CN115034592A - 一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台及方法,包括目标管理模块、多探测资源管理模块、多平台协同规划模块和任务规划模块。本发明利用协同任务规划方法,调度各类观测资源平台高效协同互补,完成对全天球内的多个目标观测跟踪任务规划,输出各观测资源平台的观测计划;在整体任务规划过程中对高轨目标进行特殊处理,确保其他观测需求不被影响,能够高效完成整体观测计划;在观测需求量大,任务规划场景时间长情况下,提供长期任务规划系统自动调整接口,可确保所有目标在长期任务规划中都能够被观测跟踪到,确保整个观测计划的完成度。
Description
技术领域
本发明属于对空间目标观测体系的异构平台任务协同规划领域,具体涉及一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台及方法。
背景技术
自从人类20世纪50年代发射人造物体进入太空以来,卫星在民用和商用领域的价值不断被人们挖掘,人们便利的生活离不开卫星提供的数据信息,但由于种种意外或计划使然,也有随之产生的太空垃圾遗留在轨道空间中,污染太空环境。目前由于技术的不成熟,无法高效地清理这些太空垃圾,目前采用的措施是对部分空间碎片进行监视跟踪,在可能发生碰撞危险的情况下让卫星被动避碰。而单一类型的观测跟踪平台由于自身能力约束,无法满足用户长期且大量的观测要求,缺乏统筹协同的多种观测资源合作也会导致观测任务完成度低,资源消耗多等问题。采用多手段观测跟踪全天球内目标,并调动各个观测资源平台协同互补完成观测任务,可以实现异构资源互补,更高效圆满地完成观测计划。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台及方法。
本发明的目的通过如下技术方案来实现:
一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台,包括目标管理模块、多探测资源管理模块、多平台协同规划模块和任务规划模块;
所述目标管理模块用于接收用户输入的目标群瞬时轨道信息和优先级,进行轨道递推,得到目标实时位置和速度信息数据,用于多平台协同规划模块中计算各观测资源平台对目标的可见窗口,用户定制各观测资源平台引导次序,为平台任务规划提供数据;所述各观测资源平台包括天基卫星观测平台、陆基光学平台、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台;所述多探测资源管理模块用于根据各观测资源平台的自身属性和能力指标进行建模,为计算任务可见窗口提供基础,同时接收任务规划模块返回的各观测资源平台任务的执行情况,将监测到的资源实时变化分析整理并通知多平台协同规划模块;
所述多平台协同规划模块用于接收其他模块发出的基础数据,根据目标观测需求、用户定制的各观测资源平台引导次序和各观测资源平台能力,计算出各观测资源平台对目标的可见时间窗口,采用任务分配方法将观测任务发送到任务规划模块;
所述任务规划模块用于综合考虑任务完成度和观测资源平台利用率,同时在长期任务规划过程中保留自动调整接口,制定各观测资源平台计划,同时监控各观测资源平台任务执行的情况,将实时位置速度信息发送到多探测资源管理模块。
一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划方法,具体步骤如下:
步骤1:用户输入全天球内需要观测跟踪目标群的轨道信息到目标管理模块进行轨道递推计算,得到目标实时位置和速度信息数据;同时输入观测任务优先级和定制各观测资源平台引导次序;所述各观测资源平台包含天基卫星观测平台、陆基光学平台、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台;
步骤2:多探测资源管理模块根据各观测资源平台的自身属性和能力指标对能够调动的各观测资源平台进行建模;
步骤3:多平台协同规划模块接收步骤1得到的目标群实时位置和速度信息数据,根据步骤2的各观测资源平台模型,计算出各观测资源平台对目标的可见时间窗口;形成观测任务集合,将观测任务按优先级排序,并按照用户定制的各观测资源平台引导次序,通过任务分配方法将观测任务发送给任务规划模块;
步骤4:根据步骤3,任务规划模块接收到多平台协同规划模块发送的观测任务集合,具体步骤如下:
步骤4.1:选出高轨道目标观测跟踪任务,用户制定与其他任务窗口无冲突且满足高轨道目标观测策略的任务;
步骤4.2:用户选择是否开启任务规划模块中长期任务规划调整,任务规划模块查找目标因为优先级低而没被观测到,逐渐提高该目标优先级,直至所有目标在任务规划的场景时间内都被观测到;
步骤4.3:任务规划模块根据各观测资源平台载荷进行任务规划,检查是否有剩余的观测资源平台可对剩余任务进行补充规划,同时将监测到的各观测资源平台实时情况发送到多探测资源管理模块。
进一步地,如果步骤1中未定制各个观测资源平台引导次序,则默认观测资源平台引导次序为:天基卫星观测平台、陆基光学平台、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台。
进一步地,步骤2主要考虑各观测资源平台在计算对全天球目标可见窗口时的约束条件和自身的可并行监视目标能力。
本发明的有益效果在于:
本发明的一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台及方法,可实现天基卫星平台、陆基光学平台、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台协同任务规划,长期多手段观测资源管理的异构平台任务规划方法。
本发明通过面向用户的架构设计,简化操作人员操作流程,便于添加需要观测的目标信息和任务优先级,可定制观测平台引导次序,解决了传统观测跟踪目标方式导致的任务完成度低,资源消耗多等问题。本发明利用协同任务规划方法,调度各类观测资源平台高效协同互补,完成对全天球内的多个目标观测跟踪任务规划,输出各观测资源平台的观测计划;在整体任务规划过程中对高轨目标进行特殊处理,确保其他观测需求不被影响,能够高效完成整体观测计划;在观测需求量大,任务规划场景时间长情况下,提供长期任务规划系统自动调整接口,可确保所有目标在长期任务规划中都能够被观测跟踪到,确保整个观测计划的完成度。本发明具备实时监测功能和长期任务规划调整接口,保证了整体观测资源平台能够稳定运行,且高效地执行制定的观测任务计划。
附图说明
图1为本发明中针对全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台模块的组成示意图;
图2为本发明执行针对全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示,本发明一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台,包括目标管理模块1、多探测资源管理模块2、多平台协同规划模块3和任务规划模块4。
如图2所示,本发明一种长期多手段观测资源管理的异构平台任务规划方法,首先由操作人员在目标管理模块1导入需要进行观测跟踪的目标群信息,并制定任务优先级和各观测资源平台引导次序;多探测资源管理模块2对各观测资源平台进行建模,考虑观测资源平台自身约束属性和多目标并行观测能力;多平台协同规划模块3根据接收到的数据计算观测任务可见窗口集合,并考虑任务优先级和用户制定的观测资源平台引导次序,进行任务初步分配,发送到任务规划模块4;任务规划模块4根据多平台协同规划模块3发送的任务分配结果,考虑高轨目标可见窗的特殊性,进行分割新建窗口处理,同时可进行长期任务规划自动调整,保证在任务规划的场景时间内所有目标都能够被观测到。最后分析天基卫星观测平台、陆基光学、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台各自的载荷约束情况,根据资源剩余情况进行补充规划,最终完成任务规划;其实现流程具体如下:
步骤1:由用户输入全天球内需要观测跟踪目标群的轨道信息,由目标管理模块1进行轨道递推计算,用户还可以输入观测任务优先级和定制各个观测资源平台引导次序,若未定制各个观测资源平台引导次序,则采用默认观测资源平台引导次序,为天基卫星观测平台引导陆基光学、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台;
步骤2:多探测资源管理模块2对能够调动的观测资源平台进行建模,包含天基卫星观测平台,陆基光学、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台,主要考虑各个观测平台在计算对全天球目标可见窗口时的约束条件和自身的可并行监视目标能力;
步骤3:多平台协同规划模块3接收第一步得到的目标群实时位置速度信息,考虑第二步得到的各观测资源平台模型,计算出各个观测资源平台对目标群的所有可见时间窗口,形成观测任务集合,将观测任务按优先级排序,并按照用户指定的观测资源平台引导次序,采用任务分配方法将观测任务发送给任务规划模块4;例如:按照默认观测资源平台引导次序,则首先判断天基卫星观测平台能完成的任务集合,再判断天基卫星观测平台筛选剩余的任务集合中是否存在陆基光学、雷达地面观测平台能完成的任务,最后判断路基光学、雷达地面观测平台筛选剩余的任务集合中是否存在海基可移动平台能完成的任务;
步骤4.1:任务规划模块4接收到多平台协同规划模块3发送的任务集合,首先将高轨道目标观测跟踪任务挑出,因为一般处于较高轨道中目标的可见窗口较长,且不需要持续观测,若不加处理直接进行任务规划,会导致某些观测资源平台长期被占用造成的资源浪费,其他观测任务无法被执行,整体任务完成度低等问题,故本发明中保留高轨目标任务处理接口,可由用户制定高轨目标任务的观测策略,例如每隔2小时观测目标5分钟,任务规划模块4会将高轨目标较长的可见窗口进行分割,重新制定与其他任务窗口无冲突且满足高轨目标观测策略的任务;
步骤4.2:由用户选择是否开启任务规划模块4中长期任务规划调整,其意义在于,若观测任务数目多且观测时间较长,某些低优先级的观测任务可能一直无法被执行,导致某些目标一直无法被观测跟踪。开启长期任务规划调整时,任务规划模块4会查找是否存在某些目标因为优先级低而从来没被观测到过,之后会逐渐提高该目标优先级,从而保证所有目标在任务规划的场景时间内都能够被观测到。
步骤4.3:任务规划模块4对形成的观测任务集合,考虑各观测资源平台载荷情况进行任务规划,并检查是否有剩余的观测资源平台可用来对剩余任务进行补充规划,同时将监测到的各观测资源平台实时情况发送给多探测资源管理模块2。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划平台,其特征在于:包括目标管理模块(1)、多探测资源管理模块(2)、多平台协同规划模块(3)和任务规划模块(4);
所述目标管理模块(1)用于接收用户输入的目标群瞬时轨道信息和优先级,进行轨道递推,得到目标实时位置和速度信息数据,用于多平台协同规划模块(3)中计算各观测资源平台对目标的可见窗口,用户定制各观测资源平台引导次序,为平台任务规划提供数据;所述各观测资源平台包括天基卫星观测平台、陆基光学平台、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台;所述多探测资源管理模块(2)用于根据各观测资源平台的自身属性和能力指标进行建模,为计算任务可见窗口提供基础,同时接收任务规划模块(4)返回的各观测资源平台任务的执行情况,将监测到的资源实时变化分析整理并通知多平台协同规划模块(3);
所述多平台协同规划模块(3)用于接收其他模块发出的基础数据,根据目标观测需求、用户定制的各观测资源平台引导次序和各观测资源平台能力,计算出各观测资源平台对目标的可见时间窗口,采用任务分配方法将观测任务发送到任务规划模块(4);
所述任务规划模块(4)用于综合考虑任务完成度和观测资源平台利用率,同时在长期任务规划过程中保留自动调整接口,制定各观测资源平台计划,同时监控各观测资源平台任务执行的情况,将实时位置速度信息发送到多探测资源管理模块(2)。
2.一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划方法,其特征在于:具体步骤如下:
步骤1:用户输入全天球内需要观测跟踪目标群的轨道信息到目标管理模块(1)进行轨道递推计算,得到目标实时位置和速度信息数据;同时输入观测任务优先级和定制各观测资源平台引导次序;所述各观测资源平台包含天基卫星观测平台、陆基光学平台、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台;
步骤2:多探测资源管理模块(2)根据各观测资源平台的自身属性和能力指标对能够调动的各观测资源平台进行建模;
步骤3:多平台协同规划模块(3)接收步骤1得到的目标群实时位置和速度信息数据,根据步骤2的各观测资源平台模型,计算出各观测资源平台对目标的可见时间窗口;形成观测任务集合,将观测任务按优先级排序,并按照用户定制的各观测资源平台引导次序,通过任务分配方法将观测任务发送给任务规划模块(4);
步骤4:根据步骤3,任务规划模块(4)接收到多平台协同规划模块(3)发送的观测任务集合,具体步骤如下:
步骤4.1:选出高轨道目标观测跟踪任务,用户制定与其他任务窗口无冲突且满足高轨道目标观测策略的任务;
步骤4.2:用户选择是否开启任务规划模块(4)中长期任务规划调整,任务规划模块(4)查找目标因为优先级低而没被观测到,逐渐提高该目标优先级,直至所有目标在任务规划的场景时间内都被观测到;
步骤4.3:任务规划模块(4)根据各观测资源平台载荷进行任务规划,检查是否有剩余的观测资源平台可对剩余任务进行补充规划,同时将监测到的各观测资源平台实时情况发送到多探测资源管理模块(2)。
3.根据权利要求2所述的一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划方法,其特征在于:如果步骤1中未定制各个观测资源平台引导次序,则默认观测资源平台引导次序为:天基卫星观测平台、陆基光学平台、雷达地面站观测平台和海基可移动观测平台。
4.根据权利要求2所述的一种全天球广域目标的多手段探测跟踪长期协同任务规划方法,其特征在于:其中步骤2主要考虑各观测资源平台在计算对全天球目标可见窗口时的约束条件和自身的可并行监视目标能力。
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