低轨卫星测控站监控与任务管理系统的设计与实现

引言

地面站测控系统作为航天器与地面管控平台的核心信息交互枢纽，承担着卫星遥测数据实时接收、遥控指令精准发送、轨道姿态持续跟踪以及天地双向通信传输等关键职能。针对低轨卫星轨道运行速度显著高于地球同步卫星、通信频段普遍较高的特性，地面站需在有限弧段内完成高频次通信任务，这要求系统架构中必须构建具备自主任务规划能力的智能化管理系统，以实现多目标协同作业与复杂任务链的优化调度。

1 监控与任务管理系统概述

测控站监控和任务管理系统的主要作用是接受任务计划、进行调度和运行管理，同时还能够完成设备监视控制、流程控制跟踪、工作状态检测、实施数据采集记录等多项任务，为测控子站系统管理、监视和控制提供保障，在接受上一级命令的过程中，能够及时发送相应的状态数据。天线、基带单元、射频单元是卫星测控站主要的硬件设备，为了提升测控任务的连续性与稳定性，需要将相关设备维持在良好的工作状态。

2 监控与任务管理系统总体架构

2.1 数据层

数据层涵盖数据采集汇聚、清洗、实时计算与存储功能。数据采集汇聚规范了外部系统通信协议、接口及传输方式；数据清洗实现质量校验；实时计算支撑异常侦测等业务需求；存储采用MySQL 数据库管理结构化数据，FTP 管理非结构化数据。

2.2 服务层

服务层包含任务管理、设备监控、日志管理核心模块。任务管理模块支持站管软件任务下发、XML 解析录入及二行根数计算三种任务接收模式，驱动设备执行宏指令完成卫星建链。设备监控模块实现子站设备秒级监控（含天线控制单元、功放等），具备故障报警与远程控制能力。日志模块记录系统运行状态，系统管理集成门户登录、权限分配等功能。

2.3 应用层

应用层分为任务管理、设备监控、宏管理、系统管理四大功能板块：

任务管理：涵盖任务编辑、轨道预报、冲突监测等全流程操作设备监控：集成链路状态监测、自检、报警联动功能宏管理：提供宏指令编辑、校验、调用全周期管控系统管理：实现门户鉴权、日志审计、告警处置等运维功能该层基于服务层构建，通过可视化界面实现

3 监控与任务管理系统主要模块的设计

3.1 任务计划管理模块

作为软件系统的核心功能模块，任务计划管理模块主要涵盖以下两项核心功能：第一，具备基于预设双行根数生成跟踪任务计划的能力，同时可通过站管协议接口实现外部任务指令的标准化接收；第二，能够执行任务计划冲突检测分析并编制子站级任务计划表，最终实现跟踪任务计划的闭环管理。具体来讲创建流程（如图1）所示。

3.2 设备监测与控制模块

设备监控模块承担对总线控制单元、高功率放大器、上变频器、调制解调器等测控子站关键设备的集中监控与管理职能。该模块通过实时监测设备运行状态，能够自动生成设备运行参数的日志记录，同步触发系统告警机制并执行故障诊断与处置流程，从而有效提升测控子系统运行安全性与稳定性。具体工作流程（如图2）所示。

系统后台通过定期调度向终端设备发送查询指令，接收实时回传数据。核心模块解析数据并提取参数指标，结果通过可视化界面显示并存储到文件系统或数据库。用户可通过界面设置参数阈值，参数超限时系统触发告警并生成日志以便追溯。

用户选定过程控制指令并完成参数配置；系统对参数进行逻辑验证，若验证通过，则向目标设备下发指令，若存在异常则提示用户重新输入合规参数；系统实时接收设备返回的实时响应数据及执行状态报告，并在人机交互界面进行可视化呈现；系统将完整的指令参数、执行响应及设备反馈信息同步记录至操作日志数据库。

经软件系统解析与处理后，控制指令被准确传输至目标硬件设备。系统将同步监听设备返回的指令响应与执行结果反馈数据流，其中指令响应用于确认控制指令是否被正确接收并进入执行队列，执行结果反馈则对应设备端动作状态的实际输出。针对监控平台下发的单条过程控制指令，系统将依据协议规范接收0 至多组执行结果报文。

3.3 卫星跟踪与通信模块

该模块通过精准调控天线指向与跟踪机制确保卫星通信链路稳定及下行数据接收。用户可通过界面手动设置俯仰角、方位角参数，或在指令栏输入目标角度并保存。系统将自动生成控制指令发送至天线单元，实时反馈执行状态，形成完整操作闭环。

3.4 用户管理与权限控制模块

测控站监控与任务管理系统依托统一构建的用户身份数据库实施集中化管理。该模块具备三重优势：首先，可有效简化权限管理流程，规避直接在用户与数据对象间进行授权及权限回收的操作复杂度；其次，有利于实现职责分离原则，用户仅具备业务所需的最小权限集，从而杜绝越权操作的可能性；最后，能够构建权力制衡体系，涉及敏感操作的任务需由多名用户协同完成，单个用户无法独立执行连续操作序列。

结束语

总之，低轨卫星测控站监控与任务管理系统具有自动化水平高、管理效率优等特点，使用灵活性和扩展性方面的优势最为明显，此系统的合理化应用，为低轨卫星测控站的智能化和高效化运行提供了关键的技术保障。

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