航天測控系統(tǒng)測試資源優(yōu)化配置策略

鄭玉航

（陜西西安火箭軍工程大學(xué)2203 分隊(duì)，陜西 西安 710025）

航天事業(yè)的發(fā)展，越來越多的航天器投入使用，其與地面的數(shù)據(jù)信息傳輸工作是保證航天器正常運(yùn)行的關(guān)鍵問題，為了更好地提升航天器的運(yùn)行效率，保證其按照指定的要求進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，需要合理地對測控站點(diǎn)進(jìn)行分配，避免出現(xiàn)可能發(fā)生的不同航天器之間相互影響的問題，提升調(diào)度管理工作開展效率更加高效，配置更加順利，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益提升的目的。本文通過對航天測控系統(tǒng)的分析，對采用蟻群算法優(yōu)化航天測控系統(tǒng)測試資源優(yōu)化配置策略進(jìn)行了總結(jié)，更好地提升測控資源利用率。

1 航天測控系統(tǒng)概述

航天工程構(gòu)成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測控信息系統(tǒng)是跟蹤、控制、掌握航天器運(yùn)行狀態(tài)的途徑，通過測控通信系統(tǒng)可以掌握航天器的飛行軌跡，監(jiān)視航天器是否按照設(shè)定軌道運(yùn)行，對雙方數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，從而實(shí)現(xiàn)航天器完成相應(yīng)的功能使用。若為載人航天工程，則航天測控通信系統(tǒng)需要傳輸航天員的生命體征，搭建語音通話和視頻通道。測控站的主要管理內(nèi)容是航天測控系統(tǒng)的控制，保證自身網(wǎng)絡(luò)與航天器實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐ǖ溃_保數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。航天測控系統(tǒng)主要作用在于保證航天器運(yùn)行軌道正常，動態(tài)化管理相應(yīng)的測控信息，實(shí)時(shí)開展信息數(shù)據(jù)交換。地面站分為固定地面站和活動地面站，前者主要用于長期飛行任務(wù)管理工作，后者主要執(zhí)行短期飛行任務(wù)管理。對于航天器的運(yùn)行管理工作主要由固定地面站展開，并且長期保持與航天器的數(shù)據(jù)聯(lián)系，發(fā)出相關(guān)指令。

2 現(xiàn)階段航天測控系統(tǒng)發(fā)展必要性分析

為了實(shí)現(xiàn)對于航天器的通信活動，需要建立眾多的地面飛行控制中心協(xié)同管理部署才能保證航天器的正常運(yùn)行，因?yàn)樾枰谌珖踔潦澜绶秶罱ㄈ舾珊教鞙y控站，通過將不同數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌安排規(guī)劃實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信系統(tǒng)的建立，構(gòu)建調(diào)度中心安排資源。

根據(jù)我國現(xiàn)階段航天測控系統(tǒng)分析，由于技術(shù)水平發(fā)展相對存在瓶頸，多種限制條件影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此，需要開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)對多個(gè)航天器資源同時(shí)管理部署的能力和技術(shù)，開展內(nèi)部資源配置和調(diào)度。當(dāng)出現(xiàn)航天測控系統(tǒng)需要同時(shí)管理和控制的航天器數(shù)量超過系統(tǒng)要求時(shí)，無法達(dá)到最大的支持程度，那么整體指令將會出現(xiàn)一定的沖突，導(dǎo)致出現(xiàn)系統(tǒng)資源運(yùn)用發(fā)生競爭，部分航天器的正常功能可能無法正常使用。因此，在通常情況下，現(xiàn)階段采用的原則為按照優(yōu)先級進(jìn)行資源分配，即系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)不同航天器同時(shí)向系統(tǒng)控制中心提出任務(wù)，而測控站僅能執(zhí)行一套設(shè)備的情況，則會按照航天器服務(wù)的等級以此進(jìn)行處理，這樣次級航天器的需求則需要相對滯后，導(dǎo)致其實(shí)際運(yùn)行效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

3 航天測控系統(tǒng)發(fā)展途徑分析

如上文所示，航天測控系統(tǒng)不能及時(shí)地處理不同的航天器發(fā)出任務(wù)要求時(shí)，需要按照優(yōu)先級進(jìn)行處理，那么，航天測控系統(tǒng)資源優(yōu)化配置的目的即為提升這一問題的解決效果，現(xiàn)階段常用的措施主要存在以下兩種：

3.1 發(fā)掘先進(jìn)測控技術(shù)

先進(jìn)測控技術(shù)是保證航天器在運(yùn)行過程中，一旦需要處理相關(guān)問題時(shí)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對航天器基本信息獲取的過程，更好地適應(yīng)航天器的實(shí)際要求。假設(shè)測控設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)為空閑，兩顆航天器向測控設(shè)備發(fā)出請求，則需要判斷先后順序，在前一顆航天器測控進(jìn)程結(jié)束后，迅速響應(yīng)對于后一顆航天器的服務(wù)請求，減少系統(tǒng)資源切換時(shí)間，更快地完成這一環(huán)節(jié)要求，與此同時(shí)，由于該環(huán)節(jié)時(shí)間較短，因此，需要更多的航天器運(yùn)行數(shù)據(jù)支撐才能更準(zhǔn)確地做出判斷，并且即使在系統(tǒng)資源切換速度極快的情況，還需保持測控設(shè)備能夠確保運(yùn)行的穩(wěn)定性，達(dá)到可靠使用的效果，這是先進(jìn)測控技術(shù)發(fā)展的必然要求。

3.2 優(yōu)化測控資源利用效果

當(dāng)出現(xiàn)多航天器運(yùn)行測控的情況下，系統(tǒng)可以通過對航天器個(gè)數(shù)參數(shù)和基本信息的獲取來判斷航天器的情況，從而根據(jù)實(shí)際問題的發(fā)生配置合理的測控資源，同時(shí)，增強(qiáng)飛行器飛行過程中問題自主處理能力，減少其向地面系統(tǒng)發(fā)生任務(wù)請求指令，則在一定程度上也可以對測控資源問題得到一定的環(huán)節(jié)。提升自主處理問題的能力，可以延長航天器在飛行過程中交互指令的時(shí)間，在切換不同的航天器處理指令的時(shí)間得到增加，使系統(tǒng)能夠有充足的時(shí)間來處理相關(guān)問題。主要的途徑有：優(yōu)化系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)和設(shè)備調(diào)度，從而改善航天測控系統(tǒng)測試資源的利用，減少發(fā)生多個(gè)航天器同時(shí)發(fā)出需求的情況。

4 航天測控系統(tǒng)測試資源優(yōu)化配置策略

圖1 蟻群算法示意圖

蟻群算法可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的正反饋和魯棒性，可以實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)資源開展分布式瀏覽，在運(yùn)行過程中達(dá)到搜索的目的，同時(shí)，這也是開展航天測控系統(tǒng)測試資源優(yōu)化配置的主要進(jìn)程，其不足之處在于該算法采用的是擬生態(tài)算法，運(yùn)行環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)一定的隨機(jī)性，因此，在實(shí)際執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)多項(xiàng)因素對于系統(tǒng)的影響問題，這是本研究的核心問題所在。圖1 為蟻群算法示意圖。

航天測控系統(tǒng)屬于離散問題，具有一定的典型性，蟻群算法在運(yùn)行過程中，也是通過多步驟的求解來解決有關(guān)問題的，具有足夠的匹配性。在實(shí)踐過程中，首先，對信息素進(jìn)行定義，同時(shí)，初始化運(yùn)行程序，信息素大部分情況表示為狀態(tài)變量，可以對既定的任務(wù)進(jìn)行重新定義展示其狀態(tài)情況，初始化所有進(jìn)程。當(dāng)所有的部分安排完成后可以通過設(shè)定的公式計(jì)算最優(yōu)結(jié)果，同時(shí)，將計(jì)算結(jié)果分配至新的時(shí)間窗口，此時(shí)，系統(tǒng)中這一狀態(tài)為常數(shù)，當(dāng)任務(wù)量相對比較大時(shí)，則需要較多的時(shí)間窗口來處理這些任務(wù)，從而節(jié)省處理問題的時(shí)間，提升在計(jì)算過程中時(shí)間效率。

信息素在執(zhí)行過程中，可以在獲得最新信息時(shí)進(jìn)行更新，每次更新即實(shí)現(xiàn)一次迭代，由此可知，這一時(shí)間計(jì)算出最優(yōu)解，與下一階段計(jì)算得出的最優(yōu)解存在差異，因此，需要信息處理速度大幅度提升，滿足資源配置的要求，在執(zhí)行過程中，設(shè)計(jì)優(yōu)化配置程序需要保證系統(tǒng)設(shè)置的可行性和合理性，保證科學(xué)有效的系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)，在系統(tǒng)加入衰減系統(tǒng)，避免由于數(shù)據(jù)的不斷迭代導(dǎo)致的大規(guī)模數(shù)據(jù)疊加問題，以此可以解決航天測控系統(tǒng)信息素軌跡差異問題。

5 結(jié)語

綜上所述，本次研究主要從理論層面對航天測控系統(tǒng)測試資源優(yōu)化配置策略進(jìn)行研究，通過上述內(nèi)容介紹，可以對航天測控系統(tǒng)的基本信息進(jìn)行基本的了解，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，采用先進(jìn)的技術(shù)開展有關(guān)研究，在傳統(tǒng)的算法無法達(dá)到現(xiàn)階段實(shí)際要求的情況，采用新型算法來開展相關(guān)實(shí)踐運(yùn)用，通過這一思路的分析，可以有效地處理資源配置問題，可以在后期的實(shí)踐應(yīng)用過程中進(jìn)行推廣。