CN103399801A - 分离模块航天器两级层次混合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离模块航天器两级层次混合系统，在运行管控与任务规划部分包括：决策管理层，设置有两个管理模块，针对具体任务发作协作要求，并明确协作机制和策略，在协作关系确定后进行任务规划，生成具体任务指令；行为执行层，设置有多个工作模块，以一定方式与所述决策管理层形成协作关系，获取所分配的任务，在协作机制指导下进行任务规划，产生动作序列，使得多个所述工作模块协作完成观测任务；并将其中一个管理模块设置为备用模块。本发明所公开的分离模块航天器两级层次混合系统，具有系统适应性好，系统计算量合理均衡，不易出现CPU瓶颈问题且系统稳定性好的优点。

Description

分离模块航天器两级层次混合系统

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种分离模块航天器两级层次混合系统。

背景技术

如图1所示，分离模块航天器管控系统按照业务分工的不同可分为两大部分，即运行管控与任务规划和基础服务。其中运行管控与任务规划部分主要负责模块群的日常、应急运行管理及面向需求的任务规划与资源调度；基础服务部分主要为第一部分的正常工作提供数据、控制等支持。模块群的运行管控与任务规划部分又可细化为地面系统和星上自主系统，其中地面系统主要负责离线的需求管理、预处理、任务规划与资源调度，而星上自主系统则主要负责模块群日常自由飞行管控、自主任务规划、应急处理等任务。

Agent是指驻留在某一环境下，能持续自主地发挥作用，具备驻留性、反应性、社会性、主动性等特征的计算实体。分离模块航天器系统的组织结构是指系统中各成员模块的角色关系及相应的职责，同时确定了各模块在系统中所须具有的相应功能。针对给定总体任务目标，将自主运行的单模块视为Agent，而将整个系统视作一个多Agent系统，在完成任务过程中，各模块间存在一定的协作关系，借鉴MAS理论中的合同网方法，可将模块分为管理模块和工作模块两种角色。在一个协作关系中，通常具有一个管理模块和多个工作模块。不同的角色对应着不同的职责：管理模块Agent，具有其它模块的能力和状态信息，能监控所有模块，并可通过交互协商进行全局规划；工作模块Agent，具有通讯能力，能到达一定的轨道，并知道自身位置，具有知识库，能进行在轨规划和决策，能感知环境，完成相应观测任务。

现有技术中，分离模块航天器管控系统结构主要有集中式模块群体系结构和集中反馈式体系结构。其中，集中式模块群体系结构，是一种十分简单的直接控制方式，所有控制都集中于管理模块，工作模块只能被动“服从”管理模块。这种结构的特点是在概念上较为简单，便于实现。但由于管理过于集中，管理模块需要连续监控工作模块的状态，所以缺乏灵活性，动态响应性能较差，需要比较高的通信带宽、可靠性和实时性，同时还存在管理模块的CPU瓶颈问题；集中反馈式体系结构，由于“控制”下放，使得管理模块CPU瓶颈问题在一定程度上得以缓解，整个系统的“智能”更好地分布和加强，系统具有相对更好的灵活性和适应性，但是，只有一个管理模块，当空间态势比较复杂时，系统可靠性可能无法满足要求。

因此，提供一种系统适应性好，系统计算量合理均衡，不易出现CPU瓶颈问题且系统稳定性好的分离模块航天器管控系统是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种系统适应性好，系统计算量合理均衡，不易出现CPU瓶颈问题且系统稳定性好的分离模块航天器管控系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种分离模块航天器两级层次混合系统，包括运行管控与任务规划子系统和基础服务子系统，所述基础服务子系统和所述运行管控与任务规划子系统通讯连接，并为所述运行管控与任务规划子系统提供数据、控制支持，所述运行管控与任务规划子系统包括：

决策管理层，设置有两个管理模块，为第一管理模块和第二管理模块，针对具体任务发作协作要求，并明确协作机制和策略，在协作关系确定后进行任务规划，生成具体任务指令；

行为执行层，设置有多个工作模块，以一定方式与所述决策管理层形成协作关系，获取所分配的任务，在协作机制指导下进行任务规划，产生动作序列，使得多个所述工作模块协作完成观测任务；

所述第一管理模块、所述第二管理模块均与所述行为执行层中的多个工作模块通讯连接；

所述第一管理模块与所述第二管理模块通讯连接，所述第一管理模块处于工作状态时，所述第二管理模块处于静默状态；所述第一管理模块出现失效时，所述第二管理模块启用进入工作状态，同时，所述第一管理模块停止工作进入静默状态。

优选地，所述管理模块和所述工作模块具有通用性；所述管理模块可根据任务需求执行动作，完成协作任务；当所述管理模块均处于失效状态，所述工作模块可转换为管理模块。

与现有技术相比，本发明所提供的分离模块航天器两级层次混合系统，具有以下优点：

1、在任意时刻，整个系统只能有一个管理模块发挥作用，通过与所有其它工作模块的相互作用完成整个系统的全局规划与决策，不发挥作用的管理模块作为实际管理模块的备份，仅仅在实际管理模块失效的情况下启用；在这种结构中，某个时刻的全局规划与决策仅由一个做出，可以保证全局最优性，另外，将分布式结构中的分布式协调算法引入到这种混合结构中，通过管理模块与工作模块的协商完成全局规划与决策，可以提高系统的适应性，同时也使系统计算量得到合理均衡，避免出现瓶颈问题；

2、管理模块和工作模块会提高系统的可靠性和灵活性，使系统能更好地适应动态不确定的环境和复杂的动态观测任务，亦使系统更具柔性。

综上所述，本发明所提供的分离模块航天器两级层次混合系统，具有系统适应性好，系统计算量合理均衡，不易出现CPU瓶颈问题且系统稳定性好的优点。

附图说明

图1是分离模块航天器管控系统结构示意图；

图2是本发明所公开的分离模块航天器两级层次混合系统结构示意图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种能够给出卫星如何进行调度的方案并提高卫星资源利用率的成像卫星资源调用配置方法。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

在一种实施例中，如图2所示，本发明提供一种分离模块航天器两级层次混合系统，包括运行管控与任务规划子系统和基础服务子系统，所述基础服务子系统和所述运行管控与任务规划子系统通讯连接，并为所述运行管控与任务规划子系统提供数据、控制支持，所述运行管控与任务规划子系统包括：

决策管理层，设置有两个管理模块，为第一管理模块和第二管理模块，针对具体任务发作协作要求，并明确协作机制和策略，在协作关系确定后进行任务规划，生成具体任务指令；行为执行层，设置有多个工作模块，以一定方式与所述决策管理层形成协作关系，获取所分配的任务，在协作机制指导下进行任务规划，产生动作序列，使得多个所述工作模块协作完成观测任务；

所述第一管理模块、所述第二管理模块均与所述行为执行层中的多个工作模块通讯连接；所述第一管理模块与所述第二管理模块通讯连接，所述第一管理模块处于工作状态时，所述第二管理模块处于静默状态；所述第一管理模块出现失效时，所述第二管理模块启用进入工作状态，同时，所述第一管理模块停止工作进入静默状态；所述管理模块和所述工作模块具有通用性；所述管理模块可根据任务需求执行动作，完成协作任务；当所述管理模块均处于失效状态，所述工作模块可转换为管理模块。

上述两级分层体系结构是介于集中式和分布式之间的一种结构，该控制结构明确了系统中具有不同职能的个体相互间的控制关系，具有扁平化的层次结构特征，降低了系统结构复杂度，使各层在控制关系上具有较大的灵活性和可靠性，同时又能保证全局最优，从而结合了集中反馈式和分布式结构的特点。此外，该控制结构还适应了系统组织结构上的柔性，可以看作成一个具有一定通用性的系统体系结构。

与现有技术相比，本实施例所公开的分离模块航天器两级层次混合系统，具有以下优点：

1、在任意时刻，整个系统只能有一个管理模块发挥作用，通过与所有其它工作模块的相互作用完成整个系统的全局规划与决策，不发挥作用的管理模块作为实际管理模块的备份，仅仅在实际管理模块失效的情况下启用；在这种结构中，某个时刻的全局规划与决策仅由一个做出，可以保证全局最优性，另外，将分布式结构中的分布式协调算法引入到这种混合结构中，通过管理模块与工作模块的协商完成全局规划与决策，可以提高系统的适应性，同时也使系统计算量得到合理均衡，避免出现瓶颈问题；

2、管理模块和工作模块会提高系统的可靠性和灵活性，使系统能更好地适应动态不确定的环境和复杂的动态观测任务，亦使系统更具柔性。

综上所述，本实施例所公开的分离模块航天器两级层次混合系统，具有系统适应性好，系统计算量合理均衡，不易出现CPU瓶颈问题且系统稳定性好的优点。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括哪些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种分离模块航天器两级层次混合系统，包括运行管控与任务规划子系统和基础服务子系统，所述基础服务子系统和所述运行管控与任务规划子系统通讯连接，并为所述运行管控与任务规划子系统提供数据、控制支持，其特征在于，所述运行管控与任务规划子系统包括：

决策管理层，设置有两个管理模块，为第一管理模块和第二管理模块，针对具体任务发作协作要求，并明确协作机制和策略，在协作关系确定后进行任务规划，生成具体任务指令；

行为执行层，设置有多个工作模块，以一定方式与所述决策管理层形成协作关系，获取所分配的任务，在协作机制指导下进行任务规划，产生动作序列，使得多个所述工作模块协作完成观测任务；

所述第一管理模块、所述第二管理模块均与所述行为执行层中的多个工作模块通讯连接；

所述第一管理模块与所述第二管理模块通讯连接，所述第一管理模块处于工作状态时，所述第二管理模块处于静默状态；所述第一管理模块出现失效时，所述第二管理模块启用进入工作状态，同时，所述第一管理模块停止工作进入静默状态；

所述管理模块和工作模块均为Agent。

2.根据权利要求1所述的分离模块航天器两级层次混合系统，其特征在于，所述管理模块和所述工作模块具有通用性；所述管理模块可根据任务需求执行动作，完成协作任务；当所述管理模块均处于失效状态，所述工作模块可转换为管理模块。

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