CN109919378A - 一种卫星星载自主规划系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星任务规划技术领域，公开了一种卫星星载自主规划系统。该自主规划系统包括事件检测模块、事件存储模块、事件过滤模块、事件规划模块、约束检验模块、行动队列存储模块和冲突消解模块。该规划系统避免了地面上传统的卫星任务规划的周期长，而且规划方案一经上注卫星就必须严格执行，不考虑星上动态环境及任务执行效果，因此无法对环境变化做出快速响应的问题；且该系统采用模块化架构，各个模块分别对应执行上述方法中不同步骤，能够释放系统中空闲模块的计算资源，解决了卫星上运算资源不足、存储空间小、运算能力差以及无法运行传统卫星任务规划方法的问题。

Description

一种卫星星载自主规划系统

技术领域

本发明涉及卫星任务规划技术领域，具体地，涉及一种卫星星载自主规划系统。

背景技术

当前大多数卫星任务规划在地面进行，卫星的在轨活动由地面站事先做好计划方案，在卫星地面通信可用期间将任务规划方案上注到卫星，卫星按照规划好的方案执行观测任务，但地面规划方法在响应新信息和新机会方面存在重大延迟，规划周期通常受限于由联系机会约束的时间，延迟时间从几分钟到几小时不等，当观测环境突然改变，地面任务规划与资源调度系统没有足够的时间对卫星进行规划方案调整，导致观测任务无法完成，出现无用产品，造成观测资源浪费，也意味着收集关键情报的机会减少，不能充分发挥卫星资源具有多种载荷和多种工作模式的能力。

传统的卫星任务规划方法虽然能够得到一个最优或者近似最优的观测方案，但是由于卫星上没有足够的运算资源，星上任务规划系统必须具有存储空间小、程序简单，运算速度快等特点。另外，星上环境随时变化，需要对环境的快速响应，充分利用易失的观测机会。因此针对动态环境变化和较弱的运算能力，提供一种卫星星载任务规划系统具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种卫星星载任务规划系统，该系统采用模块架构，能够针对多变的观测环境，充分利用卫星上的运算资源，及时为卫星提供优选的观测方案。

为了实现上述目的，本发明提供了一种卫星星载任务规划系统，该卫星星载自主规划系统包括：事件检测模块，用于获取任务事件，以形成任务事件集合，任务事件包括地面站上注的任务事件和卫星的控制系统自主生成的任务事件，任务事件具有任务信息及执行任务事件的时间范围；事件存储模块，用于存储事件检测模块获取的任务事件，并将任务事件按照时间范围的起始时间排列；事件过滤模块，用于按照任务事件的排列顺序从事件存储模块中提取第一预设数量的任务事件，并判断提取的任务事件的时间范围是否在预设时间段内；事件规划模块，用于从事件过滤模块中接收时间范围在预设时间段内的任务事件以及从行动队列存储模块中接收具体执行时间在预设时间段内的任务事件，以生成待规划事件集合，并对待规划事件集合中的任务事件进行任务规划，以获得任务事件的具体执行时间，从而生成待规划事件集合的已规划任务序列；约束检验模块，用于对已规划任务序列进行约束检验，约束检验包括存储约束检验、能量约束检验、传感器类型约束检验和时间约束检验，并将通过约束检验的已规划任务序列添加至行动列队；行动队列存储模块，用于存储行动列队。

优选地，对待规划事件集合中的任务事件进行任务规划，以获得任务事件的具体执行时间，从而生成待规划事件集合的已规划任务序列，具体包括：获取待规划事件集合中所有任务事件的所有时间窗，以形成与待规划事件集合对应的时间窗集合；将获取的时间窗按照时间窗的起始时间排序，以获得时间窗序列；按照时间窗的排列顺序，从时间窗序列中选取第二预设数量的时间窗，以形成局部规划组；在局部规划组中按照至少选择一个时间窗的原则，获得多个时间窗组合，以生成时间窗组合集；从时间窗组合集中过滤掉部分时间窗组合，并生成多个局部待规划方案，一个未被删除的时间窗组合以及对应的任务事件一起组成一个局部待规划方案；分别计算多个局部待选规划方案的方案收益；选择方案收益最大的局部待规划方案作为局部规划方案；将局部规划方案加入全局规划方案；判断全局规划方案中是否包含了待规划事件集合中的所有的任务事件；在判断全局规划方案中未包含待规划事件集合中的所有的任务事件的情况下，判断时间窗序列中的时间窗是否已被全部选取；在判断时间窗序列中的时间窗已被全部选取情况下，将待规划集合中的未被规划的任务事件退回到任务事件集合；在判断时间窗序列中的时间窗未被全部选取的情况下，再次选取第二预设数量的时间窗，以再次形成局部规划组，再次获得局部规划方案，并再次添加到全局规划方案；判断全局规划方案中包含了待规划事件集合中的所有的任务事件的情况下，将局部规划方案添加至已规划任务序列。

优选地，从时间窗组合集中过滤掉部分时间窗组合具体包括：若时间窗组合中包括同一任务事件的两个以上的时间窗，则将时间窗组合从时间窗组合集中删除；若时间窗组合中包括发生时间冲突的两个以上的时间窗，则将时间窗组合从时间窗组合集中删除；若时间窗组合中包括已经规划完成的任务事件的时间窗，则则将时间窗组合从时间窗组合集中删除。

优选地，采用公式(1)计算方案收益：

其中，b为局部待选规划方案的方案收益，其中N为多个局部待规划方案中包含的时间窗的数量，w_i为局部待选规划方案中为第i个时间窗中所对应的任务事件的任务权重，T_i为局部待选规划方案中第i个时间窗的起始时间，T_start为时间窗序列中第一个时间窗的起始时间，T_end为时间窗序列中最后一个时间窗的起始时间。

优选地，卫星星载自主规划系统还包括冲突消解模块，用于对未通过约束检验的任务规划序列进行冲突消解，并将完成冲突消解的已规划任务序列添加至行动列队。

优选地，任务事件还具有任务权重，已规划任务序列未通过约束检验的情况包括已规划任务序列中的任务事件未通过时间约束检验的情况，对已规划任务序列进行冲突消解具体包括：根据任务信息判断发生冲突的任务事件是否能够合并；在判断发生冲突的任务事件能够合并的情况下，将发生冲突的任务事件合并；在判断发生冲突的任务事件无法合并的情况下，判断对于发生冲突的任一任务事件是否存在其他时间窗与已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突；在对于发生冲突的其中一个任务事件存在其他时间窗与已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突的情况下，将其中一个任务事件的具体执行时间设置在其他时间窗中；在对于发生冲突的任一任务事件均不存在其他时间窗与已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突的情况下，判断是否能够通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突；在判断能够通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突的情况下，将任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移；在判断无法通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突的情况下，将发生冲突的任务事件中任务权重较小的任务事件退回任务事件集合。

优选地，任务事件还具有能量消耗值和存储消耗值，已规划任务序列未通过约束检验的情况包括已规划任务序列未通过能量约束检验和存储约束检验的情况，对已规划任务序列进行冲突消解具体包括：计算已规划任务序列的能量消耗总值和存储消耗总值；根据卫星的能量消耗上限和存储消耗上限计算已规划任务序列的能量消耗过盈值和存储消耗过盈值；根据能量消耗过盈值和已规划任务序列中的各个任务事件的能量消耗值，按照任务权重从小到大的顺序，选择至少一个任务事件退回任务事件集合，以使得已序列任务规划的能量消耗总值小于卫星的能量消耗上限；根据存储消耗过盈值和已规划任务序列中的各个任务事件的存储消耗值，按照任务权重从小到大的顺序，选择至少一个任务事件退回任务事件集合，以使得已规划任务序列的存储消耗总值小于卫星的存储消耗上限。

优选地，事件过滤模块还用于将时间范围未在预设时间段内的任务事件退回任务事件集合。

优选地，该卫星星载自主规划系统与卫星的控制系统连接，事件检测模块还用于接收地面站上注的可执行方案序列，并将可执行方案序列添加至行动列队，可执行方案序列具有任务信息及执行可执行方案序列的具体时间；行动队列存储模块用于将行动队列回传至控制系统。

优选地，从任务事件集合中提取第一预设数量的任务事件具体包括：判断任务事件集合中包含的任务事件的数量是否大于第一预设数量；在判断任务事件集合中包含的任务事件的数量大于第一预设数量的情况下，从任务事件集合中提取第一预设数量的任务事件；在判断任务事件集合中包含的任务事件的数量小于或等于第一预设数量的情况下，将任务事件集合中的任务事件全部提取。

通过上述技术方案，该规划系统执行的任务规划方法通过在接收到新任务事件时不断增加或者修改现有的行动队列，对当前时间点后的一段时间内(几分钟到几个小时)的卫星任务规划方案进行调整，是一种“准实时”的规划方法，避免了地面上传统的卫星任务规划的周期长，而且规划方案一经上注卫星就必须严格执行，不考虑星上动态环境及任务执行效果，因此无法对环境变化做出快速响应的问题；且该系统采用模块化架构，各个模块分别对应执行上述方法中不同步骤，能够释放系统中空闲模块的计算资源，解决了卫星上运算资源不足、存储空间小、运算能力差以及无法运行传统卫星任务规划方法的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一实施方式的一种星上自主任务规划方法的流程图；

图2是根据本发明的一实施方式的一种星上自主任务规划方法的流程图；

图3是根据本发明的一实施方式的一种星上自主任务规划方法的流程图；

图4是根据本发明的一实施方式的一种星上自主任务规划方法的流程图；

图5是根据本发明的一实施方式的一种卫星星载自主规划系统的结构框图；

图6是根据本发明的一实施方式的一种卫星星载自主规划系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中提供的星上自主任务规划方法及卫星星载自主规划系统适用于卫星上仅安装有一台传感器的情形。该传感器例如可以是观测传感器，用于执行各种观测任务。

图1是根据本发明的一实施方式的一种星上自主任务规划方法的流程图。如图1所示，在本发明的一实施方式中，提供了一种星上自主任务规划方法，该方法可以包括：

在步骤S101中，获取任务事件，以形成任务事件集合，任务事件包括地面站上注的任务事件和卫星的控制系统自主生成的任务事件，任务事件具有任务信息及执行任务事件的时间范围。例如任务事件可以是在2018年10月20日上午9点至11点之间观测安徽合肥。

在步骤S102中，将任务事件集合中的任务事件按照时间范围的起始时间排序。

在步骤S103中，按照任务事件的排列顺序，从前向后依次从任务事件集合中提取第一预设数量的任务事件。

在步骤S104中，判断提取的任务事件的时间范围是否在预设时间段内。例如预设时间段的时间时间长度为3小时，当前时间为2018年10月20日上午8点，那么则可以判定为上述观测安徽合肥的任务事件的时间范围在预设时间段内。在本发明的实施方式中，若某一任务事件的时间范围的开始时间在预设时间段内，也就是说某一任务事件的时间范围的开始时间在2018年10月20日上午8点至11点之间，则可以认为该任务事件的时间范围在预设时间段内。在当前预设时间段内的任务事件规划完成后，需要将当前预设时间段更新为下一个预设时间段，则下一个预设时间段为2018年10月20日上午11点至下午2点。

在步骤S105中，在判断提取的任务事件的时间范围在预设时间段内的情况下，将该任务事件加入待规划事件集合。

在步骤S106中，获取当前时刻之前已经规划完成的行动列队，行动队列中的任务事件具有任务信息和执行相应任务信息的具体执行时间。例如上述观测安徽合肥的任务事件的具体执行时间已经安排为2018年10月20日上午9:01开始，至同日上午9:02结束。

在步骤S107中，从行动队列中提取具体执行时间在预设时间段内的任务事件，并添加入待规划事件集合。在本发明的一实施方式中，若行动队列中的某一任务事件的具体执行时间包含在预设时间段内，则认为该任务事件的具体执行时间在预设时间段内。

在步骤S108中，对待规划事件集合中的任务事件进行任务规划，以获得任务事件的具体执行时间，从而生成待规划事件集合的已规划任务序列，具体执行时间包括执行任务事件的开始时间和结束时间。

由任务事件集合添加至待规划事件集合的任务事件原本不具有具体执行时间，在步骤S108中获得具体执行时间；而由行动队列添加至待规划事件集合的任务事件原本就具有具体执行时间，在步骤S108中更换一个适用于全局的具体执行时间。

在步骤S109中，判断已规划任务序列是否能够通过约束检验，约束检验包括存储约束检验、能量约束检验、传感器类型约束检验和时间约束检验。

在步骤S110中，在判断已规划任务序列能够通过约束检验的情况下，将已规划任务序列添加至行动列队。卫星根据行动队列中任务事件的具体执行时间执行相应的任务事件。

在本发明的一实施方式中，该星上自主任务规划方法还可以包括：

在步骤S112中，在判断提取的任务事件的时间范围未在预设时间段内的情况下，将任务事件退回任务事件集合，以待下次提取。

在本发明的一实施方式中，该星上自主任务规划方法还可以包括：

在步骤S111中，在判断已规划任务序列未通过约束检验的情况下，对已规划任务序列进行冲突消解；

在已规划任务序列的冲突被消解后，将完成冲突消解的已规划任务序列添加至行动列队。

在本发明的一实施方式中，从任务事件集合中提取第一预设数量的任务事件具体可以包括：

判断任务事件集合中包含的任务事件的数量是否大于第一预设数量；

在判断任务事件集合中包含的任务事件的数量大于第一预设数量的情况下，从任务事件集合中提取第一预设数量的任务事件；

在判断任务事件集合中包含的任务事件的数量小于或等于第一预设数量的情况下，将任务事件集合中的任务事件全部提取。

已规划任务序列未通过约束检验的情况包括已规划任务序列中的任务事件未通过时间约束检验的情况，例如已规划任务系列中的任务事件1是2018年10月20日上午9:00至同日上午9:02观测安徽合肥，任务事件2是同日上午9:01至9:03观测湖南长沙，则认为任务事件1和任务事件2发生时间冲突，则该已规划任务序列不能通过时间约束检验。

任意一个任务事件具有至少一个时间窗。例如卫星能够在2018年10月20日上午9:00至上午9:04、2018年10月20日下午4:00至下午4:05以及2018年10月21日上午9:00至上午9:05对安徽合肥进行观测，则对安徽合肥进行观测这一任务事件具有三个时间窗，分别为2018年10月20日上午9:00至上午9:04、2018年10月20日下午4:00至下午4:05以及2018年10月21日上午9:00至上午9:05。

在本发明的一实施方式中，对待规划事件集合中的任务事件进行任务规划时，将任务事件的具体执行时间的起始时间设置在所选定时间窗的起始时间，而不考虑具体执行时间在时间窗内的移动，以避免执行该方法需要耗费更多的运算资源。例如选择在2018年10月20日上午9:00至上午9:04这一时间窗内执行观测安徽合肥这一观测任务，观测时间为2分钟，则观测安徽合肥这一任务事件的具体执行时间为2018年10月20日上午9:00至上午9:02。

图2是根据本发明的一实施方式的一种星上自主任务规划方法的流程图。如图2所示，在本发明的一实施方式中，针对未通过时间约束检验的已规划任务序列进行冲突消解具体可以包括：

在步骤S210中，根据任务信息判断发生冲突的任务事件是否能够合并。

在步骤S211中，在判断发生冲突的任务事件能够合并的情况下，将发生冲突的任务事件合并。例如观测安徽合肥的任务事件可以与观测合肥工业大学的任务事件合并进行。

在步骤S212中，在判断发生冲突的任务信息无法合并的情况下，判断对于发生冲突的任一任务事件是否存在其他时间窗与已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突。

在步骤S213中，在对于发生冲突的其中一个任务事件存在其他时间窗与已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突的情况下，将其中一个任务事件的具体执行时间设置在其他时间窗中。也就是说，为某一发生冲突的任务事件更换一个时间窗。

在步骤S214中，在对于发生冲突的任一任务事件均不存在其他时间窗与已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突的情况下，判断是否能够通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突；

在步骤S215中，在判断能够通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突的情况下，将任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移；

在步骤S216中，在判断无法通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突的情况下，将发生冲突的任务事件中任务权重较小的任务事件退回任务事件集合。

约束检验是对已规划任务序列的整体可操作性的检验。

由于如下文描述的在进行任务规划的过程中，过滤掉了发生时间冲突的时间窗组合，因此此处检测到的发生时间冲突的任务事件一定是相邻的两个任务事件，例如在任务事件1、任务事件2以及任务事件3之间，时间冲突可能发生在任务事件1和任务事件2之间，也可能发生在任务事件2和任务事件3之间，而不会发生在任务事件1和任务事件3之间。

例如任务事件1是在2018年10月21日上午9.00至9.02观测，任务事件2是在在2018年10月21日上午9.03至9.05观测，而且需要进行一定角度侧摆，而在两个任务之间卫星姿态调整需要2分钟，则认为任务事件1和任务事件2发生时间冲突。

在本发明的实施方式中，时间约束检验会一次性获得所有时间冲突。冲突消解依次对已规划任务序列中发生时间冲突的任务事件进行冲突消解，每个冲突涉及两个事件，完成一个冲突消解后再考虑下一个冲突涉及的两个事件，直至所有冲突全部消解。例如通过时间约束检验检验出存在时间冲突的有任务事件1和任务事件2、任务事件2和任务事件3、任务事件5和任务事件6，则先对任务事件1和任务事件2进行冲突消解，完成后再依次对任务事件2和任务事件3、任务事件5和任务事件6进行冲突消解。

已规划任务序列未通过约束检验的情况还包括已规划任务序列未通过能量约束检验和存储约束检验的情况。能量约束检验和存储约束检验是针对整个已规划任务序列进行的。任务事件还具有能量消耗值和存储消耗值。根据已规划任务序列中各个任务事件的能量消耗值和存储消耗值获得已规划任务序列的能量消耗总值和存储消耗总值，卫星的能量消耗上限和存储消耗上限是固定的，若已规划任务序列的能量消耗总值超过卫星的能量消耗上限则认为该已规划任务序列不能通过能量约束检验，若已规划任务序列的存储消耗总值超过卫星的存储消耗上限则认为该已规划任务序列不能通过存储约束检验。

图3是根据本发明的一实施方式的一种星上自主任务规划方法的流程图。如图3所示，在本发明的一实施方式中，针对未通过能量约束检验和存储约束检验的已规划任务序列进行冲突消解具体可以包括：

在步骤S320中，计算所已规划任务序列的能量消耗总值和存储消耗总值；

在步骤S321中，根据卫星的能量消耗上限和存储消耗上限计算已规划任务序列的能量消耗过盈值和存储消耗过盈值；

在步骤S322中，根据能量消耗过盈值和已规划任务序列中的各个任务事件的能量消耗值，按照任务权重从小到大的顺序，选择至少一个任务事件退回任务事件集合，以使得已规划任务序列的能量消耗总值小于卫星的能量消耗上限；

根据存储消耗过盈值和已规划任务序列中的各个任务事件的存储消耗值，按照任务权重从小到大的顺序，选择至少一个任务事件退回任务事件集合，以使得已规划任务序列的存储消耗总值小于卫星的存储消耗上限。

将已经退回至少一个任务事件的已规划任务序列加入到行动队列中。

本领域技术人员应当理解，对已规划任务序列进行能量约束检验和存储能量约束检验以及进行能量冲突消解和存储冲突消解是分开进行的，此处为了节省篇幅，将两种情况一起描述。

图4是根据本发明的一实施方式的一种星上自主任务规划方法的流程图。如图4所示，在本发明的一实施方式中，对待规划事件集合中的任务事件进行任务规划，以获得执行任务事件的具体执行时间，从而生成待规划事件集合的已规划任务序列，具体可以包括：

在步骤S409中，获取待规划事件集合中所有任务事件的所有时间窗，以形成与待规划事件集合对应的时间窗集合。

在步骤S410中，将获取的时间窗按照时间窗的起始时间排序，以获得时间窗序列。

在步骤S411中，按照时间窗的排列顺序，从时间窗序列中选取第二预设数量的时间窗，以形成局部规划组。

在步骤S412中，在局部规划组中按照至少选择一个时间窗的原则，获得多个时间窗组合，以生成时间窗组合集。

假设局部规划组中包括n个时间窗，这n个时间窗对应k个任务事件，那么按照至少选择一个时间窗的原则能得到的时间窗组合的个数是个。

在步骤S413中，从时间窗组合集中过滤掉部分时间窗组合，并生成多个局部待规划方案，一个未被删除的时间窗组合以及对应的任务事件一起组成一个局部待规划方案。例如一个未被过滤掉的时间窗组合包括时间窗3、时间窗6和时间窗7，时间窗3、时间窗6和时间窗7分别与任务事件1、任务事件2和任务事件4对应，那么其中一个局部待规划方案包括该时间窗组合以及任务事件1、任务事件2和任务事件4。

在本发明的一实施方式中，从时间窗组合集中过滤掉部分时间窗组合具体可以包括：

若时间窗组合中包括同一任务事件的两个以上的时间窗，则将时间窗组合从时间窗组合集中删除。经过该步骤后，时间窗组合集中时间窗组合的的个数剩余个。

若时间窗组合中包括发生时间冲突的两个以上的时间窗，则将时间窗组合从时间窗组合集中删除。

若时间窗组合中包括全局规划方案的任务事件的时间窗，则将时间窗组合从时间窗组合集中删除。

在步骤S414中，分别计算多个局部待选规划方案的方案收益。在本发明的一实施方式中，例如可以采用公式1来计算方案收益：

其中，b为局部待选规划方案的方案收益，其中N为多个局部待规划方案中包含的时间窗的数量，w_i为局部待选规划方案中为第i个时间窗中所对应的任务事件的任务权重，T_i为局部待选规划方案中第i个时间窗的起始时间，T_start为时间窗序列中第一个时间窗的起始时间，T_end为时间窗序列中最后一个时间窗的起始时间。

在步骤S415中，选择方案收益最大的局部待规划方案作为局部规划方案。

在步骤S416中，将局部规划方案加入全局规划方案。

在步骤S417中，判断全局规划方案中是否包含了待规划事件集合中的所有的任务事件；

在步骤S418中，在判断全局规划方案中未包含待规划事件集合中的所有的任务事件的情况下，判断时间窗序列中的时间窗是否已被全部选取；

在步骤S419中，在判断时间窗序列中的时间窗已被全部选取情况下，将待规划集合中的未被规划的任务事件退回到任务事件集合，将将全局规划方案添加至已规划任务序列；

在判断时间窗序列中的时间窗未被全部选取的情况下，返回步骤S411，以再次选取第二预设数量的时间窗，以再次形成局部规划组，再次获得局部规划方案，并再次添加到全局规划方案；

在步骤S420中，判断全局规划方案中包含了待规划事件集合中的所有的任务事件的情况下，将全局规划方案添加至已规划任务序列。

在本发明的一实施方式中，该星上自主任务规划方法还可以包括：

获取可执行方案序列，可执行方案序列由地面任务规划系统完成规划并由地面站上注到卫星，可执行规划方案具有任务信息及执行可执行方案序列的具体时间；

将可执行方案序列加至行动列队。

通过上述实施方式，该任务规划方法通过在接收到新任务事件时不断增加或者修改现有的行动队列，对当前时间点后的一段时间内(几分钟到几个小时)的卫星任务规划方案进行调整，是一种“准实时”的规划方法，避免了地面上传统的卫星任务规划的周期长，而且规划方案一经上注卫星就必须严格执行，不考虑星上动态环境及任务执行效果，因此无法对环境变化做出快速响应的问题；且该任务规划方法的执行无须过多的运算资源，解决了星上存储空间小、运算能力差、无法运行传统卫星任务规划方法的问题。

在本发明中还提供了用于执行上述任意一种星上自主任务规划方法的卫星星载自主规划系统。

图5是根据本发明的一实施方式的一种卫星星载自主规划系统的结构框图。如图5所示，在本发明的一实施方式中，提供了一种卫星星载自主规划系统，该系统可以包括：

事件检测模块10，用于获取任务事件，以形成任务事件集合，任务事件包括地面站上注的任务事件和卫星的控制系统自主生成的任务事件，任务事件具有任务信息及执行任务事件的时间范围；

事件存储模块20，用于存储事件检测模块10获取的任务事件，并将任务事件按照时间范围的起始时间排列；

事件过滤模块30，用于按照任务事件的排列顺序从事件存储模块20中提取第一预设数量的任务事件，并判断提取的任务事件的时间范围是否在预设时间段内；

事件规划模块40，用于从事件过滤模块30中接收时间范围在预设时间段内的任务事件以及从行动队列存储模块60中接收具体执行时间在预设时间段内的任务事件，以生成待规划事件集合，并对待规划事件集合中的任务事件进行任务规划，以获得任务事件的具体执行时间，从而生成待规划事件集合的已规划任务序列；

约束检验模块50，用于对已规划任务序列进行约束检验，约束检验包括存储约束检验、能量约束检验、传感器类型约束检验和时间约束检验，并将通过约束检验的已规划任务序列添加至行动列队；

行动队列存储模块60，用于存储行动列队。

事件过滤模块30还可以用于将时间范围未在预设时间段内的任务事件退回任务事件集合。

图6是根据本发明的一实施方式的一种卫星星载自主规划系统的结构框图。如图6所示，在本发明的一实施方式中，提供了一种卫星星载自主规划系统，该系统与图5所示的系统相比还可以包括：

冲突消解模块70，用于对未通过约束检验的任务规划序列进行冲突消解，并将完成冲突消解的已规划任务序列添加至行动列队。

该卫星星载自主规划系统与卫星的控制系统连接，事件检测模块10还用于接收地面站上注的可执行方案序列，并将可执行方案序列添加至行动列队，可执行方案序列具有任务信息及执行可执行方案序列的具体时间；行动队列存储模块60用于将行动队列回传至控制系统。

通过上述实施方式，该系统采用模块化架构，各个模块分别对应执行上述方法中不同步骤，能够释放系统中空闲模块的计算资源，解决了卫星上运算资源不足、存储空间小、运算能力差以及无法运行传统卫星任务规划方法的问题。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种卫星星载自主规划系统，其特征在于，所述卫星星载自主规划系统包括：

事件检测模块(10)，用于获取任务事件，以形成任务事件集合，所述任务事件包括地面站上注的任务事件和卫星的控制系统自主生成的任务事件，所述任务事件具有任务信息及执行所述任务事件的时间范围；

事件存储模块(20)，用于存储所述事件检测模块(10)获取的所述任务事件，并将所述任务事件按照所述时间范围的起始时间排列；

事件过滤模块(30)，用于按照所述任务事件的排列顺序从所述事件存储模块(20)中提取第一预设数量的所述任务事件，并判断提取的所述任务事件的所述时间范围是否在预设时间段内；

事件规划模块(40)，用于从所述事件过滤模块(30)中接收所述时间范围在所述预设时间段内的任务事件以及从行动队列存储模块(60)中接收所述具体执行时间在所述预设时间段内的任务事件，以生成待规划事件集合，并对所述待规划事件集合中的所述任务事件进行任务规划，以获得所述任务事件的具体执行时间，从而生成所述待规划事件集合的已规划任务序列；

约束检验模块(50)，用于对所述已规划任务序列进行约束检验，所述约束检验包括存储约束检验、能量约束检验、传感器类型约束检验和时间约束检验，并将通过所述约束检验的已规划任务序列添加至行动列队；

所述行动队列存储模块(60)，用于存储所述行动列队。

2.根据权利要求1所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，对所述待规划事件集合中的所述任务事件进行任务规划，以获得所述任务事件的具体执行时间，从而生成所述待规划事件集合的已规划任务序列，具体包括：

获取所述待规划事件集合中所有任务事件的所有时间窗，以形成与所述待规划事件集合对应的时间窗集合；

将获取的时间窗按照时间窗的起始时间排序，以获得时间窗序列；

按照所述时间窗的排列顺序，从所述时间窗序列中选取第二预设数量的时间窗，以形成局部规划组；

在所述局部规划组中按照至少选择一个时间窗的原则，获得多个时间窗组合，以生成时间窗组合集；

从所述时间窗组合集中过滤掉部分时间窗组合，并生成多个局部待规划方案，一个未被删除的时间窗组合以及对应的任务事件一起组成一个局部待规划方案；

分别计算所述多个局部待选规划方案的方案收益；

选择所述方案收益最大的局部待规划方案作为局部规划方案；

将所述局部规划方案加入全局规划方案；

判断所述全局规划方案中是否包含了所述待规划事件集合中的所有的任务事件；

在判断所述全局规划方案中未包含所述待规划事件集合中的所有的任务事件的情况下，判断所述时间窗序列中的时间窗是否已被全部选取；

在判断所述时间窗序列中的时间窗已被全部选取情况下，将所述待规划集合中的未被规划的任务事件退回到所述任务事件集合；

在判断所述时间窗序列中的时间窗未被全部选取的情况下，再次选取第二预设数量的时间窗，以再次形成局部规划组，再次获得局部规划方案，并再次添加到全局规划方案；

判断所述全局规划方案中包含了所述待规划事件集合中的所有的任务事件的情况下，将局部规划方案添加至已规划任务序列。

3.根据权利要求2所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，从所述时间窗组合集中过滤掉部分时间窗组合具体包括：

若时间窗组合中包括同一任务事件的两个以上的时间窗，则将所述时间窗组合从所述时间窗组合集中删除；

若时间窗组合中包括发生时间冲突的两个以上的时间窗，则将所述时间窗组合从所述时间窗组合集中删除；

若时间窗组合中包括已经规划完成的任务事件的时间窗，则将所述时间窗组合从所述时间窗组合集中删除。

4.根据权利要求3所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，采用公式(1)计算所述方案收益：

其中，b为局部待选规划方案的方案收益，其中N为多个局部待规划方案中包含的时间窗的数量，w_i为局部待选规划方案中为第i个时间窗中所对应的任务事件的任务权重，T_i为局部待选规划方案中第i个时间窗的起始时间，T_start为时间窗序列中第一个时间窗的起始时间，T_end为时间窗序列中最后一个时间窗的起始时间。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，所述卫星星载自主规划系统还包括冲突消解模块(70)，用于对未通过所述约束检验的所述任务规划序列进行冲突消解，并将完成冲突消解的所述已规划任务序列添加至行动列队。

6.根据权利要求5所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，所述任务事件还具有任务权重，所述已规划任务序列未通过所述约束检验的情况包括所述已规划任务序列中的任务事件未通过所述时间约束检验的情况，所述对所述已规划任务序列进行冲突消解具体包括：

根据所述任务信息判断发生冲突的任务事件是否能够合并；

在判断发生冲突的任务事件能够合并的情况下，将所述发生冲突的任务事件合并；

在判断发生冲突的任务事件无法合并的情况下，判断对于发生冲突的任一任务事件是否存在其他时间窗与所述已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突；

在对于发生冲突的其中一个任务事件存在其他时间窗与所述已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突的情况下，将所述其中一个任务事件的所述具体执行时间设置在所述其他时间窗中；

在对于发生冲突的任一任务事件均不存在其他时间窗与所述已规划任务序列中的其他所有任务事件均不发生时间冲突的情况下，判断是否能够通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突；

在判断能够通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突的情况下，将所述任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移；

在判断无法通过将发生冲突的、开始时间靠后的任务事件的具体执行时间在当前时间窗内后移来消解冲突的情况下，将发生冲突的任务事件中所述任务权重较小的任务事件退回所述任务事件集合。

7.根据权利要求6所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，所述任务事件还具有能量消耗值和存储消耗值，所述已规划任务序列未通过所述约束检验的情况包括所述已规划任务序列未通过所述能量约束检验和存储约束检验的情况，所述对所述已规划任务序列进行冲突消解具体包括：

计算所述已规划任务序列的能量消耗总值和存储消耗总值；

根据卫星的能量消耗上限和存储消耗上限计算所述已规划任务序列的能量消耗过盈值和存储消耗过盈值；

根据所述能量消耗过盈值和所述已规划任务序列中的各个任务事件的能量消耗值，按照所述任务权重从小到大的顺序，选择至少一个任务事件退回所述任务事件集合，以使得所述已序列任务规划的能量消耗总值小于卫星的能量消耗上限；

根据所述存储消耗过盈值和所述已规划任务序列中的各个任务事件的存储消耗值，按照所述任务权重从小到大的顺序，选择至少一个任务事件退回所述任务事件集合，以使得所述已规划任务序列的存储消耗总值小于卫星的存储消耗上限。

8.根据权利要求7所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，所述事件过滤模块(30)还用于将所述时间范围未在预设时间段内的所述任务事件退回所述任务事件集合。

9.根据权利要求8所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，所述卫星星载自主规划系统与卫星的控制系统连接，所述事件检测模块(10)还用于接收地面站上注的可执行方案序列，并将所述可执行方案序列添加至所述行动列队，所述可执行方案序列具有任务信息及执行所述可执行方案序列的具体时间；所述行动队列存储模块(60)用于将所述行动队列回传至所述控制系统。

10.根据权利要求9所述的卫星星载自主规划系统，其特征在于，所述从所述任务事件集合中提取第一预设数量的任务事件具体包括：

判断所述任务事件集合中包含的任务事件的数量是否大于所述第一预设数量；

在判断所述任务事件集合中包含的任务事件的数量大于所述第一预设数量的情况下，从所述任务事件集合中提取第一预设数量的任务事件；

在判断所述任务事件集合中包含的任务事件的数量小于或等于所述第一预设数量的情况下，将所述任务事件集合中的任务事件全部提取。