CN111461508A - 适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法及系统 - Google Patents

适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法及系统，包括：步骤M1：进行卫星自主任务分析，获取自主任务规划的输入条件；步骤M2：对实施目标观测时卫星经受的约束条件进行分析，得到约束模型，获取约束模型信息；步骤M3：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取规划结果信息，即卫星自主执行的动作序列、动作开始时间与动作结束时间等规划结果；卫星自主执行的动作序列由触发动作的事件决定，卫星上自主进行姿态机动和工作模式切换；步骤M4：根据规划结果信息，获取卫星实施伽玛暴观测结果信息。本发明满足了卫星实施观测过程中对随机产生和动态变化的伽玛暴的有效观测。

Description

适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法及系统
技术领域
本发明涉及伽玛暴观测实施技术领域，具体地，涉及一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法及系统。
背景技术
伽玛暴观测是探索浩瀚宇宙的一个重要的窗口，可为宇宙演化理论体系的完善提供关键基础观测数据，为星系形成与演化过程的理论研究奠定实验基础。伽玛暴的产生是不可预测的，具有随机性和不确定性，因此无法在卫星飞行程序中设定既定指令执行相应动作实施对伽玛暴的观测。另一方面，伽玛暴持续时间非常短暂，呈现时长在分钟量级，且时变的轮廓非常复杂，采用传统的地面站管控的方式实施指令上注，由于存在测控弧段与时间窗口限制等因素，很有可能无法在短时间内对伽玛暴实现快速跟踪捕获并稳定成像，从而丧失伽玛暴观测的最佳时机。
专利文献CN105717940B公开了一种中继卫星自主任务规划方法，包括：(1)自主指令管理，包括对自主指令和遥控指令等由星载计算机发出的指令进行调度管理分配等工作，(2)自主平台控制，包括对平台的自主导航、自主位保等控制，(3)自主FDIR(FailureDetection Isolation and Recovery)处理，包括根据故障检测条件检测出故障，并对故障进行隔离恢复处理，(4)自主中继任务规划，包括卫星接收到插入中继任务后，根据当前卫星任务执行情况进行插入任务规划，并制定相关的任务执行序列，(5)自主任务调度，对中继任务、FDIR任务以及自主平台控制任务、自主指令管理任务进行综合管理调度，划分好执行时间片及相关任务需求。该专利显然不能很好地适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法及系统。
根据本发明提供的一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，包括：步骤M1：根据伽玛暴目标信息、卫星自身状态信息，进行卫星自主任务分析，获取自主任务规划的输入条件；步骤M2：根据任务分析的结果，对实施目标观测时卫星经受的约束条件进行分析，得到约束模型，获取约束模型信息；步骤M3：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取规划结果信息，即卫星自主执行的动作序列、动作开始时间与动作结束时间等规划结果；卫星自主执行的动作序列由触发动作的事件决定，卫星上自主进行姿态机动和工作模式切换；步骤M4：根据规划结果信息，获取卫星实施伽玛暴观测结果信息。
优选地，所述步骤M1包括：步骤M1.1:根据任务标号与优先级确定待观测目标，并确定其位置信息与观测时间需求,获取目标分析结果信息；所述待观测目标为卫星实施天文观测时随机发生的伽玛暴源，同时也可拓展应用于其他类似特征的随机事件观测。
优选地，所述步骤M1还包括：步骤M1.2:根据卫星当前能源状态，并根据卫星的轨道与姿态信息，分析自身姿态机动能力，获取资源分析结果信息；
优选地，所述步骤M2包括：步骤M2.1：对卫星在实施观测时存在的地球遮挡(卫星载荷视野受到地球遮挡)、SAA区影响(卫星经过SAA区载荷仪器不能工作)、测控不可见弧段(地面站无法对卫星实施管控)以及载荷视轴与太阳夹角限制(载荷视轴需避开光照直射)等约束进行分析。
优选地，步骤M3包括：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取卫星自主执行的动作序列信息、动作开始时间信息以及动作结束时间信息。
根据本发明提供的一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，包括：步骤M1：根据伽玛暴目标信息、卫星自身状态信息，进行卫星自主任务分析，获取自主任务规划的输入条件；步骤M2：根据任务分析的结果，对实施目标观测时卫星经受的约束条件进行分析，得到约束模型，获取约束模型信息；步骤M3：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取规划结果信息，即卫星自主执行的动作序列、动作开始时间与动作结束时间等规划结果；卫星自主执行的动作序列由触发动作的事件决定，星上自主进行姿态机动和工作模式切换；步骤M4：根据规划结果信息，获取卫星实施伽玛暴观测结果信息。
优选地，所述步骤M1包括：步骤M1.1:根据任务标号与优先级确定待观测目标，并确定其位置信息与观测时间需求,获取目标分析结果信息；所述待观测目标为卫星实施天文观测时随机发生的伽玛暴源，同时也可拓展应用于其他类似特征的随机事件观测。
优选地，所述步骤M1还包括：步骤M1.2:根据卫星当前能源状态，并根据卫星的轨道与姿态信息，分析自身姿态机动能力，获取资源分析结果信息；
优选地，所述步骤M2包括：步骤M2.1：对卫星在实施观测时存在的地球遮挡(卫星载荷视野受到地球遮挡)、SAA区影响(卫星经过SAA区载荷仪器不能工作)、测控不可见弧段(地面站无法对卫星实施管控)以及载荷视轴与太阳夹角限制(载荷视轴需避开光照直射)等约束进行分析。
优选地，步骤M3包括：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取卫星自主执行的动作序列信息、动作开始时间信息以及动作结束时间信息。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明针对伽玛暴产生的随机性，解决了卫星在观测需求动态变化的情况下，经历地球遮挡、测控不可见弧段、SAA区影响、以及太阳矢量照射对载荷主光轴影响时卫星无法实施对伽玛暴有效观测的问题；
2、提出了一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，在该方法的指导下，根据其实时计算信息，卫星自主确定是否启动平台机动操作，使得载荷主光轴指向暂现源，在短时间内对伽玛暴实现快速跟踪捕获并稳定成像，摄取伽玛暴源信号；
3、本发明主要是设计了针对伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，在卫星观测需求动态变化的情况下，可自主快速地对伽玛暴源进行跟踪捕获并稳定成像，同时在观测过程中可有效应对地球遮挡、SAA区影响以及太阳矢量对载荷视轴的影响等约束，满足了卫星实施观测过程中对随机产生和动态变化的伽玛暴的有效观测。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所提供的卫星自主任务规划流程示意图。
图2是本发明所提供的卫星自主任务规划模式切换示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2所示，根据本发明提供的一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，包括：步骤M1：根据伽玛暴目标信息、卫星自身状态信息，进行卫星自主任务分析，获取自主任务规划的输入条件；步骤M2：根据任务分析的结果，对实施目标观测时卫星经受的约束条件进行分析，得到约束模型，获取约束模型信息；步骤M3：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取规划结果信息，即卫星自主执行的动作序列、动作开始时间与动作结束时间等规划结果；卫星自主执行的动作序列由触发动作的事件决定，卫星上自主进行姿态机动和工作模式切换；步骤M4：根据规划结果信息，获取卫星实施伽玛暴观测结果信息。
优选地，所述步骤M1包括：步骤M1.1:根据任务标号与优先级确定待观测目标，并确定其位置信息与观测时间需求,获取目标分析结果信息；所述待观测目标为卫星实施天文观测时随机发生的伽玛暴源，同时也可拓展应用于其他类似特征的随机事件观测。
优选地，所述步骤M1还包括：步骤M1.2:根据卫星当前能源状态，并根据卫星的轨道与姿态信息，分析自身姿态机动能力，获取资源分析结果信息；
优选地，所述步骤M2包括：步骤M2.1：对卫星在实施观测时存在的地球遮挡(卫星载荷视野受到地球遮挡)、SAA区影响(卫星经过SAA区载荷仪器不能工作)、测控不可见弧段(地面站无法对卫星实施管控)以及载荷视轴与太阳夹角限制(载荷视轴需避开光照直射)等约束进行分析。
优选地，步骤M3包括：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取卫星自主执行的动作序列信息、动作开始时间信息以及动作结束时间信息。
具体地，在一个实施例中，如图1所示，步骤如下：步骤一：根据观测目标信息与卫星自身状态信息进行任务分析，得到自主任务规划的输入条件；步骤二：根据任务分析的结果，对实施目标观测时卫星经受的约束条件进行分析，得到约束模型；步骤三：依据任务分析结果与约束模型建立自主任务规划问题模型，模型求解后得到卫星自主执行的动作序列、动作开始时间与动作结束时间等规划结果。
所述步骤一中的任务分析由目标分析与资源分析两部分组成，目标分析根据任务标号与优先级确定待观测目标，并确定其位置信息与观测时间需求；资源分析根据卫星当前能源状态，并根据卫星的轨道与姿态信息，分析自身姿态机动能力。
所述步骤二中的约束分析是对卫星在实施观测时存在的地球遮挡(卫星载荷视野受到地球遮挡)、SAA区影响(卫星经过SAA区载荷仪器不能工作)、测控不可见弧段(地面站无法对卫星实施管控)以及载荷视轴与太阳夹角限制(载荷视轴需避开光照直射)等约束进行分析。
所述步骤三中的卫星的动作序列由触发动作的事件决定，触发事件如下表所示，星上自主进行姿态机动和工作模式切换，如图2所示，具体模式切换过程如下：
S1：任务开始，当条件1发生时，卫星姿态机动至对观测目标进行定向观测模式；
S2：当条件3(S21)或条件5(S22)发生时，卫星载荷实施关机；当条件2、7同时发生(S23)时，卫星载荷实施关机；当条件9(S24)发生时，卫星调整姿态使得载荷视轴偏置对日；
S3：当下面条件发生时，卫星载荷重新开机，姿态机动至对观测目标进行定向观测模式：
S31：条件3发生后，发生条件1与条件4；
S32：条件5发生后，发生条件1与条件6；
S33：条件2、7发生后，发生条件1与条件8；
S34：条件9发生后，发生条件1与条件10。
S4：观测任务如果结束则任务完成，若未结束则返回S1。
各条件与切换条件对应关系如下表所示：
Figure BDA0002418110610000051
Figure BDA0002418110610000061
根据本发明提供的一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划系统，包括：模块M1：根据伽玛暴目标信息、卫星自身状态信息，进行卫星自主任务分析，获取自主任务规划的输入条件；模块M2：根据任务分析的结果，对实施目标观测时卫星经受的约束条件进行分析，得到约束模型，获取约束模型信息；模块M3：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取规划结果信息，即卫星自主执行的动作序列、动作开始时间与动作结束时间等规划结果；卫星自主执行的动作序列由触发动作的事件决定，星上自主进行姿态机动和工作模式切换；模块M4：根据规划结果信息，获取卫星实施伽玛暴观测结果信息。
优选地，所述模块M1包括：模块M1.1:根据任务标号与优先级确定待观测目标，并确定其位置信息与观测时间需求,获取目标分析结果信息；所述待观测目标为卫星实施天文观测时随机发生的伽玛暴源，同时也可拓展应用于其他类似特征的随机事件观测。
优选地，所述模块M1还包括：模块M1.2:根据卫星当前能源状态，并根据卫星的轨道与姿态信息，分析自身姿态机动能力，获取资源分析结果信息；
优选地，所述模块M2包括：模块M2.1：对卫星在实施观测时存在的地球遮挡(卫星载荷视野受到地球遮挡)、SAA区影响(卫星经过SAA区载荷仪器不能工作)、测控不可见弧段(地面站无法对卫星实施管控)以及载荷视轴与太阳夹角限制(载荷视轴需避开光照直射)等约束进行分析。
优选地，模块M3包括：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取卫星自主执行的动作序列信息、动作开始时间信息以及动作结束时间信息。
本发明针对伽玛暴产生的随机性，解决了卫星在观测需求动态变化的情况下，经历地球遮挡、测控不可见弧段、SAA区影响、以及太阳矢量照射对载荷主光轴影响时卫星无法实施对伽玛暴有效观测的问题；提出了一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，在该方法的指导下，根据其实时计算信息，卫星自主确定是否启动平台机动操作，使得载荷主光轴指向暂现源，在短时间内对伽玛暴实现快速跟踪捕获并稳定成像，摄取伽玛暴源信号；本发明主要是设计了针对伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，在卫星观测需求动态变化的情况下，可自主快速地对伽玛暴源进行跟踪捕获并稳定成像，同时在观测过程中可有效应对地球遮挡、SAA区影响以及太阳矢量对载荷视轴的影响等约束，满足了卫星实施观测过程中对随机产生和动态变化的伽玛暴的有效观测。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、单元、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、单元、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、单元、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、单元、单元视为既可以是实现方法的软件单元又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，其特征在于，包括：
步骤M1：根据伽玛暴目标信息、卫星自身状态信息，进行卫星自主任务分析，获取自主任务规划的输入条件；
步骤M2：根据任务分析的结果，对实施目标观测时卫星经受的约束条件进行分析，得到约束模型，获取约束模型信息；
步骤M3：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，获取规划结果信息；
步骤M4：根据规划结果信息，获取卫星实施伽玛暴观测结果信息。
2.根据权利要求1所述的适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M1包括：
步骤M1.1:根据任务标号与优先级确定待观测目标，并确定其位置信息与观测时间需求,获取目标分析结果信息；
所述待观测目标为卫星实施天文观测时随机发生的伽玛暴源。
3.根据权利要求2所述的适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M1还包括：
步骤M1.2:根据卫星当前能源状态，并根据卫星的轨道与姿态信息，分析自身姿态机动能力，获取资源分析结果信息。
4.根据权利要求1所述的适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M2包括：
步骤M2.1：对卫星在实施观测时存在的地球遮挡、SAA区影响、测控不可见弧段以及载荷视轴与太阳夹角限制进行分析。
5.根据权利要求1所述的适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划方法，其特征在于，所述步骤M3包括：
步骤M3.1：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取卫星自主执行的动作序列信息、动作开始时间信息以及动作结束时间信息。
6.一种适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划系统，其特征在于，包括：
模块M1：根据伽玛暴目标信息、卫星自身状态信息，进行卫星自主任务分析，获取自主任务规划的输入条件；
模块M2：根据任务分析的结果，对实施目标观测时卫星经受的约束条件进行分析，得到约束模型，获取约束模型信息；
模块M3：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，获取规划结果信息；
模块M4：根据规划结果信息，获取卫星实施伽玛暴观测结果信息。
7.根据权利要求6所述的适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划系统，其特征在于，所述模块M1包括：
模块M1.1:根据任务标号与优先级确定待观测目标，并确定其位置信息与观测时间需求,获取目标分析结果信息；
所述待观测目标为卫星实施天文观测时随机发生的伽玛暴源。
8.根据权利要求7所述的适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划系统，其特征在于，所述模块M1还包括：
模块M1.2:根据卫星当前能源状态，并根据卫星的轨道与姿态信息，分析自身姿态机动能力，获取资源分析结果信息。
9.根据权利要求6所述的适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划系统，其特征在于，所述模块M2包括：
模块M2.1：对卫星在实施观测时存在的地球遮挡、SAA区影响、测控不可见弧段以及载荷视轴与太阳夹角限制进行分析。
10.根据权利要求6所述的适应伽玛暴观测的卫星自主任务规划系统，其特征在于，所述模块M3包括：
模块M3.1：根据任务分析结果与约束模型，建立自主任务规划问题模型，模型求解获取卫星自主执行的动作序列信息、动作开始时间信息以及动作结束时间信息。
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