CN108832989A - 用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端及规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端及规划方法。本发明的终端采用并行处理结构的任务在线规划模块，使卫星在与地面测控站保持通信的同时，结合北斗短报文收发机实现多星之间的通讯、协调与动态任务规划。本发明的方法采用拍卖合同网的形式，包括处理拍卖权，选定主导卫星，选取本轮拍卖任务。主导卫星针对任务面向成员卫星进行招标。投标方根据自身状态进行任务投标。招标方根据评标策略完成评标，选出合同星。合同建立、过程监视与合同信息更新，任务完成合同终止。本发明能实现多颗中低轨微小卫星的任务在线动态分配与合理规划，且效率较高，规划结果可行，对于提升微小卫星的在轨自主能力与联合规划能力具有实际意义。

Description

用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端及规划方法

技术领域

本发明涉及的是一种对地观测微小遥感成像卫星的任务规划装置。本发明也涉及一种对地观测微小遥感成像卫星的任务规划方法。具体地说是一种用于中低轨微小遥感卫星的、能够快速响应动态环境的、可实现多星任务分配与协作规划的任务在线动态规划终端及规划方法，该终端属于分布式卫星系统平台的一部分。

背景技术

卫星在轨运行环境复杂，目前成像卫星的指挥测控指令主要来自地面测控系统，但由于测控限制、通信延迟以及时间窗口等因素的存在，导致指令的实时性降低，卫星难以根据自身状态对动态环境做出快速响应，其观测效能无法完全发挥。为提高卫星对动态任务与空间环境变化的敏感程度，提高星上资源的利用效率，减少对地面环节的依赖，其本身应当具备在线任务规划求解的能力。在多星系统中，各卫星除了与地面测控系统保持通信以外，彼此之间还通过星际链路保持通信。多星工作模式下，任务规划系统的组成结构更为复杂，此时不仅需要综合考虑各卫星的约束条件，还要借助卫星之间的通信协商完成任务的分配、协调与规划。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高卫星的在轨自主性能，实现多中低轨微小卫星系统的任务在线动态分配与规划的用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端。本发明的目的还在于提供一种基于本发明的用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端的规划方法。

本发明的用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端为：

地面用户端通过互联网与地面测控站建立通信，多星系统由n个卫星组成，各个卫星均通过测控应答机与地面测控站建立双向无线连接，测控应答机与北斗短报文收发机相连，各个卫星之间通过北斗短报文收发机建立互访通信链路，

多星系统中每个卫星的结构组成完全相同，每个卫星的结构为：测控应答机数据输入输出端与北斗短报文收发机双向连接，北斗短报文收发机经由接收发送端与CAN总线双向连接，微型星载计算机与CAN总线双向连接，选择逻辑控制电路通过仲裁输入输出端口与CAN总线双向连接、一方面接收来自CAN总线的任务信息、另一方面将任务规划模块的执行结果返回CAN总线；

用户终端经由互联网向地面监测站发送任务需求信息，然后由地面监测站对任务进行预处理，通过无线通信将处理结果的元任务信息上注到某颗当前可用的卫星，前可用的卫星用于接收来自地面测控站的任务请求，前可用的卫星上的测控应答机与地面测控站通信、接收来自地面测控站的上注元任务并将元任务信息传递给与之相连的北斗短报文收发机，同时，前可用的卫星的微型星载计算机中记录了前可用的卫星的任务待执行序列、通过CAN总线将微型星载计算机的原规划方案序列与北斗短报文收发机的新加载任务信息传递到微小卫星任务在线动态规划模块进行处理，最终处理结果为更新后的任务序列与无法插入的任务集，其中更新后的任务序列重新存入星载计算机，而无法插入的任务集作为待拍卖任务集T；

由微小卫星任务在线动态规划模块计算产生拍卖任务T_i，利用北斗短报文收发机的短报文收发功能与成员卫星建立通信链路，遵循协定的编码、解码格式与加密解密方式，标书被限制在短报文允许的字长范围内，T_i依据协议流程由一个卫星拍得并执行完成，则拍得卫星在其回传窗口内通过其测控应答机将执行结果返回地面测控站，地面测控站通过互联网将结果返回地面用户端，完成对该任务的观测。

本发明的用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端还可以包括：

所述微小卫星任务在线动态规划模块的结构组成为：

微小卫星任务在线动态规划模块中，82C250型CAN总线电平转换芯片分两路分别与选择逻辑控制电路双向连接、一方面接收来自选择逻辑控制电路的仲裁结果、另一方面将两路计算结果返回选择逻辑控制电路，第一电平转换芯片的输入输出端通过转换线路与第一处理器ADSP-SC589型DSP双向连接，第二电平转换芯片通过转换线路与第二处理器ADSP-SC589型DSP双向连接，

第一处理器DSP1-1-6与第一PROM单向连接，在第一PROM上存储第一DSP的启动运行引导文件，第一DSP与第一SRAM双向相连，第一SRAM拥有32位内存，作为第一DSP程序运行时的内存空间第一DSP与NANDFlash双向相连，NANDFlash用作硬盘，在NANDFlash上分块在不同的地址存储算法程序文件，NANDFlash与第一SRAM双向连通，

第二处理器DSP与第二PROM、第二SRAM、NANDFlash的连接方式与第一处理器的内存配置连接方式相同。

基于本发明的用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端的规划方法为：

(1)读取输入

微小卫星任务在线动态规划模块的输入来自CAN总线，包括来自北斗短报文收发机的任务招标信息以及封存在星载计算机中的本星当前任务序列信息；

(2)选择与仲裁

微小卫星任务在线动态规划模块采用并行结构，两路处理同时工作，通过选择逻辑控制电路判断两个处理支路的计算状态，选择一个空闲支路用于完成对来自CAN总线的任务的在线规划；

(3)电平转换与程序加载、启动

被选用的计算支路通过82C250型CAN总线电平转换芯片完成电平转换加载到处理器ADSP-SC589型DSP上，内存使用方面，两路处理器DSP均与PROM单向连接，PROM属于非易失性存储器容量小但在轨数据可靠性高，在PROM上存储DSP的启动运行引导文件，两路DSP共用一个NANDFlash，分别与其双向相连，NANDFlash用作硬盘，在不同的地址存储算法程序代码，DSP与SRAM双向相连，SRAM作为DSP程序运行时的内存空间，同时，NANDFlash分别与两路SRAM双向连通；

PROM中存储了处理器DSP的系统程序启动引导文件，接电启动以后处理器DSP从PROM加载启动文件，并由启动代码从共用硬盘NANDFlash下载规划算法程序，因为NANDFlash上分三块在不同的地址存储程序文件，在程序运行时DSP按照三选二的方式读取，程序代码被直接下载到与之连通的运行内存SRAM中进行算法解算；

(4)计算结果返回

当处理结果非空时，处理器DSP遵循协定的编码格式，直接将处理结果写成标书或招标书的形式，并进行短报文加密，经电平转换与选择逻辑控制电路返回CAN总线，经过CAN总线将处理结果返回北斗短报文收发机进行星际通讯合同拍卖。

所述算法解算的执行流程包括：

第一步：处理拍卖权

首先依据拍卖权处理策略选择主导卫星，拍卖权处理策略为：各星遵照协定，依据自身状态申请系统主导地位、获取任务拍卖权，当系统中一颗卫星结束自身的主导地位以后，根据申请的先后顺序选定新的主导卫星S，新晋主导卫星S备份自身需要拍卖的任务集合T，得到待拍卖任务集合Cpy-T；

第二步：任务招标

主导卫星S首先判断当前的待拍卖任务集合Cpy-T是否为空，若Cpy-T为空，则转让拍卖权给下一候选主导卫星；反之，依据拍卖任务选择策略从集合Cpy-T中选取本轮拍卖任务T_i，拍卖任务选择策略如下：

策略1：根据任务的优先等级属性由高到低的顺序依次从Cpy-T选取待拍卖任务；

策略2：若策略1中出现优先等级属性相同的任务，则依据任务的最晚成像时间属性判断任务的紧迫程度，率先安排规划剩余时间短的急迫任务成为拍卖任务；

策略3：若策略2中出现紧迫程度相当的任务时，根据任务的可见开始时间属性由早到晚安排拍卖任务；

另外，主导卫星S需要在招标书中提供投标书格式，即明确投标方投标时需要提供的竞标指标值与优势所在，竞标指标如下，指标1：安排此成像任务后产生的能量消耗；指标2：负载均衡性，投标方当前排定的而尚未执行的任务数量；

第三步：成员卫星投标过程

成员卫星在接收到主导卫星S关于本轮拍卖任务T_i的拍卖信息以后，根据任务的基本属性信息，对自身执行此任务的能力进行评估，尝试将此任务排入当前的任务规划序列中，任务插入过程规定如下：

(1)首先根据卫星对任务的可见性信息选择所有的任务插入点；

(2)遍历所有插入点，在插入点附近判断是否与原规划方案中的任务发生可见时间窗口占用冲突，若存在冲突，尝试下一个插入点插入；反之，进行约束检验，包括姿态调整时间约束、能量约束、数据量约束等，不满足约束则尝试下一个插入点插入；

(3)若存在插入点满足所有约束，则插入该任务，更新任务序列；反之，返回空；

如果任务完成插入，则计算招标信息中的指标值，撰写投标书，投递标书；反之，放弃投标；投标过程结束；

第四步：评标与合同发布过程

到达合同招标截止时间以后，招标方主导卫星S查看投标情况，若此时仍然没有收到任何一个标书，轮换任务继续招标；反之，根据评标策略从所有投标书选择一个卫星作为合同星，为保证全局最优性，评标策略与竞标指标保持一致，评标策略如下：优先选用成像能量消耗小的标书投递方作为合同星，若出现成像时间指标相同的标书，从中选取已排而待规划的任务少的轻负载卫星作为合同星，选择完合同卫星以后，主导卫星S向合同星S_j发布中标信息；

第五步：过程监视与合同信息更新

合同星S_j在接收到中标通知以后，更新自身的任务序列，合同建立；初始合同建立之后的过程监视与合同信息更新过程如下：合同星S_j定时向主导卫星S发送任务进度与自身状态反馈，若超出等待时间主导卫星S仍然没有收到来自的合同星S_j的反馈，主导卫星S则认定S_j可能已经失效，终止与合同星S_j的本轮拍卖任务T_i合同，并向其他投标卫星发送重新招标信息，由各星根据自身状态向合同星S_j发起挑战信息，如果挑战者可以收到合同星S_j的返回消息，则等待合同星S_j继续完成此任务规划，反之，系统认定合同星S_j已经失效，不具备完成本轮拍卖任务T_i的能力，率先挑战者成为新的合同者，更新本轮拍卖任务T_i合同信息，执行以上过程，最终由合同星完成此任务，将此任务从任务集合T中剔除，更新任务集合T，进入新一轮的任务规划。

为了提高卫星的在轨自主性能，解决多中低轨微小卫星系统的任务在线动态分配与规划问题。本发明提供了一种用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端及其方法。

本发明提出在线动态规划实现终端包括n个微型星载计算机、n个北斗短报文收发机、n个测控应答机、2n个ADSP-SC589型DSP、n个NAND Flash存储器、2n个SRAM、2n个PROM、2n个82C250型CAN总线电平转换芯片、n个CAN总线。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种微小卫星任务在线动态规划模块，采用双ADSP-SC589型DSP处理器并行的方案，同时设置了选择逻辑控制电路作为仲裁电路，可以提升多动态任务情况下的卫星在线规划能力。该模块可以根据接收到任务快速执行处理，具有较高的响应实时性。

(2)同时，本发明利用北斗短报文收发机作为通讯装置构建的星际通信链路，具有通信方式简单快捷、延迟低、稳定高的特点，能够满足中低轨卫星间的通信要求。

(3)本发明根据多星系统规划终端设计的在线规划方法实行招投标的拍卖合同网机制，可以借助星间的通信完成在线任务的合理分配与规划。通过过程监视与合同更新，可有效应对卫星失效导致的任务虚置，保证任务的执行。方法执行简单且效率较高、结果可行，同时兼顾负载均衡性，可以满足微小卫星任务在线动态规划的实际需求。

附图说明

图1是本发明的任务在线动态规划终端的结构图；

图2是本发明的任务在线动态规划实现方法的流程图；

图3是本发明的过程监视与合同信息更新的流程图；

图4是本发明的任务在线动态规划终端的结构简图；

图5是本发明的算法解算的执行流程。

具体实施方式

本发明提出在线动态规划实现终端包括n个微型星载计算机、n个北斗短报文收发机、n个测控应答机、2n个ADSP-SC589型DSP、n个NAND Flash存储器、2n个SRAM、2n个PROM、2n个82C250型CAN总线电平转换芯片、n个CAN总线。

地面用户终端n+2通过互联网与地面测控站n+1建立通信。多星系统由卫星1、卫星2、…、卫星n(i＝1、2、……、n)组成，各个卫星均通过测控应答机i-5与地面测控站建立双向无线连接，测控应答机与北斗短报文收发机i-4相连。卫星之间通过北斗短报文收发机建立互访通信链路。

多星系统中，每个卫星的结构组成完全相同，以卫星1为例，测控应答机1-5数据输入输出端与北斗短报文收发机1-4双向连接，北斗短报文收发机经由接收发送端与CAN总线1-2双向连接，微型星载计算机1-3与CAN总线双向连接。同时，选择逻辑控制电路1-1-10通过仲裁输入输出端口与CAN总线双向连接，一方面接收来自CAN总线的任务信息，另一方面将任务规划模块的执行结果返回CAN总线。

卫星1的微小卫星任务在线动态规划模块中，82C250型CAN总线电平转换芯片1-1-8、1-1-9分两路分别与选择逻辑控制电路1-1-10双向连接，一方面接收来自选择逻辑控制电路的仲裁结果，另一方面将两路计算结果返回选择逻辑控制电路；电平转换芯片1-1-8的输入输出端通过转换线路与处理器1ADSP-SC589型DSP1-1-6双向连接，电平转换芯片1-1-9通过转换线路与处理器2ADSP-SC589型DSP1-1-7双向连接。

处理器1DSP1-1-6与PROM1-1-1单向连接，PROM1-1-1属于非易失性存储器，容量小但在轨数据可靠性高，在PROM1-1-1上存储DSP1-1-6的启动运行引导文件。DSP1-1-6与SRAM1-1-2双向相连，SRAM1-1-2拥有32位内存，作为DSP1-1-6程序运行时的内存空间DSP1-1-6与NANDFlash1-1-3双向相连，NANDFlash1-1-3用作硬盘，存储器容量大，在NANDFlash1-1-3上分块在不同的地址存储算法程序文件，NANDFlash1-1-3与SRAM1-1-2双向连通。

处理器2DSP1-1-7与PROM1-1-5、SRAM1-1-4、NANDFlash1-1-3的连接方式与处理器1的内存配置连接方式相同。

卫星2、…、卫星n的微小卫星任务在线动态规划模块结构组成与卫星1完全相同。

本发明提出的任务在线动态规划终端的内部实现方法包括以下步骤：

步骤一：处理拍卖权。根据招投标协议下的拍卖权处理策略确定系统当前的主导卫星S，备份卫星S的待拍卖任务集；

步骤二：任务招标过程。从S的备份待拍任务集中按照任务选取策略选取本轮竞标任务，向各成员卫星发送招标信息。

步骤三：投标过程。成员卫星接收到S的任务招标信息以后，根据自身的状态判断在约束范围内当前任务序列可否插入此任务，若允许插入则向S投递约定格式的标书。

步骤四：评标过程。在约定时间内，若S接收到成员的投标书，对于接收的所有标书按照评标策略取出最优者作为合同星，向其发送中标通知；反之，从备份的待拍卖任务集中继续抽取任务，执行步骤三、四，直至此集合为空，返回步骤一。

步骤五：成员卫星接收到中标信息以后，合同建立。此后，合同卫星需要按照约定定时向S汇报任务进度与自身状态，直至任务完成，合同终止。

下面举例对本发明做更详细的描述。

一：通信网络建立。图1给出了多星系统任务在线规划终端的结构组成。

地面用户终端n+2通过互联网与地面测控站n+1建立通信。多星系统由卫星1、卫星2、…、卫星n(i＝1、2、……、n)组成，各个卫星均通过测控应答机i-5与地面测控站建立双向无线连接，测控应答机与北斗短报文收发机i-4相连。卫星之间通过北斗短报文收发机建立互访通信链路。多星系统中，每个卫星的结构组成完全相同，以卫星1为例，测控应答机1-5数据输入输出端与北斗短报文收发机1-4双向连接，北斗短报文收发机经由接收发送端与CAN总线1-2双向连接，微型星载计算机1-3与CAN总线双向连接。同时，选择逻辑控制电路1-1-10通过仲裁输入输出端口与CAN总线双向连接，一方面接收来自CAN总线的任务信息，另一方面将任务规划模块的执行结果返回CAN总线。

系统成型以后，用户终端n+2经由互联网向地面监测站n+1发送任务需求信息，然后由地面监测站n+1对任务进行预处理，通过无线通信将处理结果的元任务信息上注到某颗当前可用的卫星。假设卫星1被选中用于接收来自n+1的任务请求，卫星1上的测控应答机1-5与地面站通信，接收来自地面站的上注元任务，并将元任务信息传递给与之相连的北斗短报文收发机1-4。同时，微型星载计算机1-3中记录了当前卫星的任务待执行序列，通过CAN总线将1-3的原规划方案序列与1-4的新加载任务信息传递到微小卫星任务在线动态规划模块进行处理。最终处理结果为更新后的任务序列与无法插入的任务集，其中更新后的任务序列重新存入星载计算机，而无法插入的任务集作为待拍卖任务集T。

由微小卫星任务在线动态规划模块计算产生拍卖任务T_i，利用北斗短报文收发机1-4的短报文收发功能与成员卫星建立通信链路，遵循协定的编码、解码格式与加密解密方式，标书被限制在短报文允许的字长范围内。假设T_i依据协议流程由卫星2拍得并执行完成，则卫星2在其回传窗口内通过测控应答机2-5将执行结果返回地面站n+1，n+1通过互联网将结果返回用户终端n+2，完成对该任务的观测。

二：读取输入、选择与仲裁。在第一部分的基础上，微小卫星任务在线动态规划模块具备了工作环境，开始读取输入信息。图1给出了本发明提出的微小卫星任务在线动态规划模块1-1的结构组成。82C250型CAN总线电平转换芯片1-1-8、1-1-9分两路分别与选择逻辑控制电路1-1-10双向连接，一方面接收来自选择逻辑控制电路的仲裁结果，另一方面将两路计算结果返回选择逻辑控制电路。

任务在线动态规划模块的输入来自CAN总线，包括来自北斗短报文收发机的任务招标信息以及封存在星载计算机中的本星当前任务序列信息。微小卫星任务在线动态规划模块1-1采用并行结构，两路处理可以同时工作，节约了计算时间。为保证计算资源的合理配置，通过选择逻辑控制电路1-1-10判断两个处理支路的计算状态，选择一个空闲支路用于完成对来自CAN总线1-2的任务的在线规划。

三：电平转换与程序加载、启动。电平转换芯片1-1-8的输入输出端通过转换线路与处理器1ADSP-SC589型DSP1-1-6双向连接，电平转换芯片1-1-9通过转换线路与处理器2ADSP-SC589型DSP 1-1-7双向连接。被选用的计算支路通过82C250型CAN总线电平转换芯片完成电平转换加载到处理器ADSP-SC589型DSP上，保证处理器的合适工作电压。

内存使用方面，两路处理器DSP均与PROM单向连接，PROM属于非易失性存储器容量小但在轨数据可靠性高，在PROM上存储DSP的启动运行引导文件。两路DSP共用一个NANDFlash1-1-3，分别与其双向相连。Flash用作硬盘可以分块存储分块擦除，且存储器容量大，在不同的地址存储算法程序代码。DSP与SRAM双向相连，SRAM为静态存储器，断电后数据无法保存，但SRAM具有读写速度快、功耗小的优点，将其作为DSP程序运行时的内存空间。同时，NAND Flash1-1-3与SRAM1-1-2、SRAM1-1-4分别可以双向连通。

PROM中存储了处理器DSP的系统程序启动引导文件，接电启动以后处理器DSP从PROM加载启动文件，并由启动代码从共用硬盘NANDFlash下载规划算法程序，因为NANDFlash上分三块在不同的地址存储程序文件，在程序运行时DSP按照三选二的方式读取每一bit的程序，即如果其中一段程序的bit位异常，则选取令两段程序相应的bit位信息，程序代码被直接下载到与之连通的运行内存SRAM中进行算法解算。

四：计算结果返回。模块的计算回路的双向连接设计可以使计算结果返回输出。当处理结果非空时，处理器DSP遵循协定的编码格式，直接将处理结果写成标书或招标书的形式，并进行短报文加密。经电平转换与选择逻辑控制电路返回CAN总线，经过CAN总线将处理结果中返回北斗短报文收发机进行星际通讯，包括任务的合同拍卖、竞标等。

五：在以上在线规划终端的具体实施方式的基础上，系统利用拍卖机制对动态任务完成在线规划，以下结合图2说明本发明的多星任务在线规划实现算法流程。

第一步：处理拍卖权。算法开始执行后，首先依据拍卖权处理策略选择系统主导卫星。拍卖权处理策略规定如下：各星遵照协定，依据自身状态申请成为系统主导者、获取任务拍卖权，当系统中一颗卫星结束自身的主导地位以后，根据申请的先后顺序选定新的主导卫星S。新晋主导卫星S备份自身需要拍卖的任务集合T，得到待拍任务集合Cpy-T；

第二步：任务招标。主导卫星S首先需要判断当前的待拍卖任务集合Cpy-T是否为空，若Cpy-T为空，则需要转让拍卖权给下一候选主导卫星；反之，依据拍卖任务选择策略从集合Cpy-T中选取本轮拍卖任务T_i。拍卖任务选择策略规定如下：

策略1：根据任务的优先等级属性由高到低的顺序依次从Cpy-T选取待拍卖任务；

策略2：若策略1中出现优先等级属性相同的任务，则根据任务的最晚成像时间属性判断任务的紧迫程度，率先安排规划剩余时间短的急迫任务成为拍卖任务；

策略3：若策略2中出现紧迫程度相当的任务时，则根据任务的可见开始时间属性由早到晚安排拍卖任务。

另外，S需要在招标书中提供投标书格式，即明确投标方投标时需要提供的竞标指标值与优势所在。本发明的竞标指标规定如下，指标1：代价变化量，卫星安排此成像任务后产生的能量消耗；指标2：负载均衡性，投标方当前排定的而尚未执行的任务数量。

第三步：成员卫星投标。成员卫星在接收到S关于任务T_i的拍卖信息以后，根据任务的基本属性信息，对自身执行此任务的能力进行评估，尝试将此任务排入当前的任务规划序列中。任务插入过程规定如下：首先，根据卫星对任务的可见性信息选择所有的任务插入点；然后，遍历所有插入点，在插入点附近判断是否与原规划方案中的任务发生可见时间窗口占用冲突，若存在冲突，尝试下一个插入点插入；反之，进行约束检验，包括姿态调整时间约束、能量约束、数据量约束等，不满足约束则尝试下一个插入点插入；最后，若存在插入点满足所有约束，则插入任务，更新任务序列；反之，返回空。

如果任务可以完成插入，则计算招标信息中的指标值，撰写投标书，投递标书；反之，放弃投标。投标过程结束。

第四步：评标与合同发布。到达合同招标截止时间以后，招标方S查看投标情况，若此时仍然没有收到任何一个标书，轮换任务继续招标；反之，根据评标策略从所有投标书选择一个卫星作为合同星。为保证全局最优性，评标策略与竞标指标保持一致，评标策略规定如下：优先选用成像能量消耗小的标书投递方作为合同星，若出现成像时间指标相同的标书，从中选取已排而待规划的任务少的轻负载卫星作为合同星。选择完合同星以后，S向合同星S_j发布中标信息。

第五步：过程监视与合同信息更新。合同星S_j在接收到中标通知以后，更新自身的任务序列，合同建立。图3给出了初始合同建立之后的过程监视与合同信息更新过程，各星协定此过程如下：合同星S_j定时向S发送任务进度与自身状态反馈，若超出等待时间S仍然没有收到来自的合同星S_j的反馈，S则认定S_j可能已经失效，终止与S_j的任务T_i合同，并向其他投标卫星发送重招标信息，由各星根据自身状态向S_j发起挑战信息，如果挑战者可以收到S_j的返回消息，则等待S_j继续完成此任务规划，反之，系统认定S_j已经失效，不具备完成T_i的能力，率先挑战者成为新的合同者，更新T_i合同信息。执行以上过程，最终由合同星完成此任务，终止合同，并将此任务从T中剔除，更新T，进入新一轮的任务规划。

Claims (4)

1.一种用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端，其特征是：

地面用户端通过互联网与地面测控站建立通信，多星系统由n个卫星组成，各个卫星均通过测控应答机与地面测控站建立双向无线连接，测控应答机与北斗短报文收发机相连，各个卫星之间通过北斗短报文收发机建立互访通信链路，

多星系统中每个卫星的结构组成完全相同，每个卫星的结构为：测控应答机数据输入输出端与北斗短报文收发机双向连接，北斗短报文收发机经由接收发送端与CAN总线双向连接，微型星载计算机与CAN总线双向连接，选择逻辑控制电路通过仲裁输入输出端口与CAN总线双向连接、一方面接收来自CAN总线的任务信息、另一方面将任务规划模块的执行结果返回CAN总线；

用户终端经由互联网向地面监测站发送任务需求信息，然后由地面监测站对任务进行预处理，通过无线通信将处理结果的元任务信息上注到某颗当前可用的卫星，前可用的卫星用于接收来自地面测控站的任务请求，前可用的卫星上的测控应答机与地面测控站通信、接收来自地面测控站的上注元任务并将元任务信息传递给与之相连的北斗短报文收发机，同时，前可用的卫星的微型星载计算机中记录了前可用的卫星的任务待执行序列、通过CAN总线将微型星载计算机的原规划方案序列与北斗短报文收发机的新加载任务信息传递到微小卫星任务在线动态规划模块进行处理，最终处理结果为更新后的任务序列与无法插入的任务集，其中更新后的任务序列重新存入星载计算机，而无法插入的任务集作为待拍卖任务集T；

由微小卫星任务在线动态规划模块计算产生拍卖任务T_i，利用北斗短报文收发机的短报文收发功能与成员卫星建立通信链路，遵循协定的编码、解码格式与加密解密方式，标书被限制在短报文允许的字长范围内，T_i依据协议流程由一个卫星拍得并执行完成，则拍得卫星在其回传窗口内通过其测控应答机将执行结果返回地面测控站，地面测控站通过互联网将结果返回地面用户端，完成对该任务的观测。

2.根据权利要求1所述的用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端，其特征是所述微小卫星任务在线动态规划模块的结构组成为：

微小卫星任务在线动态规划模块中，82C250型CAN总线电平转换芯片分两路分别与选择逻辑控制电路双向连接、一方面接收来自选择逻辑控制电路的仲裁结果、另一方面将两路计算结果返回选择逻辑控制电路，第一电平转换芯片的输入输出端通过转换线路与第一处理器ADSP-SC589型DSP双向连接，第二电平转换芯片通过转换线路与第二处理器ADSP-SC589型DSP双向连接，

第一处理器DSP与第一PROM单向连接，在第一PROM上存储第一DSP的启动运行引导文件，第一DSP与第一SRAM双向相连，第一SRAM拥有32位内存，作为第一DSP程序运行时的内存空间第一DSP与NANDFlash双向相连，NANDFlash用作硬盘，在NANDFlash上分块在不同的地址存储算法程序文件，NANDFlash与第一SRAM双向连通，

第二处理器DSP与第二PROM、第二SRAM、NANDFlash的连接方式与第一处理器的内存配置连接方式相同。

3.一种基于权利要求1所述的用于中低轨微小卫星的任务在线动态规划终端的规划方法，其特征是：

(1)读取输入

微小卫星任务在线动态规划模块的输入来自CAN总线，包括来自北斗短报文收发机的任务招标信息以及封存在星载计算机中的本星当前任务序列信息；

(2)选择与仲裁

微小卫星任务在线动态规划模块采用并行结构，两路处理同时工作，通过选择逻辑控制电路判断两个处理支路的计算状态，选择一个空闲支路用于完成对来自CAN总线的任务的在线规划；

(3)电平转换与程序加载、启动

被选用的计算支路通过82C250型CAN总线电平转换芯片完成电平转换加载到处理器ADSP-SC589型DSP上，内存使用方面，两路处理器DSP均与PROM单向连接，PROM属于非易失性存储器容量小但在轨数据可靠性高，在PROM上存储DSP的启动运行引导文件，两路DSP共用一个NANDFlash，分别与其双向相连，NANDFlash用作硬盘，在不同的地址存储算法程序代码，DSP与SRAM双向相连，SRAM作为DSP程序运行时的内存空间，同时，NANDFlash分别与两路SRAM双向连通；

PROM中存储了处理器DSP的系统程序启动引导文件，接电启动以后处理器DSP从PROM加载启动文件，并由启动代码从共用硬盘NANDFlash下载规划算法程序，因为NANDFlash上分三块在不同的地址存储程序文件，在程序运行时DSP按照三选二的方式读取，程序代码被直接下载到与之连通的运行内存SRAM中进行算法解算；

(4)计算结果返回

当处理结果非空时，处理器DSP遵循协定的编码格式，直接将处理结果写成标书或招标书的形式，并进行短报文加密，经电平转换与选择逻辑控制电路返回CAN总线，经过CAN总线将处理结果返回北斗短报文收发机进行星际通讯合同拍卖。

4.根据权利要求3所述的规划方法，其特征是所述算法解算的执行流程包括：

第一步：处理拍卖权

首先依据拍卖权处理策略选择主导卫星，拍卖权处理策略为：各星遵照协定，依据自身状态申请系统主导地位、获取任务拍卖权，当系统中一颗卫星结束自身的主导地位以后，根据申请的先后顺序选定新的主导卫星S，新晋主导卫星S备份自身需要拍卖的任务集合T，得到待拍卖任务集合Cpy-T；

第二步：任务招标

主导卫星S首先判断当前的待拍卖任务集合Cpy-T是否为空，若Cpy-T为空，则转让拍卖权给下一候选主导卫星；反之，依据拍卖任务选择策略从集合Cpy-T中选取本轮拍卖任务T_i，拍卖任务选择策略如下：

策略1：根据任务的优先等级属性由高到低的顺序依次从Cpy-T选取待拍卖任务；

策略2：若策略1中出现优先等级属性相同的任务，则依据任务的最晚成像时间属性判断任务的紧迫程度，率先安排规划剩余时间短的急迫任务成为拍卖任务；

策略3：若策略2中出现紧迫程度相当的任务时，根据任务的可见开始时间属性由早到晚安排拍卖任务；

另外，主导卫星S需要在招标书中提供投标书格式，即明确投标方投标时需要提供的竞标指标值与优势所在，竞标指标如下，指标1：安排此成像任务后产生的能量消耗；指标2：负载均衡性，投标方当前排定的而尚未执行的任务数量；

第三步：成员卫星投标过程

成员卫星在接收到主导卫星S关于本轮拍卖任务T_i的拍卖信息以后，根据任务的基本属性信息，对自身执行此任务的能力进行评估，尝试将此任务排入当前的任务规划序列中，任务插入过程规定如下：

(1)首先根据卫星对任务的可见性信息选择所有的任务插入点；

(2)遍历所有插入点，在插入点附近判断是否与原规划方案中的任务发生可见时间窗口占用冲突，若存在冲突，尝试下一个插入点插入；反之，进行约束检验，包括姿态调整时间约束、能量约束、数据量约束等，不满足约束则尝试下一个插入点插入；

(3)若存在插入点满足所有约束，则插入该任务，更新任务序列；反之，返回空；

如果任务完成插入，则计算招标信息中的指标值，撰写投标书，投递标书；反之，放弃投标；投标过程结束；

第四步：评标与合同发布过程

到达合同招标截止时间以后，招标方主导卫星S查看投标情况，若此时仍然没有收到任何一个标书，轮换任务继续招标；反之，根据评标策略从所有投标书选择一个卫星作为合同星，为保证全局最优性，评标策略与竞标指标保持一致，评标策略如下：优先选用成像能量消耗小的标书投递方作为合同星，若出现成像时间指标相同的标书，从中选取已排而待规划的任务少的轻负载卫星作为合同星，选择完合同卫星以后，主导卫星S向合同星S_j发布中标信息；

第五步：过程监视与合同信息更新

合同星S_j在接收到中标通知以后，更新自身的任务序列，合同建立；初始合同建立之后的过程监视与合同信息更新过程如下：合同星S_j定时向主导卫星S发送任务进度与自身状态反馈，若超出等待时间主导卫星S仍然没有收到来自的合同星S_j的反馈，主导卫星S则认定S_j可能已经失效，终止与合同星S_j的本轮拍卖任务T_i合同，并向其他投标卫星发送重新招标信息，由各星根据自身状态向合同星S_j发起挑战信息，如果挑战者可以收到合同星S_j的返回消息，则等待合同星S_j继续完成此任务规划，反之，系统认定合同星S_j已经失效，不具备完成本轮拍卖任务T_i的能力，率先挑战者成为新的合同者，更新本轮拍卖任务T_i合同信息，执行以上过程，最终由合同星完成此任务，将此任务从任务集合T中剔除，更新任务集合T，进入新一轮的任务规划。