心发送，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心均对测距和测速结果进行分析。

本申请实施例中，各测控站在各自可见弧段跟踪卫星，接收和解调卫星下行遥测数据，主用卫星控制中心、备用卫星控制中心通过网络连接各测控站的基带设备，接收遥测数据，实时处理得到卫星的工程参数并显示。一旦卫星遥测参数超过设定的门限，主用卫星控制中心、备用卫星控制中心会分别告警。主用卫星控制中心、备用卫星控制中心将所接收的原始遥测数据和处理结果存至各自的数据库中。

步骤102，在所述测控站捕获卫星后，所述主用卫星控制中心通过所述测控站的基带设备向被捕获的卫星发送遥控指令和轨道数据块，基于所发送的遥控指令和轨道数据块对卫星进行遥测，以确定卫星的遥控接收状态；所述主用卫星控制中心将发送给卫星的遥控指令和轨道数据块的发送状态同步至所述至少一个备用卫星控制中心，并发送遥控指令和轨道数据块过程中进行主用卫星控制中心切换时，由切换后的新的主用卫星控制中心基于当前的遥控指令和轨道数据块的发送状态继续发送未上行注入的或未成功上行注入的遥控指令和轨道数据块。

本申请实施例中，在卫星跟踪过程中，主用卫星控制中心通过网络连接测控主站，对卫星进行双捕、测距和测速，主用卫星控制中心通过网络连接测控主站的基带设备，接收测距和测速结果，并将测距、测速结果同步发往备用卫星控制中心，主用卫星控制中心、备用卫星控制中心均将测距和测速存入各自的数据库中。

步骤103，使用过程中，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心同时接收其他地面应用系统的交互信息并予以响应，仅由所述主用卫星控制中心向其他地面应用系统发送卫星测控计划、跟踪引导文件、轨道瞬时根数和星历的相关任务信息。

本申请实施例中，在测控主站完成对卫星的双捕后，主用卫星控制中心通过网络连接测控主站的基带设备，发送遥控指令和数据块；主用卫星控制中心在任务前，根据所接收到的运控系统的工作计划，各自独立加工下一圈次需要上行注入的遥控数据。

本申请实施例中，遥控指令只允许主用卫星控制中心发送，备用卫星控制中心通过网络可以监视主用卫星控制中心的遥控指令发送状态，不允许备用卫星控制中心发送任何指令。在紧急情形下完成备用卫星控制中心到主用卫星控制中心的切换后，将由新的主用卫星控制中心(之前的备用卫星控制中心)继续发送未上行注入的或未成功上行注入的遥控指令和数据块。

主用卫星控制中心、备用卫星控制中心与其他各分地面应用系统的接口协议一致。使用过程中，主用卫星控制中心、备用卫星控制中心同时接收其他各分系统的信息并给予响应，但有且只有主中心主动向其他各分地面应用系统发送相关任务信息，这些任务信息包括卫星测控计划、跟踪引导文件、轨道瞬时根数和星历等。

以巴基斯坦一号遥感卫星测控系统为例，进一步阐明说明本申请实施例的技术方案实质。巴基斯坦的遥控卫星地面测控系统由两个卫星控制中心和两个地面测控站组成，分别布署在***堡和卡拉奇，两个卫星控制中心之间通过光纤连通。定义并设置主用卫星控制中心。设置***堡卫星控制中心为默认主中心，并在中心管理软件上进行标识，此时卡拉奇卫星控制中心自动被设置为备用卫星控制中心。

主用卫星控制中心每天会自动解析卫星下传的定位数据与地面外测数据，进行定轨和外推，生成待上行注入的轨道数据块，生成测控计划和各测控站跟踪引导文件并发往两个测控站，同时将测控计划、精轨数据及星历发往地面应用系统；

地面应用系统每天会将卫星工作计划发往主用卫星控制中心、备用卫星控制中心，主用卫星控制中心、备用卫星控制中心根据该工作计划自动生成上行注入数据块；

卫星入境前，两个测控站会根据测控计划中的策略配置相应的工作模式，配置成功后将各自的工作模式向主用卫星控制中心、备用卫星控制中心通知；

卫星入境后，主用卫星控制中心、备用卫星控制中心会连接两个测控站的基带，读取卫星遥测数据；

需要进行上行注入的测控站(主站)会对卫星进行双捕，双捕完成后将状态上报给主用卫星控制中心、备用卫星控制中心，并进行测距和测速；

主用卫星控制中心连接测控主站的基带设备，读取测距和测速结果，并根据任务需要通过该基带设备进行上行注入；

主用卫星控制中心、备用卫星控制中心对数据块的上行注入状态进行监视，上行注入完成后，主用卫星控制中心自动将卫星工作计划的上行注入状态发往地面应用系统；

指令或数据块上行注入前，如果主用卫星控制中心出现异常如故障等，即进行主用卫星控制中心与备用卫星控制中心的切换，主用卫星控制中心切换完成之后，新的主用卫星控制中心(之前的备用卫星控制中心)将执行上行注入任务。上行注入过程中，如果主用卫星控制中心出现异常，可根据上行注入指令的执行状态，标记最后一条未成功发送或执行的指令，再次进行主用卫星控制中心与备用卫星控制中心的状态切换，状态切换完成后，用新的主用卫星控制中心(之前的备用卫星控制中心)从被标记的指令开始继续上行注入；

卫星离境后，地面应用系统将通过数传通道下传的小型固态存储器的遥测发往主用卫星控制中心、备用卫星控制中心；

其他情形下，可根据需要进行主用卫星控制中心与备用卫星控制中心的切换。

图2为本申请实施例的低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份系统的组成结构示意图，如图2所示，本申请实施例的低轨卫星地面测控系统卫星控制中心容灾备份系统包括：主用卫星控制中心、至少一个备用卫星控制中心、测控站、测控站的基带设备、地面应用系统；地面应用系统与各卫星控制中心(主、备用卫星控制中心)分别连接；所述至少一个备用卫星控制中心与所述主用卫星控制中心之间通过至少一种通信传输线路电连接；所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心通过通信传输线路连接测控站的基带设备；本申请实施例中，测控站包括一个主测控站和两个备用测控站。所述至少一个备用卫星控制中心与所述主用卫星控制中心的硬件及系统应用配置一致且匹配；

在卫星跟踪过程中，测控站接收到卫星发送的下行遥测数据后，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心基于所连接的基带设备接收所述遥测数据，并进行校验和相应处理；所述主用卫星控制中心通过网络连接控制所述测控站的基带设备，由所述测控站对卫星进行捕获、测距和测速，接收测距和测速结果，并将测距和测速结果向所述至少一个备用卫星控制中心发送，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心均对测距和测速结果进行分析；

在所述测控站捕获卫星后，所述主用卫星控制中心通过所述测控站的基带设备向被捕获的卫星发送遥控指令和轨道数据块，基于所发送的遥控指令和轨道数据块对卫星进行遥测，以确定卫星的遥控接收状态；所述主用卫星控制中心将发送给卫星的遥控指令和轨道数据块的发送状态同步至所述至少一个备用卫星控制中心，并发送遥控指令和轨道数据块过程中进行主用卫星控制中心切换时，由切换后的新的主用卫星控制中心基于当前的遥控指令和轨道数据块的发送状态继续发送未上行注入的或未成功上行注入的遥控指令和轨道数据块；

使用过程中，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心同时接收其他地面应用系统的交互信息并予以响应，仅由所述主用卫星控制中心向其他地面应用系统发送卫星测控计划、跟踪引导文件、轨道瞬时根数和星历的相关任务信息。

本申请实施例的主用卫星控制中心周期性地解析卫星发送的定位数据、卫星与测控站之间的测量数据，对卫星进行定轨和外推，生成待上行注入的轨道数据块，以及卫星测控计划和测控站跟踪引导文件，并将卫星测控计划和测控站跟踪引导文件向测控站发送，并将卫星测控计划、定轨数据及星历向地面应用系统发送；所述地面应用系统周期性地将卫星工作计划向所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心发送，所述主用卫星控制中心及所述至少一个备用卫星控制中心基于卫星工作计划生成上行注入数据块。

本申请实施例的主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心中的至少之一选址不同；所述主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心中的各卫星控制中心的供电电源不同；

所述选址不同包含地理位置上相距超过设定阈值。

当本申请实施例的至少一个备用卫星控制中心为两个以上时，所述至少一个备用卫星控制中心中的至少两个备用卫星控制中心选址不同。

本申请实施例的主用卫星控制中心与所述至少一个备用卫星控制中心的状态互斥，同一时刻有且仅有一个主用卫星控制中心。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。