隨著航天事業的發展，在軌衛星數量不斷增多，衛星在軌測控管理工作日益繁重。測控管理的主要任務是：衛星軌道、姿態測量及控制；星上儀器管理；衛星工況監視及故障處理；衛星數據收集與匯總等。這些任務具有工作時間長、技術難度大、故障檢測與排除實時性要求高、知識分散等特點。采用人工管理方式消耗大量人力，且難以滿足測控需要。構建衛星測控管理專家系統，可以提高管理的可靠性，降低勞動強度，使一些實時性較強的故障能夠得到及時發現與排除。

1 專家系統分析

    　專家系統是一種以知識為基礎的具有專家解決問題能力的軟件系統，主要由知識和推理方法兩大部分組成，其工作過程更接近于人類習慣的方式和要求。他除了運用一些通用的推理規則和邏輯思維外，更重要的是靈活運用專家們在特定領域內的專門知識和特殊法則，能夠像領域專家一樣工作，運用專家多年積累的工作經驗與專門知識，在很短時間內對問題得出高水平的解答，其實質上是“一個在某領域具有專家水平解題能力的程序系統”。按推理機制，專家系統可分為基于規則推理和基于模型推理的專家系統；按運行速度和工作方式

2 專家系統在衛星測控領域的應用現狀

   　 測控系統擔負著控制和監視在軌衛星運行的任務，目標飛行速度快、情況復雜、影響面廣，專家系統應用于測控領域會使測控系統自動化程度和效率大大提高，一些實時性較強的衛星故障能得到及時的發現與排除，測控能力明顯增強。目前，專家系統在航天測控領域的主要應用有：故障診斷、測控計劃安排、測控總體設計與咨詢以及航天器在軌壽命預測、靶場安全決策、事后分析報告生成和仿真模擬等。

（1） 分析識別與診斷

　　可用于航天器故障診斷，地面設備的故障診斷和遙感圖像識別與分析，可取代大量人工操作。

（2） 復雜任務咨詢

　　衛星總體設計咨詢，對衛星組件的管理和運輸提出忠告，處理系統內的不協調，設計提示與設計圖紙審查，熱模型優化，用戶要求的確定和系統評價等。

（3） 系統總體設計

　　完成航天器推進系統管道敷設，衛星通信系統設計、天線系統設計，自動化軟件系統開發和測控通信系統總體設計等。

（4） 規劃調度與安排

　　衛星部件制造過程的規劃與安排，衛星操作調度安排，星上儀器的工作調度與規劃安排，航天計劃的規劃與費用估算和地面測控網設備調度與安排等。

（5） 監視管理與實時控制

　　星上電源管理，發射場危險操作的控制與管理，衛星空間位置和姿態的監視與控制，溫控系統的管理，任務操作中心軟件工作狀態的監視以及測控管理和性能分析等。

3 衛星測控管理專家系統需求分析

    　衛星工程是一個復雜的系統工程，經過項目立項、方案論證、可行性研究、初樣試制、正樣試制、單元測試、星地對接、總裝測試、系統演練、發射升空、軌道與姿態的捕獲、在軌測試、長期管理等諸多環節，在此過程中積累了豐富的經驗和知識，特別是故障判別、定位、處理等關鍵知識。因此，可以利用人工智能領域中專家系統的理念和方法，將衛星研制專家和總體技術人員的專業知識、經驗及處理故障的方法和思路繼承下來，構建衛星測控管理專家系統，以專家知識輔助，提高衛星管理的可靠性，降低風險和工作強度，提高測控管理的負載能力。

（1） 故障對策

　　衛星測控管理期間，針對星上可能出現的故障，及時、準確地提供故障對策，確保衛星運行安全。

（2） 測控系統故障查尋

　　衛星長管期間，測控系統應正常運行。但是，由于測控系統涉及軟、硬件的環節較多，給實時檢查、故障分析帶來較大困難，因此需要提供及時、準確的地面測控系統故障查尋、定位手段。

（3） 在軌衛星變化趨勢預測

　　衛星測控管理期間，能夠針對衛星當前狀態，結合歷史數據，提供今后一段時期內衛星變化趨勢的預測手段（特別是關系到衛星安全的關鍵參數的變化趨勢），供測控管理人員參考分析，力爭做到防患于未然。

4 衛星測控管理專家系統的設計與實現

    　衛星測控管理專家系統的開發可分為確定專家系統領域，收集領域知識、開發表示知識的詞匯、建立知識庫和測試知識庫等4個步驟。

    　首*行的工作是確定專家經驗知識的領域。這一過程包括分割應用領域、確定推理流程、合成人機對話和確定性能指標，這一階段是問題的定義和描述階段。在知識的表示中主要對*階段建立的問題與子問題確定屬性，定義屬性的值，并編寫檢驗詞匯的規則。在建立知識庫時要形成書面形式的規則庫。zui后一個階段是測試知識庫，這包括準備一套能包含所有規則的測試用例，對知識庫以及推理過程進行測試。

4.1 系統軟件總體結構

　　衛星測控管理專家系統的總體結構包括用戶界面、知識庫和數據庫、推理執行機構、知識規則生成器、動態事件生成和調度模塊（圖2）。系統的核心部分是知識庫和推理機。

 
　　系統建立時，首先獲取各個型號專家和總體技術人員的知識和經驗，形成大量的事實類和規則類知識。通過知識規則編輯器對收集的知識進行編輯，形成專家系統知識的內部結構，供系統運行時調用。系統實時運行時，獲取遙、外測原始數據，經過測控中心衛星應用軟件處理系統，產生相應衛星遙、外測處理結果電文和有關軌道、姿態、預報等計算結果。遙測數據處理濾波軟件將該結果進行數據濾波、壓縮及預處理結果、計算結果及相應的人工干預控制信息、根據不同衛星和不同決策功能產生相應的動態事件，作為決策、推理、控制的依據。根據不同衛星和不同的決策要求，進行規則加載、系統初始化、動態事件加入等控制，并調用推理、決策子系統，完成相應推理過程。zui后將推理、決策結果存入數據庫， 并提供給輸入／輸出控制軟件。輸入／輸出控制軟件完成推理結果的顯示、報警、處理、確認、執行及解釋干預等過程，zui終完成專家決策及結果的保存工作。

4.2 系統主要軟件的基本功能及實現

4.2.1 知識庫的建立

　　知識庫是專家知識、測控領域知識和經驗、常識等知識的存貯器，包括作為推理基礎的規則和作為推理依據的事實。知識獲取是建立本系統的重點，他包括事實性知識的獲取和規則性知識的獲取。事實性知識主要是測控網的組成與布局狀態、測控系統與設備名稱、測量元素、性能和功能等；規則性知識主要是測控管理設計過程中的基本推理方法和策略，規則性知識又稱元知識，大部分來自于測控專家的經驗和訣竅。這些知識可以有效協調衛星測控管理設計的各個步驟，調度各設計步驟涉及的事實和方法，縮小推理空間，提高推理速度。知識庫的建立包括知識庫（文件）的創建、刪除、分解、合并等。

4.2.2 推理機的建立

　　在專家系統中推理方式主要有：正向推理、反向推理和正反向混合推理。在日常測控管理中，由于綜合數據庫中所用的原始數據主要是從故障信息中采集，知識庫中的知識也相應具體化，所以適宜采用數據驅動策略來實現正向推理。具體實現步驟如下：

（1） 首先由程序收集故障信息中的原始數據，作為事實存放到數據庫中；

（2） 推理機用這些事實與知識庫中規則的前提事實進行匹配。首先應能將知識庫中的一條規則的前提事實取出來，而后，看這些前提事實是否在數據庫中，若不全在，則進行下一條規則匹配，若全在，則匹配成功；

（3） 把匹配成功的規則結論部分的事實作為新的事實加到數據庫中；

（4） 用更新后的數據庫中的所有事實，重復上述（2），（3）步，反復進行，直到得出結論或不再有新的事實加到數據庫中為止。

4.2.3 調度軟件

　　調度軟件根據不同衛星和衛星的不同管理要求按時序自動調度衛星的各種應用軟件和專家系統的所有軟件。調度軟件則受命令輸入窗口的控制。

4.2.4 輸入／輸出軟件

　　輸入／輸出軟件根據用戶選擇的不同功能及不同衛星名稱完成相應推理結果的輸出、推理干預、推理解釋以及結果管理．并對系統進行控制。

4.2.5 遙測數據壓縮處理軟件

　　該軟件主要對衛星遙測參數進行壓縮，提取有關測試點的遙測信息特征并進行預處理，以保證推理所用數據的可信度，使系統推理診斷決策更加可靠。衛星遙測參數處理描述文件給出參數結構、特征提取標記、參數處理方法標記、處理結果存放描述等。根據描述文件對遙測參數進行正確性檢驗、主副幀處理及壓縮和預處理。

4.2.6 動態事件生成

　　動態生成軟件匯集衛星各分系統遙測參數、衛星軌道參數、衛星姿態、衛星跟蹤預報、衛星設備故障歷史資料等信息，進行動態事件生成。當推理過程需人工干預時，通過命令加入人工干預動態事件，讓其與其他動態事件一起參加推理。

　4.2.7 決策推理控制

決策推理控制主要負責推理機控制及推理結果的管理。具體過程如下：

（1） 檢測事件與決策功能是否相符；
（2） 清除推理機事件；
（3） 加載事實類和規則類知識；
（4） 加載動態事件；
（5） 抹去記事冊中所有被激活的規則和事實表中所有的事件，然后將定義事件組語句中所有事件輸入到事件表中；
（6） 執行規則推理，直到對所有規則的推理完成后才算完成一次規則推理；
（7） 當決策推理有結果時，調用標準輸出接口進行結果輸出整理；
（8） 推理結果送輸出功能并存儲到數據庫或知識庫。

4.2.8 知識和知識規則編輯器

　　針對航天測控領域知識多和任務多的特征，專門設計了知識表達語言。以知識原子為知識表達的基本單位，將知識的規則表達和框架表示有機結合在一起；知識描述適應于事件、對象（包括計算公式）并將科學計算與推理結合起來。推理機的主要控制策略采用數據驅動策略，用規則知識原子（規則）表示故障處理方法，每次故障處理后的經驗等。知識規則編輯器軟件對外部知識進行語法檢測、知識壓縮，并轉換成推理機所需的內部格式。此外，還對知識的存取權限、知識維護進行管理。

5 結 語

    　專家系統在導彈航天領域的應用取得了明顯效果，應用于衛星管理系統，能夠及時檢測和診斷故障，完成衛星的可靠管理，維持其正常運行和應用，能夠提高航天器管理的自動化程度，起到提高工作效率的作用。