CN110262533A - 一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法；所述方法应用于模块化可重构卫星，所述方法包括：基于设定的描述坐标系，获取所述模块化可重构卫星的初始构型对应的初始位置矩阵以及所述模块化可重构卫星的自重构任务所期望的目标构型对应的目标位置矩阵；利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务；根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令；其中，所述模块运动指令用于控制安装于所述各模块的运动器件的动作序列以将所述各模块按照所述目标构型进行自重构。
Description
技术领域
本发明实施例涉及卫星技术领域，尤其涉及一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
模块化可重构卫星是为了顺应未来卫星发展趋势提出的一种新概念卫星，它由功能各异、外形相同且具有互换性的同构模块组成。这些同构模块可以包括推进模块、导航模块、电源模块等功能模块以及结构模块和特定载荷模块，通过各同构模块进行移动就能够改变卫星的整体构型，从而适应在轨组装、自适应在轨服务、空间预先部署应对紧急事态等不同的任务需求。
当前，模块化可重构卫星在完成在轨自重构任务时，如何规划模块的运动次序和运动方式，以实现卫星的整体构型由初始构型转化为目标构型，这是卫星在执行在轨自重构任务时所需要解决的一个核心问题。针对这一问题，目前常规技术中，针对旋转自重构的机械系统在进行重构规划时，大都采用以直线构型作为中间构型的重构思路，也就是首先将初始构型转化为直线构型，再将直线构型转化为目标构型。
针对上述已有的常规技术，在实现模块化可重构卫星的在轨自重构任务时，会带来以下问题：首先，直线构型的结构跨度较大，由于卫星所处的空间环境复杂、阻尼小，直线构型在模块旋转过程中所产生的大幅振动不易衰减；其次，以直线构型作为中间构型来完成在轨自重构任务需要模块进行较多次数的移动，无法满足航天任务中的低能耗要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法、装置及计算机存储介质；在卫星自重构过程中，无需通过将初始构型转化为直线构型后再转化为目标构型，而是能够直接由初始构型转化为目标构型，降低了自重构任务执行时的模块的移动次数，降低了卫星执行任务时的功耗。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法，所述方法应用于模块化可重构卫星，所述方法包括：
基于设定的描述坐标系，获取所述模块化可重构卫星的初始构型对应的初始位置矩阵以及所述模块化可重构卫星的自重构任务所期望的目标构型对应的目标位置矩阵；
利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务；
根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令；其中，所述模块运动指令用于控制安装于所述各模块的运动器件的动作序列以将所述各模块按照所述目标构型进行自重构。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构装置，所述装置包括：获取部分、确定部分和生成部分；其中，
所述获取部分，配置为基于设定的描述坐标系，获取所述模块化可重构卫星的初始构型对应的初始位置矩阵以及所述模块化可重构卫星的自重构任务所期望的目标构型对应的目标位置矩阵；
所述确定部分，配置为利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务；
所述生成部分，配置为根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令；其中，所述模块运动指令用于控制安装于所述各模块的运动器件的动作序列以将所述各模块按照所述目标构型进行自重构。
第三方面，本发明实施例提供了一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构装置，包括：存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述的基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构程序，所述基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述的基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构方法的步骤。
本发明实施例提供了一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法、装置及计算机存储介质；通过获取初始构型和目标构型的位置矩阵，并基于层次分析法进行任务分解，并将分解得到的三维任务转化为两个二维路径规划问题，并通过解决这两个二维路径规划问题得到用于指示模块移动路径的模块运动指令，将模块运动指令下发至模块的飞轮和电磁线圈，以基于控制模块控制电磁线圈进行面连接以及飞轮的旋转力矩，从而移动以符合目标构型。通过本发明实施例的技术方案，在卫星自重构过程中，无需通过将初始构型转化为直线构型后再转化为目标构型，而是能够直接由初始构型转化为目标构型，降低了自重构任务执行时的模块的移动次数，降低了卫星执行任务时的功耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种处理过程框图；
图3为本发明实施例提供的模块移动的目标位置以及其相邻位置中固定模块的分布情况示意图；
图4为本发明实施例提供的模块移动时的连接状态示意图；
图5为本发明实施例提供的旋转模块以及旋转模块扫过的区域示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构装置组成示意图；
图7为本发明实施例提供的一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构装置具体硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在对本发明实施例进行阐述之前，需要对本发明实施例所使用的术语“分层任务网络规划”的含义进行解释，分层任务网络规划是通过用一个原子命题的集合表示系统状态，动作对应于确定状态的转换。分层任务网络规划的目的是达到完成某一任务的集合。分层任务网络规划的输入不仅包含动作集合，还包含一个方法集合。分层任务网络规划的过程是递归地将非原子任务分解成越来越小的子任务，直到出现可以直接执行规划动作就能完成的原子任务为止。
基于上述针对“分层任务网络规划”术语的解释，参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法流程，该方法可以包括：
S101：基于设定的描述坐标系，获取所述模块化可重构卫星的初始构型对应的初始位置矩阵以及所述模块化可重构卫星的自重构任务所期望的目标构型对应的目标位置矩阵；
S102：利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务；
S103：根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令；其中，所述模块运动指令用于控制安装于所述各模块的运动器件的动作序列以将所述各模块按照所述目标构型进行自重构。
针对上述图1所示的技术方案，可以应用于模块化可重构卫星中；对于模块化可重构卫星，其所包含的每个同构模块都可以在其8个顶点安装电磁线圈，用来实现与相邻模块的连接和分离；每个同构模块的体心位置上安装三个相互正交的飞轮，用来为同构模块提供三个正交方向上的旋转力矩；综合前述的电磁线圈和飞轮，就能够通过控制指令对电磁线圈电流的通断和飞轮力矩进行控制，以实现模块化可重构卫星中的同构模块按照在轨自重构任务进行移动。详细来说，上述技术方案的处理过程框图如图2所示，图1所示的分层任务网络规划方案可以通过具体的应用程序或指令集合进行实现，固化在存储器中供处理器进行调用，在图2中以分层任务网络规划框进行表示，处理过程如下：分层任务网络规划获取初始构型和目标构型的位置矩阵，并基于层次分析法进行任务分解，并将分解得到的三维任务转化为两个二维路径规划问题，并通过解决这两个二维路径规划问题得到用于指示模块移动路径的模块运动指令，将模块运动指令下发至模块的飞轮和电磁线圈，以基于控制模块控制电磁线圈进行面连接以及飞轮的旋转力矩，从而移动以符合目标构型。
对于图1所示的技术方案，对于S101，在具体实现过程中，可以设定一坐标原点，并基于该坐标原点建立本发明实施例所提到的模块化可重构卫星的构型描述坐标系，基于该建立所得到的构型描述坐标系，可以根据模块化可重构卫星的拓扑模型获得初始构型对应的初始位置矩阵C0以及自重构任务所期望的目标构型所对应的目标位置矩阵Cgoal。详细来说，C0以及Cgoal具体可以是n×3维矩阵，并且矩阵的每一行均分别对应一个位置向量，每个位置向量用于表示模块所在位置的空间坐标。
对于图1所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，S102所述的利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务，具体可以包括：
利用所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵，基于模块间的连接状态通过9标度法建立目标位置层和移动模块层的比较判断矩阵；
利用层次分析法获取各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序，并将各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序确定为所述各模块的移动任务。
对于上述实现方式，首先需要说明的是：模块移动时的连接状态可以根据其相邻位置中固定模块的分布情况进行划分，详细来说，针对模块移动的目标位置，其相邻位置中固定模块的分布情况可以包括如图3所示的6类情况，在图3中，白色块为目标位置，黑色块为固定模块，目标位置的相邻位置中固定模块的分布情况分别包括该目标位置没有相邻的固定模块、该目标位置仅有一个相邻的固定模块，该目标位置具有两个相邻的固定模块且两个相邻的固定模块具有公共边、该目标位置具有三个相邻的固定模块且三个相邻的固定模块具有公共点、该目标位置具有三个相邻的固定模块且三个相邻的固定模块不具有公共点以及该目标位置具有四个相邻的固定模块且该目标位置相互垂直的两个面没有相邻的固定模块。基于上述目标位置的相邻位置中固定模块的分布情况，模块移动时的连接状态可以包括如图4所示的6种情况，在图4中，交叉线填充块为移动模块，黑色块为固定模块，移动模块在移动时的固定模块的连接状态可以包括：移动模块具有一个相邻的固定模块，移动模块具有两个相邻的固定模块且两个相邻的固定模块具有公共边、移动模块具有两个相邻的固定模块且两个相邻的固定模块不具有公共边、移动模块具有三个相邻的固定模块且三个相邻的固定模块不具有公共点、移动模块具有四个相邻的固定模块且该移动模块相互垂直的两个面没有相邻的固定模块、移动模块具有四个相邻的固定模块且该移动模块相互平行的两个面没有相邻的固定模块。
对于上述实现方式，其次需要说明的是，所述比较判断矩阵可以通过9标度法进行建立，详细来说，9标度法是分析了人类一般心理习惯并参考心理学研究成果的基础上提出来的，通过用1至9及其倒数共17个数作为标度来确定比较判断矩阵中元素aij的值。采用9标度法可以模拟人进行决策。9个标度的含义如表1所示：
表1
如表1所示，aij取值为1、3、5、7、9时，均对应两个因素xi与xj相比所得到的重要程度；而aij取值为2、4、6、8时，表示上述相邻判断的中值，并且当两个因素xi与xj相比所得的判断为aij，那么两个因素xj与xi相比的判断为aij的倒数。
对于上述实现方式，优选地，所述利用层次分析法获取各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序，包括：
获取所述比较判断矩阵的特征值和特征向量；
将最大特征值对应的特征向量归一化作为排序权重，获得目标位置层的排序权重和移动模块层的排序权重；
根据移动模块的类型以及目标位置类型，利用所述移动模块层的排序权重获取一中间矩阵；
根据所述中间矩阵以及所述目标位置层的排序权重，合成每种构型更新的排序权重。
举例来说，在本发明实施例中，比较判断矩阵按照当前的实际状态选取aij可以得到计算上述比较判断矩阵A的特征值和特征向量，选取最大特征值对应的特征向量进行归一化作为排序权重，从而可以得到目标位置层的排序权重u1和移动模块层的排序权重u2；
设定中间矩阵U为6×30的矩阵，对于矩阵U来说，每一行对应一种目标位置类型，每一列对应一种模块的移动类型。每一行中的模块移动类型如果与该行对应的目标位置类型无关，即模块移动类型的目标位置不属于目标位置类型，那么相应矩阵位置中的对应元素就为0。而每一行只有移动到对应目标位置的构型更新方式才能使得其对应元素不为0，可以理解地，完成构型更新需要移动模块对应的排序权值，其它的元素均为0。而移动模块的类型由目标位置决定，决定类型后，相同类型的移动模块是相同的。因此中间矩阵U可以看成一个6×6的对角分块阵，其对角元素都为u2，即
针对中间矩阵U以及目标位置层的排序权重u1，合成每种构型更新的排序权重ω＝u1·U。需要说明的是，合成权重ω决定各种移动类型进行移动的优先级，权重越大优先级越高。移动类型是移动模块类型和目标位置类型的组合。也就是说，某种移动类型权重较大时，就应当优先将对应的移动模块移动到对应的目标位置，从而根据合成权重ω来确定各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序。
对于图1所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，S103所述根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令，包括：
针对所述模块化可重构卫星中的每个模块，由旋转立方模块(PCM，Pivoting CubeModule)模型确定每个所述模块每一步运动的可动范围；
根据每个所述模块所在平面以及每个所述模块对应的目标位置所在平面确定每个所述模块对应的交点位置；
分别求解每个所述模块到对应的交点位置的第一最短路径以及从对应的交点位置到每个所述模块对应的目标位置之间的第二最短路径，以将每个所述模块的移动任务分解为两个二维路径规划问题进行求解；
基于求解所得到的所述第一最短路径以及所述第二最短路径，生成每个所述模块对应的模块运动指令。
对于上述实现方式，在一种优选示例中，所述针对所述模块化可重构卫星中的每个模块，由旋转立方模块PCM模型确定每个所述模块每一步运动的可动范围，包括：
根据PCM模型，每个旋转模块的运动规律均满足以下5项：旋转模块围绕与另一个模块共享的转轴边缘进行旋转、旋转模块所扫过的区域不和其他模块区域相交、旋转模块扫过的区域均在同一平面内，且所述平面与转轴垂直、在不旋转期间，旋转模块位于立方晶格上、以及旋转模块是无连接的；
针对旋转模块、旋转模块的相邻模块以及所述旋转模块扫过的区域所包含的模块，确定所述旋转模块所有的备选运动方向，并从所述旋转模块所有的备选运动方向中确定所述旋转模块下一步的运动范围。
针对上述优选示例，详细来说，针对每个旋转模块，其运动规律通过PCM模型描述为：旋转模块围绕与另一个模块共享的边缘(即转轴边缘)旋转；正在旋转模块所扫过的区域不和其他模块的区域相交；旋转模块扫过的区域在同一平面内，且该平面与转轴垂直；在不旋转期间，旋转模块位于立方晶格上；连接的模块必须共享一个面，因此正在旋转的模块是无连接的。
对于上述旋转模块以及旋转模块扫过的区域，参见图5所示，图中，交叉线填充方块表示正在运动的旋转模块，黑色方块表示该旋转模块的相邻模块，白色方块表示运动模块绕相邻模块旋转扫过的区域包含的位置。图5中的每一个子图表示一种运动情况，白色方块中心的数字表示它在这种运动情况下的标号。基于图5，设定i表示旋转模块，vi是它的位置向量；j表示旋转模块的相邻模块，vj是它的位置向量。令是标号为1、2、3位置的集合的位置矩阵，是标号为1、2、3位置的集合的位置矩阵，V是当前卫星构型的位置矩阵针对上述三个位置矩阵：若且模块i可以绕该相邻模块j在此方向旋转若且模块i可以绕该相邻模块j在此方向旋转π；若模块i绕该相邻模块j在此方向无法旋转。遍历旋转模块的所有可能的运动方向，并通过上述规律判断到达的位置从而能够得到旋转模块下一步运动的可动范围。需要说明的是，f∩表示“取交集”运算符。
对于上述实现方式，在另一种优选示例中，所述在根据每个所述模块所在平面以及每个所述模块对应的目标位置所在平面确定每个所述模块对应的交点位置之后，所述方法还包括：
将每个所述模块和目标位置每一个方向的坐标进行比较，选择坐标差值最小的方向所在的平面作为每个所述模块移动到所述交点位置的运动平面。
基于上述优选示例，所述求解每个所述模块到对应的交点位置的第一最短路径，包括：
对于每个所述模块每一步运动的可动范围中，选取保持在所述运动平面且相应坐标与所述目标位置距离缩小的位置进行运动，直至到达交点位置。
基于上述优选示例，所述求解从对应的交点位置到每个所述模块对应的目标位置之间的第二最短路径，包括：
引入驱动角α，其中，所述驱动角α表示运动模块第i步位置与第i+1步位置形成的向量与运动模块第i步位置与目标位置形成向量的夹角；
确定所述运动模块以所述驱动角α较小的方向作为运动方向直至运动至目标位置为所述第二最短路径。
在求解得到第一最短路径和第二最短路径之后，生成相应的模块运动指令，从而控制模块的运动器件，例如电磁线圈和飞轮的动作序列以将模块按照目标构型进行自重构。
前述实施例的技术方案，获取初始构型和目标构型的位置矩阵，并基于层次分析法进行任务分解，并将分解得到的三维任务转化为两个二维路径规划问题，并通过解决这两个二维路径规划问题得到用于指示模块移动路径的模块运动指令，将模块运动指令下发至模块的飞轮和电磁线圈，以基于控制模块控制电磁线圈进行面连接以及飞轮的旋转力矩，从而移动以符合目标构型。通过前述实施例的技术方案，在自重构过程中，无需通过将初始构型转化为直线构型后再转化为目标构型，而是能够直接由初始构型转化为目标构型，降低了自重构任务执行时的模块的移动次数，降低了卫星执行任务时的功耗。
基于前述实施例相同的发明构思，参见图6，其示出了本发明实施例提供的一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构装置60，所述装置60包括：获取部分601、确定部分602和生成部分603；其中，
所述获取部分601，配置为基于设定的描述坐标系，获取所述模块化可重构卫星的初始构型对应的初始位置矩阵以及所述模块化可重构卫星的自重构任务所期望的目标构型对应的目标位置矩阵；
所述确定部分602，配置为利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务；
所述生成部分603，配置为根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令；其中，所述模块运动指令用于控制安装于所述各模块的运动器件的动作序列以将所述各模块按照所述目标构型进行自重构。
在上述方案中，所述确定部分602，配置为：
利用所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵，基于模块间的连接状态通过9标度法建立目标位置层和移动模块层的比较判断矩阵；
利用层次分析法获取各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序，并将各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序确定为所述各模块的移动任务。
在上述方案中，所述确定部分602，配置为：
获取所述比较判断矩阵的特征值和特征向量；
将最大特征值对应的特征向量归一化作为排序权重，获得目标位置层的排序权重和移动模块层的排序权重；
根据移动模块的类型以及目标位置类型，利用所述移动模块层的排序权重获取一中间矩阵；
根据所述中间矩阵以及所述目标位置层的排序权重，合成每种构型更新的排序权重。
在上述方案中，所述生成部分603，配置为：
针对所述模块化可重构卫星中的每个模块，由旋转立方模块PCM模型确定每个所述模块每一步运动的可动范围；
根据每个所述模块所在平面以及每个所述模块对应的目标位置所在平面确定每个所述模块对应的交点位置；
分别求解每个所述模块到对应的交点位置的第一最短路径以及从对应的交点位置到每个所述模块对应的目标位置之间的第二最短路径，以将每个所述模块的移动任务分解为两个二维路径规划问题进行求解；
基于求解所得到的所述第一最短路径以及所述第二最短路径，生成每个所述模块对应的模块运动指令。
在上述方案中，所述生成部分603，配置为：
根据PCM模型，每个旋转模块的运动规律均满足以下5项：旋转模块围绕与另一个模块共享的转轴边缘进行旋转、旋转模块所扫过的区域不和其他模块区域相交、旋转模块扫过的区域均在同一平面内，且所述平面与转轴垂直、在不旋转期间，旋转模块位于立方晶格上、以及旋转模块是无连接的；
针对旋转模块、旋转模块的相邻模块以及所述旋转模块扫过的区域所包含的模块，确定所述旋转模块所有的备选运动方向，并从所述旋转模块所有的备选运动方向中确定所述旋转模块下一步的运动范围。
在上述方案中，所述生成部分603，还配置为：
将每个所述模块和目标位置每一个方向的坐标进行比较，选择坐标差值最小的方向所在的平面作为每个所述模块移动到所述交点位置的运动平面。
在上述方案中，所述生成部分603，配置为：
对于每个所述模块每一步运动的可动范围中，选取保持在所述运动平面且相应坐标与所述目标位置距离缩小的位置进行运动，直至到达交点位置。
在上述方案中，所述生成部分603，配置为：
引入驱动角α，其中，所述驱动角α表示运动模块第i步位置与第i+1步位置形成的向量与运动模块第i步位置与目标位置形成向量的夹角；
确定所述运动模块以所述驱动角α较小的方向作为运动方向直至运动至目标位置为所述第二最短路径。
可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。
另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构程序，所述基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构程序被至少一个处理器执行时实现前述技术方案中所述基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构方法的步骤。。
基于上述基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构装置60以及计算机存储介质，参见图7，其示出了本发明实施例提供的一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构装置60的具体硬件结构，可以包括：
存储器701和处理器702；各个组件通过总线系统703耦合在一起。可理解，总线系统703用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统703除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图7中将各种总线都标为总线系统703。其中，
存储器701，用于存储能够在处理器702上运行的计算机程序；
处理器702，用于在运行所述计算机程序时，执行以下步骤：
基于设定的描述坐标系，获取所述模块化可重构卫星的初始构型对应的初始位置矩阵以及所述模块化可重构卫星的自重构任务所期望的目标构型对应的目标位置矩阵；
利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务；
根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令；其中，所述模块运动指令用于控制安装于所述各模块的运动器件的动作序列以将所述各模块按照所述目标构型进行自重构。
可以理解，本发明实施例中的存储器701可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器701旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
而处理器702可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器702中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器702可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器701，处理器702读取存储器701中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
具体来说，处理器702还配置为运行所述计算机程序时，执行前述技术方案中所述基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法步骤，这里不再进行赘述。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构的方法，其特征在于，所述方法应用于模块化可重构卫星，所述方法包括：
基于设定的描述坐标系，获取所述模块化可重构卫星的初始构型对应的初始位置矩阵以及所述模块化可重构卫星的自重构任务所期望的目标构型对应的目标位置矩阵；
利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务；
根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令；其中，所述模块运动指令用于控制安装于所述各模块的运动器件的动作序列以将所述各模块按照所述目标构型进行自重构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务，包括：
利用所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵，基于模块间的连接状态通过9标度法建立目标位置层和移动模块层的比较判断矩阵；
利用层次分析法获取各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序，并将各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序确定为所述各模块的移动任务。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用层次分析法获取各模块期望移动到的目标位置以及移动顺序，包括：
获取所述比较判断矩阵的特征值和特征向量；
将最大特征值对应的特征向量归一化作为排序权重，获得目标位置层的排序权重和移动模块层的排序权重；
根据移动模块的类型以及目标位置类型，利用所述移动模块层的排序权重获取一中间矩阵；
根据所述中间矩阵以及所述目标位置层的排序权重，合成每种构型更新的排序权重。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令，包括：
针对所述模块化可重构卫星中的每个模块，由旋转立方模块PCM模型确定每个所述模块每一步运动的可动范围；
根据每个所述模块所在平面以及每个所述模块对应的目标位置所在平面确定每个所述模块对应的交点位置；
分别求解每个所述模块到对应的交点位置的第一最短路径以及从对应的交点位置到每个所述模块对应的目标位置之间的第二最短路径，以将每个所述模块的移动任务分解为两个二维路径规划问题进行求解；
基于求解所得到的所述第一最短路径以及所述第二最短路径，生成每个所述模块对应的模块运动指令。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述针对所述模块化可重构卫星中的每个模块，由旋转立方模块PCM模型确定每个所述模块每一步运动的可动范围，包括：
根据PCM模型，每个旋转模块的运动规律均满足以下5项：旋转模块围绕与另一个模块共享的转轴边缘进行旋转、旋转模块所扫过的区域不和其他模块区域相交、旋转模块扫过的区域均在同一平面内，且所述平面与转轴垂直、在不旋转期间，旋转模块位于立方晶格上、以及旋转模块是无连接的；
针对旋转模块、旋转模块的相邻模块以及所述旋转模块扫过的区域所包含的模块，确定所述旋转模块所有的备选运动方向，并从所述旋转模块所有的备选运动方向中确定所述旋转模块下一步的运动范围。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在根据每个所述模块所在平面以及每个所述模块对应的目标位置所在平面确定每个所述模块对应的交点位置之后，所述方法还包括：
将每个所述模块和目标位置每一个方向的坐标进行比较，选择坐标差值最小的方向所在的平面作为每个所述模块移动到所述交点位置的运动平面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述求解每个所述模块到对应的交点位置的第一最短路径，包括：
对于每个所述模块每一步运动的可动范围中，选取保持在所述运动平面且相应坐标与所述目标位置距离缩小的位置进行运动，直至到达交点位置。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述求解从对应的交点位置到每个所述模块对应的目标位置之间的第二最短路径，包括：
引入驱动角α，其中，所述驱动角α表示运动模块第i步位置与第i+1步位置形成的向量与运动模块第i步位置与目标位置形成向量的夹角；
确定所述运动模块以所述驱动角α较小的方向作为运动方向直至运动至目标位置为所述第二最短路径。
9.一种基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构装置，其特征在于，所述装置包括：获取部分、确定部分和生成部分；其中，
所述获取部分，配置为基于设定的描述坐标系，获取所述模块化可重构卫星的初始构型对应的初始位置矩阵以及所述模块化可重构卫星的自重构任务所期望的目标构型对应的目标位置矩阵；
所述确定部分，配置为利用层次分析法，根据所述初始位置矩阵以及所述目标位置矩阵确定所述模块化可重构卫星中各模块的移动任务；
所述生成部分，配置为根据所述各模块的移动任务生成所述各模块对应的模块运动指令；其中，所述模块运动指令用于控制安装于所述各模块的运动器件的动作序列以将所述各模块按照所述目标构型进行自重构。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构程序，所述基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述的基于分层任务网络规划模块化可重构卫星自重构方法的步骤。
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