CN114154784A - 一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，包括：进行目标访问计算，得到元任务、成像时间窗口组和成像时间窗口；进行成像一元约束检查和元任务初步筛选；根据顶头插入规则和成像时间窗口调整规则进行成像元任务插入，并检查成像多元约束；进行接收资源安排，同时判断数传天线遮挡约束、回放多元约束、固存约束、能源约束检查；生成任务规划结果，包括成像、回放方案和对应的动作序列及接收方案；对规划结果自动进行正确性检查。本发明具有任务安排率高、成像质量好、时间复杂度低等特点，特别适用于敏捷遥感卫星任务规划领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，属于敏捷遥感卫星任务规划技术领域。
背景技术
敏捷卫星是近年来出现的新一代对地观测卫星，敏捷卫星与传统卫星相比，最大的区别是在侧摆能力的基础上增加了俯仰能力。敏捷卫星由于姿态机动能力的提升具有了宽泛的可见时间窗口，并可以在可见时间窗口内任意选择观测时间和观测次序。敏捷卫星任务调度问题组合优化特征明显，解的空间成指数增大，需要研究优化求解算法，提高问题的求解效率。
国内外学者针对卫星任务规划问题做了很多研究工作，主要的解决方法是采用遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等智能优化算法。这些算法应用于解决遥感卫星任务规划问题取得了较好的效果，但也存在一些不足，这些算法一般采用迭代和回溯机制，计算时间较长，在算法的后期逼近最优解时，要做大量无用的冗余迭代；同时这些算法返回的可行解具有随机性，不太适合卫星的应急任务处理。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，以应对卫星的应急任务处理。
本发明解决技术的方案是：
一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，包括以下步骤：
S1、常规流程：
S1.1进行目标访问计算，得到元任务、可见时间窗口组和可见时间窗口的任务规划准备数据；
S1.2元任务初步筛选：进行成像一元约束检查，去除不满足约束的元任务；进行元任务初步筛选，去除有明显时间交叉的元任务；
S1.3成像元任务插入：根据顶头插入规则和成像时间窗口调整规则，进行成像元任务插入，并进行成像多元约束检查；
S1.4接收资源安排：对元任务集合按规则排序后，进行接收资源安排，同时判断数传天线遮挡约束、回放多元约束、固存约束及能源约束情况；
S1.5生成任务规划结果：根据元任务和选取的成像时间窗口，生成卫星成像方案和动作序列，根据选取的接收资源时间窗口生成卫星回放方案和动作序列及接收方案；
S1.6对任务规划结果进行正确性检查，包括动作序列检查、天线检查、回放时间检查、对日定向检查、姿态机动检查、固存约束检查、相机加电约束检查；
S2、应急流程：
S2.1加载之前常规流程已排的元任务、规划方案和对应的动作序列，插入本次应急流程新增加的元任务；
S2.2按常规流程步骤进行任务规划，其中应急任务优先级最高，当其他任务与应急任务有冲突时，保留应急任务；将应急流程生成的任务规划方案和对应的动作序列与常规流程生成的结果进行比对，找到不一致的最早的动作序列的开始时间作为星上指令删除的开始时刻，即删除点；
S2.3根据删除点时间和常规流程已生成的规划方案创建卫星指令删除计划，并保存删除点之后的任务规划方案及动作序列，作为应急流程的最终规划结果；
S2.4根据最终规划结果生成并向外发送卫星载荷控制指令；取消之前受影响的地面站/中继接收计划，并发送新的接收计划。
进一步的，S1.1中，根据敏捷卫星姿态角的机动范围，计算卫星对目标的全部可见时间窗口，为任务规划提供准备数据。
进一步的，S1.1中，对于不同成像模式，元任务、可见时间窗口组和可见时间窗口的对应关系如下：
点目标成像模式，一个元任务对应N个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组对应一个可见时间窗口；
立体成像模式，一个元任务只对应1个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组对应2-3个可见时间窗口；
多条带拼接成像、同一目标多角度成像模式，一个元任务对应N个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组可对应M个可见时间窗口，N为不小于1的整数，M为不小于2的整数。
进一步的，S1.2中，进行成像一元约束检查包括：检查单次成像时长是否满足、成像任务是否在可成像时间范围内、任务成像模式与工作模式是否匹配，不满足约束的元任务被去除掉。
进一步的，S1.2中，进行成像任务初步筛选过程中，根据前后任务的工作模式计算最少的动作序列时间和对应的姿态机动时间，去除时间冲突的任务；
将元任务集合按成像中心时刻进行排序，成像中心时刻早的排在前面；
依次取出元任务，将前一个元任务选择可见时间窗口中时间最早的时间窗口，后一个元任务选择可见时间窗口中时间最晚的时间窗口，根据前一个任务的结束时间和后一个任务的开始时间得到任务的间隔时间，同时可计算得到后一个任务的姿态机动时间，再根据任务的间隔时间和任务的工作模式确定任务之间的动作序列时间，判断两个元任务之间是否有时间交叉；
依次判断每一个元任务与其他元任务之间是否有时间交叉，如果没有和当前元任务时间冲突的元任务，则当前元任务通过初步筛选，否则去除元任务之间有时间交叉的任务，优先级低的元任务被去除。
进一步的，S1.3中，顶头插入规则为：
元任务集合中第一个元任务选取时间最早的一个成像窗口，后面的元任务依次插入，选取满足与前一个元任务时间不交叉且最早的成像时间窗口；当元任务的所有成像时间窗口与前一个元任务都有冲突时，则保留优先级高的元任务，优先级低的元任务插入失败，从最终结果集合中去除。
进一步的，成像时间窗口调整规则为：
从已插入的元任务集合中，从后往前依次取出元任务进行成像时间窗口调整，依次判断当前元任务所选取成像时间窗口的中心时刻与成像中心时刻的关系；
当前所选取成像时间窗口的中心时刻早于成像中心时刻时，判断当选取成像中心时刻对应的成像时间窗口时，与其后一个元任务是否有时间冲突，如果没冲突则选取成像中心时刻对应的成像时间窗口，否则选取与后一个元任务没有时间冲突且成像时间窗口的中心时刻距离成像中心时刻最近的成像时间窗口；
当前所选取成像时间窗口的中心时刻晚于成像中心时刻时，则不进行调整，遍历下一个元任务。
进一步的，S1.3中，成像多元约束检查具体为：
在元任务插入过程中，判断卫星成像多元约束，保证卫星载荷可正常工作，不满足约束则插入失败，多元约束包括：数传/相机开关机间隔时间约束，单日卫星姿态机动次数约束，单圈/多圈加电最大时长约束。
进一步的，S1.4中，接收资源安排包括：
a.将经过成像元任务插入后的元任务集合按如下规则排序：
首先判断元任务是否指定了接收弧段，指定接收弧段的元任务优先级最高，排在最前；
其次判断元任务的工作模式，实传/近实传工作模式优先；
再根据元任务的优先级进行排序，优先级高的排在前面；
最后根据元任务选取的成像时间窗口时间进行排序，时间早的排在前面；
b.对排序后的元任务依次取出，安排接收资源，计算元任务对应的固存数据量，判断接收弧段剩余可下传数据量是否满足元任务对应的固存数据量，满足则可继续判断其他约束，否则该接收弧段时长不够，判断下一个接收资源是否满足；
c.判断数传天线遮挡约束，根据接收资源类型不同，调用不同的计算模型，计算姿态对地模式/对日定向模式下数传天线指向地面站/中继星的转角，判断转角是否超限，不超限则继续判断其他约束，超限则天线遮挡，判断能否通过调整成像时间改变姿态角度保证天线不被遮挡，若能，则继续判断其他约束，否则判断下一个接收资源是否满足；
d.判断回放多元约束，在安排接收资源过程中，需要判断卫星回放多元约束，保证卫星数传可正常工作，不满足约束则安排失败；多元约束包括：对地数传单次工作开机时长约束；对中继数传单次工作开机时长约束；
e.判断固存容量及文件号约束，计算当前元任务所处时刻，对应星上所有未删除的元任务所占固存容量，判断剩余容量是否满足当前元任务所占固存容量，若满足则分配未被占用的固存文件号，继续判断其他约束；不满足则进行固存容量动态擦除，判断是否可以找到空闲删除时间点且按优先级顺序擦除低优先级任务后可满足当前元任务的固存容量；
f.判断能源约束，根据卫星能源模型，计算卫星剩余电量、电压是否满足放电深度的能源约束，保证卫星载荷可连续工作。
进一步的，S1.6中，动作序列检查包括：检查所有动作序列是否按照时间顺序进行排序，且没有时间交叉；动作序列中是否有多余的动作或缺失的动作。
进一步的，S1.6中，对地/中继数传天线检查包括：
天线角度指向校验：验证天线跟踪前角度、天线跟踪后角度是否正确，天线指向角度是否超限或遮挡；
天线预置时间校验：校验天线预置时间是否正确。
进一步的，S1.6中，回放时间检查包括：
检查回放时间是否在卫星可回放时间范围内；校验回放时长是否正确；回放时长是否满足卫星数传时间约束。
进一步的，S1.6中，姿态机动检查包括：
检查姿态机动角度是否正确；检查机动前时间、机动后时间、校验机动所需时长是否正确。
进一步的，S1.6中，固存约束检查包括：
固存文件号是否正确：按时间顺序递增，在有效范围内为正确；
固存容量是否正确：每个元任务所在固存大小是否计算正确，固存容量是否超限；
固存擦除是否正确：擦除时长是否计算正确，擦除的文件号是否正确，是否安排小固存转大固存任务。
进一步的，S2.4之后，若未发现删除点，即常规流程已排规划方案在应急方案中都能找到且完全相同，或者当前新增的应急元任务的开始时间在所有已排规划方案的时间之后，则不生成删除计划，最后只生成新增任务对应的方案和计划，按常规流程处理，只根据新增计划生成并发送卫星载荷控制指令、地面站/中继接收计划。
进一步的，S2.1中，
若新插入任务与已上注的任务不冲突，在新任务开始执行前，将新任务的数据块上注给卫星；
若新插入任务与已上注的任务冲突，需要先删除星务主机存储的、与新任务冲突的一个或多个任务的指令，再上注新任务的数据块。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过对元任务进行初步筛选，去除了明显不满足约束的元任务，有效的降低了问题求解规模；
(2)本发明提出了一种元任务插入和时间窗口调整方法，具有较高的任务安排率，并具有较好的成像质量；
(3)本发明从多个维度对任务规划结果进行自动约束校验，保证规划结果的正确性，节省了人工判读时间；
(4)本发明具有较低的时间复杂度，逻辑清晰、运算效率高，可实现对应急任务的快速响应。
附图说明
图1为本发明任务规划方法流程示意图；
图2为多条带拼接成像模式下元任务、可见时间窗口组和可见时间窗口的对应关系示意图；
图3为元任务初步筛选示意图；
图4为元任务顶头插入规则示意图；
图5为成像时间窗口调整规则示意图；
图6为应急处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，如图1所示，主要包括以下步骤：
1.常规流程：
1)目标访问计算
在任务规划前，首先进行任务预规划，即目标访问计算，根据敏捷卫星姿态角(俯仰角、侧摆角)的机动范围，计算卫星对目标的全部可见时间窗口，为任务规划提供准备数据。
目标访问计算的结果包括元任务、可见时间窗口组、可见时间窗口等数据，具体组织结构如下：
可见时间窗口组是根据卫星成像模式，完成一次目标拍摄所需的所有可见时间窗口组成的集合信息，包含开始时间、结束时间、可见时间窗口列表等，记录间隔时间为1秒；可见时间窗口是通过计算得到的卫星对目标可成像的全部时间段内，根据成像模式、成像时长划分的具体的子可见时间段，包含开始时间、结束时间、姿态角度、太阳高度角、成像条带经纬度信息等。
对于不同成像模式，元任务、可见时间窗口组和可见时间窗口的对应关系如下：
点目标成像模式，一个元任务对应N个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组对应一个可见时间窗口；
立体成像模式，一个元任务只对应1个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组对应2-3个可见时间窗口；
多条带拼接成像、同一目标多角度成像等模式，一个元任务对应N个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组可对应N个可见时间窗口，如图2所示。
2)元任务初步筛选
加载待规划的元任务及其可见时间窗口组、可见时间窗口、可用接收资源等信息，进行任务规划，首先进行元任务的初步筛选，具体步骤如下：
a.进行成像一元约束检查，如单次成像时长是否满足、成像任务是否在可成像时间范围内、任务成像模式与工作模式是否匹配等约束检查，不满足约束的元任务被去除掉。
b.进行成像任务初步筛选，根据前后任务的工作模式计算最少的动作序列时间和对应的姿态机动时间，去除时间冲突的任务。
将元任务集合按成像中心时刻进行排序，成像中心时刻早的排在前面；
如图3所示，依次取出元任务，将前一个元任务选择可见时间窗口中时间最早的时间窗口，后一个元任务选择可见时间窗口中时间最晚的时间窗口，根据前一个任务的结束时间和后一个任务的开始时间得到任务的间隔时间，同时可计算得到后一个任务的姿态机动时间，再根据任务的间隔时间和任务的工作模式确定任务之间的动作序列时间(任务准备和恢复时间)，综合考虑姿态机动时间和动作序列时间，判断两个元任务之间是否有时间交叉。
依次判断每一个元任务与其他元任务之间是否有时间交叉，如果没有和当前元任务时间冲突的元任务，则当前元任务通过初步筛选，否则去除元任务之间有时间交叉的任务，优先级低的元任务被去除。
3)成像元任务插入
将经过初步筛选后的元任务集合按成像中心时刻进行排序，成像中心时刻早的排在前面；按顶头原则依次插入任务，当有冲突时去掉优先级低的元任务；所有元任务插入编排完成后，调整所有已插入的元任务的成像时间窗口接近成像中心时刻位置。
a.顶头插入规则：
如图4所示，元任务集合中第一个元任务选取时间最早的一个成像窗口，后面的元任务依次插入，选取满足与前一个元任务时间不交叉且最早的成像时间窗口；当元任务的所有成像时间窗口与前一个元任务都有冲突时，则保留优先级高的元任务，优先级低的元任务插入失败，从最终结果集合中去除。
b.成像时间窗口调整规则：
如图5所示，从已插入的元任务集合中，从后往前依次取出元任务进行成像时间窗口调整。依次判断当前元任务所选取成像时间窗口的中心时刻与成像中心时刻(俯仰角最接近为0时的成像时间窗口的中心时刻)的关系。
当前所选取成像时间窗口的中心时刻早于成像中心时刻时，判断当选取成像中心时刻对应的成像时间窗口时，与其后一个元任务是否有时间冲突，如果没有则选取成像中心时刻对应的成像时间窗口，否则选取与后一个元任务没有时间冲突且成像时间窗口的中心时刻距离成像中心时刻最近的成像时间窗口；
当前所选取成像时间窗口的中心时刻晚于成像中心时刻时，则不进行调整，遍历下一个元任务。
c.成像多元约束检查
在元任务插入过程中，需要判断卫星成像多元约束，保证卫星载荷可正常工作，不满足约束则插入失败。多元约束包括但不限于：数传/相机开关机间隔时间约束；单日卫星姿态机动次数约束；单圈/多圈加电最大时长约束等。
4)接收资源安排
a.将经过成像元任务插入后的元任务集合按如下规则排序：
首先判断元任务是否指定了接收弧段，指定接收弧段的元任务优先级最高，排在最前；
其次判断元任务的工作模式，实传/近实传工作模式优先；
再根据元任务的优先级进行排序，优先级高的排在前面；
最后根据元任务选取的成像时间窗口时间进行排序，时间早的排在前面。
b.对排序后的元任务依次取出，安排接收资源，计算元任务对应的固存数据量，判断接收弧段剩余可下传数据量是否满足元任务对应的固存数据量，满足则可继续判断其他约束，否则该接收弧段时长不够，判断下一个接收资源是否满足。
c.判断数传天线遮挡约束，根据接收资源类型不同，调用不同的计算模型，计算姿态对地模式/对日定向模式下数传天线指向地面站/中继星的转角，判断转角是否超限，不超限则继续判断其他约束，超限则天线遮挡，判断能否通过调整成像时间改变姿态角度保证天线不被遮挡，可以则继续判断其他约束，否则判断下一个接收资源是否满足。
d.判断回放多元约束，在安排接收资源过程中，需要判断卫星回放多元约束，保证卫星数传可正常工作，不满足约束则安排失败。多元约束包括但不限于：对地数传单次工作开机时长约束；对中继数传单次工作开机时长约束等。
e.判断固存容量及文件号约束，计算当前元任务所处时刻，对应星上所有未删除的元任务所占固存容量，判断剩余容量是否满足当前元任务所占固存容量，满足则分配未被占用的固存文件号，继续判断其他约束；不满足则进行固存容量动态擦除，判断是否可以找到空闲删除时间点且按优先级顺序擦除低优先级任务后可满足当前元任务的固存容量。
f.判断能源约束，根据卫星能源模型，计算卫星剩余电量、电压是否满足放电深度的能源约束，保证卫星载荷可连续工作。
5)生成任务规划结果
根据元任务和选取的成像时间窗口生成卫星成像方案和动作序列，根据选取的接收资源时间窗口生成卫星回放方案和动作序列及接收方案(地面站接收方案或中继传输方案)。
6)规划结果的正确性检查
对规划结果进行正确性检查，给出检查结果,具体检查项包括但不限于：
a.动作序列检查
所有动作序列是否按照时间顺序进行排序，且没有时间交叉；动作序列中是否有多余的动作或缺失的动作。
b.对地/中继数传天线检查
天线角度指向校验：验证天线跟踪前角度、天线跟踪后角度是否正确，天线指向角度是否超限或遮挡。天线预置时间校验：根据计算公式校验天线预置时间是否正确。
c.回放时间检查
回放时间是否在卫星可回放时间范围内；根据计算公式校验回放时长是否正确；回放时长是否满足卫星数传时间约束；
d.对日定向检查
是否按卫星约束正确安排了对日定向动作。
e.姿态机动检查
姿态机动角度(侧摆角、俯仰角、偏航角)是否正确：机动前角度、机动后角度等；姿态机动时间：机动前时间、机动后时间、根据计算公式校验机动所需时长是否正确。
f.固存约束检查
固存文件号是否正确：按时间顺序递增，在有效范围内。固存容量是否正确：每个元任务所在固存大小是否计算正确，固存容量是否超限。固存擦除是否正确：擦除时长是否计算正确，擦除的文件号是否正确。是否安排小固存转大固存任务。
g.相机加电约束检查
检查是否满足卫星相机加电时长约束，如单圈加电最大时长、多圈加电最大时长。
2.应急流程
应急流程，即快速响应流程，指快速响应情况下，任务指令已全部上注完成，需要插入新任务。具体可分为两种情况：
新插入任务与已上注的任务不冲突，在新任务开始执行前，将新任务的数据块(同常规任务)上注给卫星。
新插入任务与已上注的任务冲突，需要先删除星务主机存储的、与新任务冲突的一个或多个任务的指令，再上注新任务的数据块。
注：1)由于采用基于规则的任务规划方法，所以新插入任务与已上注的任务不冲突的情况下，已上注任务生成的任务规划方案结果保持不变；2)本发明选择的卫星已上注指令删除方式为“按时间段删除元任务数据块”。
如图6所示，应急流程具体步骤如下：
1)加载之前常规流程已排的元任务、规划方案和对应的动作序列，以及本次应急流程新增加的元任务；
2)按常规流程步骤进行任务规划，其中应急任务优先级最高，当其他任务与应急任务有冲突时，保留应急任务；
3)将应急流程生成的任务规划方案和对应的动作序列，与常规流程生成的任务规划方案和对应动作序列按时间先后顺序排序后进行逐一比对，包括动作序列名称、开始时间、结束时间等，找到不一致的最早的动作序列的开始时间作为星上指令删除的开始时刻(即删除点)；
4)若发现删除点，根据删除点时间和常规流程已生成的规划方案创建卫星指令删除计划，开始时间为删除点-1秒，结束时间为已规划的所有方案对应的指令结束时间+1秒；
5)应急流程中只保存删除点之后的任务规划方案及动作序列，和删除计划一起，作为应急流程的最终规划结果；
6)根据最终规划结果生成并发送卫星载荷控制指令，取消之前的地面站/中继接收计划、发送新的地面站/中继接收计划；
7)若未发现删除点，即常规流程已排规划方案在应急方案中都能找到且完全相同，或者说当前新增的应急元任务的开始时间在所有已排规划方案的时间之后，则不生成删除计划，最后只生成新增任务对应的方案和计划,按常规流程处理，只根据新增计划生成并发送卫星载荷控制指令、地面站/中继接收计划。
本方法具有任务安排率高、成像质量好、时间复杂度低等特点，特别适用于敏捷遥感卫星任务规划领域。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (16)
1.一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、常规流程：
S1.1进行目标访问计算，得到元任务、可见时间窗口组和可见时间窗口的任务规划准备数据；
S1.2元任务初步筛选：进行成像一元约束检查，去除不满足约束的元任务；进行元任务初步筛选，去除有明显时间交叉的元任务；
S1.3成像元任务插入：根据顶头插入规则和成像时间窗口调整规则，进行成像元任务插入，并进行成像多元约束检查；
S1.4接收资源安排：对元任务集合按规则排序后，进行接收资源安排，同时判断数传天线遮挡约束、回放多元约束、固存约束及能源约束情况；
S1.5生成任务规划结果：根据元任务和选取的成像时间窗口，生成卫星成像方案和动作序列，根据选取的接收资源时间窗口生成卫星回放方案和动作序列及接收方案；
S1.6对任务规划结果进行正确性检查，包括动作序列检查、天线检查、回放时间检查、对日定向检查、姿态机动检查、固存约束检查、相机加电约束检查；
S2、应急流程：
S2.1加载之前常规流程已排的元任务、规划方案和对应的动作序列，插入本次应急流程新增加的元任务；
S2.2按常规流程步骤进行任务规划，其中应急任务优先级最高，当其他任务与应急任务有冲突时，保留应急任务；将应急流程生成的任务规划方案和对应的动作序列与常规流程生成的结果进行比对，找到不一致的最早的动作序列的开始时间作为星上指令删除的开始时刻，即删除点；
S2.3根据删除点时间和常规流程已生成的规划方案创建卫星指令删除计划，并保存删除点之后的任务规划方案及动作序列，作为应急流程的最终规划结果；
S2.4根据最终规划结果生成并向外发送卫星载荷控制指令；取消之前受影响的地面站/中继接收计划，并发送新的接收计划。
2.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.1中，根据敏捷卫星姿态角的机动范围，计算卫星对目标的全部可见时间窗口，为任务规划提供准备数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.1中，对于不同成像模式，元任务、可见时间窗口组和可见时间窗口的对应关系如下：
点目标成像模式，一个元任务对应N个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组对应一个可见时间窗口；
立体成像模式，一个元任务只对应1个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组对应2-3个可见时间窗口；
多条带拼接成像、同一目标多角度成像模式，一个元任务对应N个可见时间窗口组，一个可见时间窗口组可对应M个可见时间窗口，N为不小于1的整数，M为不小于2的整数。
4.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.2中，进行成像一元约束检查包括：检查单次成像时长是否满足、成像任务是否在可成像时间范围内、任务成像模式与工作模式是否匹配，不满足约束的元任务被去除掉。
5.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.2中，进行成像任务初步筛选过程中，根据前后任务的工作模式计算最少的动作序列时间和对应的姿态机动时间，去除时间冲突的任务；
将元任务集合按成像中心时刻进行排序，成像中心时刻早的排在前面；
依次取出元任务，将前一个元任务选择可见时间窗口中时间最早的时间窗口，后一个元任务选择可见时间窗口中时间最晚的时间窗口，根据前一个任务的结束时间和后一个任务的开始时间得到任务的间隔时间，同时可计算得到后一个任务的姿态机动时间，再根据任务的间隔时间和任务的工作模式确定任务之间的动作序列时间，判断两个元任务之间是否有时间交叉；
依次判断每一个元任务与其他元任务之间是否有时间交叉，如果没有和当前元任务时间冲突的元任务，则当前元任务通过初步筛选，否则去除元任务之间有时间交叉的任务，优先级低的元任务被去除。
6.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.3中，顶头插入规则为：
元任务集合中第一个元任务选取时间最早的一个成像窗口，后面的元任务依次插入，选取满足与前一个元任务时间不交叉且最早的成像时间窗口；当元任务的所有成像时间窗口与前一个元任务都有冲突时，则保留优先级高的元任务，优先级低的元任务插入失败，从最终结果集合中去除。
7.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，成像时间窗口调整规则为：
从已插入的元任务集合中，从后往前依次取出元任务进行成像时间窗口调整，依次判断当前元任务所选取成像时间窗口的中心时刻与成像中心时刻的关系；
当前所选取成像时间窗口的中心时刻早于成像中心时刻时，判断当选取成像中心时刻对应的成像时间窗口时，与其后一个元任务是否有时间冲突，如果没冲突则选取成像中心时刻对应的成像时间窗口，否则选取与后一个元任务没有时间冲突且成像时间窗口的中心时刻距离成像中心时刻最近的成像时间窗口；
当前所选取成像时间窗口的中心时刻晚于成像中心时刻时，则不进行调整，遍历下一个元任务。
8.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.3中，成像多元约束检查具体为：
在元任务插入过程中，判断卫星成像多元约束，保证卫星载荷可正常工作，不满足约束则插入失败，多元约束包括：数传/相机开关机间隔时间约束，单日卫星姿态机动次数约束，单圈/多圈加电最大时长约束。
9.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.4中，接收资源安排包括：
a.将经过成像元任务插入后的元任务集合按如下规则排序：
首先判断元任务是否指定了接收弧段，指定接收弧段的元任务优先级最高，排在最前；
其次判断元任务的工作模式，实传/近实传工作模式优先；
再根据元任务的优先级进行排序，优先级高的排在前面；
最后根据元任务选取的成像时间窗口时间进行排序，时间早的排在前面；
b.对排序后的元任务依次取出，安排接收资源，计算元任务对应的固存数据量，判断接收弧段剩余可下传数据量是否满足元任务对应的固存数据量，满足则可继续判断其他约束，否则该接收弧段时长不够，判断下一个接收资源是否满足；
c.判断数传天线遮挡约束，根据接收资源类型不同，调用不同的计算模型，计算姿态对地模式/对日定向模式下数传天线指向地面站/中继星的转角，判断转角是否超限，不超限则继续判断其他约束，超限则天线遮挡，判断能否通过调整成像时间改变姿态角度保证天线不被遮挡，若能，则继续判断其他约束，否则判断下一个接收资源是否满足；
d.判断回放多元约束，在安排接收资源过程中，需要判断卫星回放多元约束，保证卫星数传可正常工作，不满足约束则安排失败；多元约束包括：对地数传单次工作开机时长约束；对中继数传单次工作开机时长约束；
e.判断固存容量及文件号约束，计算当前元任务所处时刻，对应星上所有未删除的元任务所占固存容量，判断剩余容量是否满足当前元任务所占固存容量，若满足则分配未被占用的固存文件号，继续判断其他约束；不满足则进行固存容量动态擦除，判断是否可以找到空闲删除时间点且按优先级顺序擦除低优先级任务后可满足当前元任务的固存容量；
f.判断能源约束，根据卫星能源模型，计算卫星剩余电量、电压是否满足放电深度的能源约束，保证卫星载荷可连续工作。
10.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.6中，动作序列检查包括：检查所有动作序列是否按照时间顺序进行排序，且没有时间交叉；动作序列中是否有多余的动作或缺失的动作。
11.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.6中，对地/中继数传天线检查包括：
天线角度指向校验：验证天线跟踪前角度、天线跟踪后角度是否正确，天线指向角度是否超限或遮挡；
天线预置时间校验：校验天线预置时间是否正确。
12.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.6中，回放时间检查包括：
检查回放时间是否在卫星可回放时间范围内；校验回放时长是否正确；回放时长是否满足卫星数传时间约束。
13.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.6中，姿态机动检查包括：
检查姿态机动角度是否正确；检查机动前时间、机动后时间、校验机动所需时长是否正确。
14.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S1.6中，固存约束检查包括：
固存文件号是否正确：按时间顺序递增，在有效范围内为正确；
固存容量是否正确：每个元任务所在固存大小是否计算正确，固存容量是否超限；
固存擦除是否正确：擦除时长是否计算正确，擦除的文件号是否正确，是否安排小固存转大固存任务。
15.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S2.4之后，若未发现删除点，即常规流程已排规划方案在应急方案中都能找到且完全相同，或者当前新增的应急元任务的开始时间在所有已排规划方案的时间之后，则不生成删除计划，最后只生成新增任务对应的方案和计划，按常规流程处理，只根据新增计划生成并发送卫星载荷控制指令、地面站/中继接收计划。
16.根据权利要求1所述的一种基于规则的敏捷遥感卫星任务规划方法，其特征在于，S2.1中，
若新插入任务与已上注的任务不冲突，在新任务开始执行前，将新任务的数据块上注给卫星；
若新插入任务与已上注的任务冲突，需要先删除星务主机存储的、与新任务冲突的一个或多个任务的指令，再上注新任务的数据块。
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Family
ID=
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114928403A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-08-19 | 西安中科天塔科技股份有限公司 | 卫星载荷指令执行判断系统及方法 |
| CN115320887A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-11-11 | 北京航天飞行控制中心 | 飞控任务模型的确定方法及其装置、电子设备及存储介质 |
| CN116954928A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 北京四象爱数科技有限公司 | 基于通导遥一体化设计的星上自主任务规划方法与设备 |
| CN117312722A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-29 | 华东师范大学 | 一种基于smt求解器的多系统任务规划方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090157236A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-18 | James Van Gaasbeck | Intelligent system and method for spacecraft autonomous operations |
| CN102479085A (zh) * | 2010-11-30 | 2012-05-30 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 敏捷卫星任务规划方法 |
| CN106850038A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-13 | 航天恒星科技有限公司 | 一种针对敏捷卫星的任务规划方法 |
| CN107608793A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-01-19 | 航天恒星科技有限公司 | 快速搜索的敏捷卫星任务规划方法 |
| CN109214564A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-15 | 北京控制工程研究所 | 一种具有多种规划模式的对地遥感卫星自主任务规划方法 |
| CN110210700A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-09-06 | 中国科学院遥感与数字地球研究所 | 面向应急响应的基于任务优先级的多星动态任务规划方法 |
| CN113269385A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-08-17 | 北京市遥感信息研究院 | 面向敏捷卫星资源的应急调度方法和系统 |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090157236A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-18 | James Van Gaasbeck | Intelligent system and method for spacecraft autonomous operations |
| CN102479085A (zh) * | 2010-11-30 | 2012-05-30 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 敏捷卫星任务规划方法 |
| CN106850038A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-13 | 航天恒星科技有限公司 | 一种针对敏捷卫星的任务规划方法 |
| CN107608793A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-01-19 | 航天恒星科技有限公司 | 快速搜索的敏捷卫星任务规划方法 |
| CN109214564A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-15 | 北京控制工程研究所 | 一种具有多种规划模式的对地遥感卫星自主任务规划方法 |
| CN110210700A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-09-06 | 中国科学院遥感与数字地球研究所 | 面向应急响应的基于任务优先级的多星动态任务规划方法 |
| CN113269385A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-08-17 | 北京市遥感信息研究院 | 面向敏捷卫星资源的应急调度方法和系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 孙凯;白国庆;陈英武;贺仁杰;邢立宁;: "面向动作序列的敏捷卫星任务规划问题", 国防科技大学学报, no. 06, 28 December 2012 (2012-12-28) * |
| 张超;李艳斌;陈金勇;: "一种两阶段的敏捷卫星任务并行调度技术", 电讯技术, no. 08, 28 August 2017 (2017-08-28) * |
| 徐崇彦;何川东;邹冬冬;: "基于贪婪策略的灵巧卫星启发式任务规划算法", 无线电工程, no. 10, 28 September 2018 (2018-09-28) * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115320887A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-11-11 | 北京航天飞行控制中心 | 飞控任务模型的确定方法及其装置、电子设备及存储介质 |
| CN114928403A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-08-19 | 西安中科天塔科技股份有限公司 | 卫星载荷指令执行判断系统及方法 |
| CN116954928A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 北京四象爱数科技有限公司 | 基于通导遥一体化设计的星上自主任务规划方法与设备 |
| CN116954928B (zh) * | 2023-09-20 | 2024-01-05 | 北京四象爱数科技有限公司 | 基于通导遥一体化设计的星上自主任务规划方法与设备 |
| CN117312722A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-29 | 华东师范大学 | 一种基于smt求解器的多系统任务规划方法 |
| CN117312722B (zh) * | 2023-09-21 | 2024-03-19 | 华东师范大学 | 一种基于smt求解器的多系统任务规划方法 |
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