本發(fā)明涉及衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃，具體涉及一種衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航天市場(chǎng)和技術(shù)蓬勃發(fā)展，在軌遙感星座衛(wèi)星數(shù)量的不斷增加，越來(lái)越多的成像任務(wù)，例如電力設(shè)施巡檢、災(zāi)后評(píng)估、變化檢測(cè)、態(tài)勢(shì)感知等場(chǎng)景需要調(diào)用星座級(jí)衛(wèi)星資源協(xié)同開(kāi)展，而這會(huì)使得星座級(jí)的任務(wù)規(guī)劃復(fù)雜度呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2、1、星座任務(wù)規(guī)劃運(yùn)算量巨大與任務(wù)規(guī)劃及時(shí)性的矛盾

3、假定當(dāng)前星座m顆衛(wèi)星，待成像覆蓋區(qū)域n個(gè)，為充分利用衛(wèi)星資源需對(duì)各顆衛(wèi)星之于每個(gè)任務(wù)的可達(dá)性進(jìn)行運(yùn)算評(píng)估，總計(jì)算評(píng)估次數(shù)為m×n次。隨著星座規(guī)模增加以及目標(biāo)區(qū)域增多，運(yùn)算量將呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。例如100顆衛(wèi)星的星座要拍攝3000個(gè)目標(biāo)，則需要30萬(wàn)次評(píng)估運(yùn)算，考慮到每次運(yùn)算都要遍歷單顆衛(wèi)星數(shù)天內(nèi)的軌道以及幾何覆蓋關(guān)系，其運(yùn)算量耗時(shí)代價(jià)將難以承受，會(huì)對(duì)任務(wù)規(guī)劃及時(shí)性造成極大負(fù)面影響。

4、2、傳統(tǒng)星座任務(wù)規(guī)劃方式難以適應(yīng)星載彈性擴(kuò)容與節(jié)點(diǎn)損毀

5、隨著星座建設(shè)過(guò)程，星座內(nèi)衛(wèi)星數(shù)量可能臨時(shí)擴(kuò)充或因壽命到期而減少。傳統(tǒng)星座任務(wù)規(guī)劃普遍是在衛(wèi)星資源相對(duì)固定的前提下依賴(lài)中心節(jié)點(diǎn)規(guī)劃調(diào)配來(lái)完成整個(gè)星座任務(wù)，這種構(gòu)架在彈性組網(wǎng)架構(gòu)下的適用性會(huì)大打折扣。

6、3、基于優(yōu)先級(jí)的目標(biāo)選取規(guī)則難以適應(yīng)任務(wù)的瞬息萬(wàn)變

7、成像任務(wù)類(lèi)型和來(lái)源多種多樣，面對(duì)突發(fā)任務(wù)，在無(wú)人值守的情況下如何自動(dòng)運(yùn)用有限的衛(wèi)星資源實(shí)現(xiàn)最優(yōu)覆蓋效費(fèi)比是急需解決的問(wèn)題，而傳統(tǒng)基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度規(guī)則在此場(chǎng)景下難以獲得最優(yōu)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，而提出的一種衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法，包括以下步驟：

4、s1、星上采用雙核處理器，其中處理器1上運(yùn)行的任務(wù)為星務(wù)主任務(wù)，用于星務(wù)和姿軌控任務(wù)、星務(wù)自主規(guī)劃任務(wù)以及各自主規(guī)劃任務(wù)展開(kāi)成的指令序列執(zhí)行，還可承擔(dān)外部臨時(shí)任務(wù)規(guī)劃，處理器2上主要進(jìn)行區(qū)域目標(biāo)規(guī)劃和錨定目標(biāo)庫(kù)任務(wù)規(guī)劃；

5、s2、本地錨定任務(wù)中的點(diǎn)目標(biāo)會(huì)被定期掃描，利用快速規(guī)劃算法初步計(jì)算可執(zhí)行的時(shí)間窗口與資源依賴(lài)；

6、s3、本地目標(biāo)庫(kù)中的區(qū)域規(guī)劃任務(wù)會(huì)每個(gè)控制周期規(guī)劃一次，若本周期規(guī)劃不完則保留中間狀態(tài)結(jié)果下個(gè)周期繼續(xù)規(guī)劃；規(guī)劃時(shí)將目標(biāo)區(qū)域劃分成指定分辨率的網(wǎng)格，各格點(diǎn)有標(biāo)志記錄其當(dāng)前覆蓋情況；通過(guò)簡(jiǎn)化軌道模型和垂直投影碰撞檢測(cè)算法快速尋找可能的覆蓋時(shí)間段，而后在該時(shí)間段留有一定余量的前提下快速遍歷軌道位置來(lái)確定成像任務(wù)起始和結(jié)束對(duì)應(yīng)的歷元時(shí)刻，同時(shí)統(tǒng)計(jì)新增覆蓋格點(diǎn)，由此生成多個(gè)單點(diǎn)成像任務(wù)；最終選取可在48小時(shí)內(nèi)執(zhí)行且對(duì)覆蓋率增量貢獻(xiàn)最大的單點(diǎn)任務(wù)插入待規(guī)劃點(diǎn)位隊(duì)列，并在該任務(wù)執(zhí)行或放棄后進(jìn)行下次規(guī)劃；

7、s4、當(dāng)外部臨時(shí)任務(wù)到達(dá)后，先進(jìn)行校驗(yàn)而后根據(jù)其緊急程度采取不同規(guī)劃策略：對(duì)于非緊急任務(wù)處理與錨定任務(wù)類(lèi)似，利用快速規(guī)劃算法計(jì)算初步可執(zhí)行的時(shí)間窗口與資源依賴(lài)，若可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)開(kāi)展則進(jìn)入待規(guī)劃點(diǎn)位隊(duì)列，而后執(zhí)行下一步，反之通過(guò)星間反饋任務(wù)無(wú)法執(zhí)行并結(jié)束操作；

8、s5、任務(wù)管理進(jìn)程定期快速遍歷待規(guī)劃點(diǎn)位隊(duì)列，根據(jù)不同目標(biāo)類(lèi)型和等待時(shí)間等動(dòng)態(tài)調(diào)整其任務(wù)分值并計(jì)算執(zhí)行任務(wù)所需的資源依賴(lài)；

9、s6、遍歷已規(guī)劃任務(wù)隊(duì)列，檢查當(dāng)前待規(guī)劃點(diǎn)位任務(wù)是否與已規(guī)劃任務(wù)產(chǎn)生時(shí)間窗口和依賴(lài)資源重疊；

10、s7、如果沒(méi)有發(fā)生任務(wù)沖突則直接將當(dāng)前待規(guī)劃點(diǎn)位任務(wù)插入已規(guī)劃任務(wù)隊(duì)列，若該任務(wù)是外部臨時(shí)任務(wù)還會(huì)通過(guò)星間通信進(jìn)行確認(rèn)反饋，反之執(zhí)行下一步；

11、s8、如檢測(cè)到任務(wù)沖突則嘗試是否可進(jìn)行任務(wù)合并，如任務(wù)可合并則合并兩個(gè)沖突任務(wù)并將合并后的任務(wù)插入已規(guī)劃任務(wù)隊(duì)列；若該任務(wù)是外部臨時(shí)任務(wù)還會(huì)通過(guò)星間通信進(jìn)行確認(rèn)反饋，反之執(zhí)行下一步；

12、s9、如任務(wù)沖突且無(wú)法合并，則根據(jù)任務(wù)分值將高分值任務(wù)插入已規(guī)劃任務(wù)隊(duì)列，低分值任務(wù)被頂替；對(duì)于任務(wù)分值相同的任務(wù)采取先到先得原則；被頂替的任務(wù)為外部臨時(shí)任務(wù)則會(huì)通過(guò)星間反饋任務(wù)放棄以便被星座重新分派；

13、s10、為避免提前規(guī)劃過(guò)久軌道外推誤差過(guò)大造成的成像或成像偏離目標(biāo)，在已規(guī)劃任務(wù)執(zhí)行前5分鐘重新進(jìn)行一次預(yù)報(bào)，盡可能從而降低軌道外推誤差，并根據(jù)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)結(jié)果重新生成計(jì)算成像中心時(shí)刻等關(guān)鍵執(zhí)行參數(shù)；

14、s11、到達(dá)任務(wù)執(zhí)行窗口后會(huì)根據(jù)任務(wù)執(zhí)行參數(shù)自動(dòng)生成指令序列，自主完成任務(wù)所需全部操作；

15、s12、任務(wù)執(zhí)行后通過(guò)星間反饋任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)；

16、s13、在成像成像任務(wù)完成后，會(huì)根據(jù)任務(wù)信息自動(dòng)生成一條指令創(chuàng)建目標(biāo)識(shí)別或數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)來(lái)完成后續(xù)工作。

17、優(yōu)選地，在所述步驟s2中，算法僅考慮j2項(xiàng)攝動(dòng)的簡(jiǎn)化圓軌道模型并利用球面幾何關(guān)系計(jì)算可能成像位置，輔以二分法快速尋找規(guī)劃時(shí)間范圍內(nèi)各圈次衛(wèi)星成像范圍中心距離目標(biāo)最接近的軌道位置與歷元時(shí)刻，結(jié)合側(cè)視角范圍等信息判斷是否具備成像條件，若可在48小時(shí)內(nèi)開(kāi)展則進(jìn)入待規(guī)劃點(diǎn)位隊(duì)列。

18、優(yōu)選地，在所述步驟s4中，對(duì)于緊急任務(wù)則直接采用精準(zhǔn)軌道預(yù)報(bào)模型輔以二分法遍歷軌道，由于時(shí)間跨度很小可同時(shí)保障精度與運(yùn)算耗時(shí)，若其在48小時(shí)內(nèi)可執(zhí)行則跳轉(zhuǎn)到步驟s6，反之通過(guò)星間反饋任務(wù)無(wú)法執(zhí)行并結(jié)束操作。

19、優(yōu)選地，在所述步驟s5中，任務(wù)管理進(jìn)程時(shí)間為250毫秒一次。

20、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

21、本發(fā)明提出的衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法具有cpu資源消耗小、任務(wù)優(yōu)先級(jí)顆粒度細(xì)致、大規(guī)模任務(wù)處理時(shí)間快、任務(wù)預(yù)報(bào)精度高、突發(fā)任務(wù)響應(yīng)度高等特點(diǎn)，適用于目前衛(wèi)星數(shù)量大幅增加，任務(wù)復(fù)雜度和不確定度增加的發(fā)展趨勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述步驟s2中，算法僅考慮j2項(xiàng)攝動(dòng)的簡(jiǎn)化圓軌道模型并利用球面幾何關(guān)系計(jì)算可能成像位置，輔以二分法快速尋找規(guī)劃時(shí)間范圍內(nèi)各圈次衛(wèi)星成像范圍中心距離目標(biāo)最接近的軌道位置與歷元時(shí)刻，結(jié)合側(cè)視角范圍等信息判斷是否具備成像條件，若可在48小時(shí)內(nèi)開(kāi)展則進(jìn)入待規(guī)劃點(diǎn)位隊(duì)列。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述步驟s4中，對(duì)于緊急任務(wù)則直接采用精準(zhǔn)軌道預(yù)報(bào)模型輔以二分法遍歷軌道，由于時(shí)間跨度很小可同時(shí)保障精度與運(yùn)算耗時(shí)，若其在48小時(shí)內(nèi)可執(zhí)行則跳轉(zhuǎn)到步驟s6，反之通過(guò)星間反饋任務(wù)無(wú)法執(zhí)行并結(jié)束操作。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法，其特征在于，在所述步驟s5中，任務(wù)管理進(jìn)程時(shí)間為250毫秒一次。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法，包括以下步驟：S1、星上采用雙核處理器，其中處理器1上運(yùn)行的任務(wù)為星務(wù)主任務(wù)，用于星務(wù)和姿軌控任務(wù)、星務(wù)自主規(guī)劃任務(wù)以及各自主規(guī)劃任務(wù)展開(kāi)成的指令序列執(zhí)行，還可承擔(dān)外部臨時(shí)任務(wù)規(guī)劃，處理器2上主要進(jìn)行區(qū)域目標(biāo)規(guī)劃和錨定目標(biāo)庫(kù)任務(wù)規(guī)劃；S2、本地錨定任務(wù)中的點(diǎn)目標(biāo)會(huì)被定期掃描，利用快速規(guī)劃算法初步計(jì)算可執(zhí)行的時(shí)間窗口與資源依賴(lài)。本發(fā)明提出的衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方法具有CPU資源消耗小、任務(wù)優(yōu)先級(jí)顆粒度細(xì)致、大規(guī)模任務(wù)處理時(shí)間快、任務(wù)預(yù)報(bào)精度高、突發(fā)任務(wù)響應(yīng)度高等特點(diǎn)，適用于目前衛(wèi)星數(shù)量大幅增加，任務(wù)復(fù)雜度和不確定度增加的發(fā)展趨勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：朱小琴,張和慧,楊勇,李文輝,景欣,李志茹,白萬(wàn)榮,張蕾,劉吉祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8