CN117634860B - 一种星群分布式自主任务规划方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星群分布式自主任务规划方法及系统，包括以下步骤：S1.地面站向中继指挥卫星上注用户关注的区域目标信息；S2.中继指挥卫星发起与所有电子感知卫星的集群招投标；S3.电子感知卫星在接收到集群任务后，生成投标方案；S4.中继指挥星选择最优电子感知卫星作为搜索任务执行卫星；S5.电子感知卫星在发现目标后将目标电磁特性信息下传到地面；S6.中继指挥星发起与所有光学和SAR成像卫星的招投标；S7.光学和SAR成像卫星生成投标方案；S8.中继指挥星选择成像任务执行卫星；S9.成像卫星根据本地任务方案对目标进行成像，并将观测数据下传地面。本发明采用双层招投标分布式任务规划机制，实现了卫星集群对地面目标的发现、判断、成像在轨自主闭环。
Description
技术领域
本发明涉及卫星控制技术领域，特别是一种星群分布式自主任务规划方法及系统。
背景技术
卫星集群是一种通过模仿自然界中蜂群、鸟群和鱼群等生物集群，借助信息共享和协调行动等手段实现卫星间的能力互补，通过集群中个体简单行为在整体上实现复杂群体行为的卫星群体工作模式。群体行为(Swarming Behavior)是自然界中常见的现象，典型的例子如编队迁徙的鸟群、结队巡游的鱼群、协同工作的蚁群、聚集而生的细菌群落等等。这些现象的共同特征是一定数量的自主个体通过相互合作和自组织，在集体层面上呈现出有序的协同运动和行为。随着卫星技术的蓬勃发展、一箭多星技术的成熟应用、商业航天公司的兴起，卫星的研制、发射和部署的成本进一步降低，多星、多传感器的综合应用逐渐成为了卫星应用的主流趋势，卫星集群自同步运维技术成为航天领域的研究热点之一。其中，进行高效的集群星间任务分配，设计高效的多星多对地观测任务执行方案是卫星集群自同步高效协同的一项关键技术。现有成像卫星多星任务规划方法大多采用地面离线联合规划，并通过星地链路进行任务上注，规划结果一经确定后无法动态调整，极易因任务临时加入、调整或者卫星资源故障而导致整体系统失效，难以适应大空间弹性、强动态性、复杂且未知时变的工作环境。因此，有必要提出对地观测卫星自主任务规划方法，使卫星对地观测的过程摆脱对地面测控的依赖，通过卫星的自主协商决定任务分配和载荷使用方法，实现高动态实时对地观测任务响应。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种对地观测卫星集群分布式任务动态调整的方法及系统。提出了基于事件触发的异质卫星集群分布式自主任务规划方法，采用双层招投标分布式任务规划机制，实现了卫星集群对地面目标的发现、判断、成像在轨自主闭环。
具体来说，本发明提供一种星群分布式自主任务规划方法，包括以下步骤：
S1.地面站向中继指挥卫星上注用户关注的区域目标信息；
S2.中继指挥卫星发起与所有电子感知卫星的集群招投标，向所有电子感知卫星广播新增集群任务；
S3.电子感知卫星在接收到集群任务后，进行本地单星动态任务规划，生成投标方案，并向中继卫星投送针对新增集群任务的任务方案；
S4.中继指挥星根据收到所有的电子感知卫星针对新增集群任务的方案，选择最优电子感知卫星作为搜索任务执行卫星，并向该电子感知卫星发送中标信息；
S5.电子感知卫星收到中标信息后更新本地任务方案，根据更新后的本地任务方案扫描待搜索区域，在发现目标后将目标电磁特性信息下传到地面，并发送到中继指挥星；
S6.中继指挥星发起与所有光学和SAR成像卫星的招投标，将目标广播给所有光学和SAR成像卫星；
S7.光学和SAR成像卫星在接收到集群任务后，进行本地单星动态任务规划，生成投标方案，并向中继卫星投送针对新增目标任务的任务方案；
S8.中继指挥星根据收到的所有光学和SAR成像卫星针对新增目标任务的方案，分别选择一个光学卫星和一个SAR卫星作为成像任务执行卫星，并向这两颗卫星发送中标信息；
S9.被选中的光学和SAR成像卫星收到中标信息后更新本地任务方案，根据本地任务方案对目标进行成像，并将观测数据下传地面。
进一步，步骤S1中，地面站通过测控链路将任务信息以xml文件的形式上注给中继指挥星。
进一步，步骤S2中，具体实施步骤如下：
S2.1.中继指挥星将持有的任务信息广播给电子感知卫星集群，随后中继指挥星处于等待接收数据状态，收集每一个电子感知卫星反馈的仅针对此任务进行单星动态任务规划生成的投标方案，直到接收完所有电子感知卫星投标方案为止；
S2.2.中继指挥星进入评标状态，综合考虑总体完成时间f1、任务负载均衡率f2以及区域目标覆盖率f3，并根据重要程度给各标准赋予不同权值，评选出一个整体最优的投标方案确定为中标的电子感知卫星，并向中标的电子感知卫星发送中标信息。
进一步，步骤S5具体实现如下：
S5.1.中标的电子感知卫星根据观测计划生成任务执行指令、数据下传指令并发送给中心计算机，任务执行时会对待搜索区域进行扫描，发现有价值目标后获得目标地理位置和电磁信息，并将其反馈给中继指挥星和下传地面；
S5.2.中继指挥星收到中标的电子感知卫星发来的目标地理位置与电磁信息后，对其进行预处理，对数据不合理、目标重复的数据进行剔除，筛选得到有效待观测点目标信息后，加入待观测任务集合。
进一步，步骤S6具体实现如下：
S6.1.中继指挥星在确定好选用哪种遥感器进行成像之后，对该卫星集群进行广播任务，进行任务招标；
S6.2.成像卫星集群收到任务之后，每颗成像卫星都会进行单星动态任务规划和数传调度规划，最终形成任务执行计划并将此计划投标给中继指挥星；
S6.3.中继指挥星在接收完整个星群的投标方案之后，根据各成像卫星执行任务的时效性进行评标，选择时效性最优的成像卫星作为中标卫星；选出中标成像卫星后，会对其发送中标信息；
进一步，步骤S5中，光学和SAR成像卫星收到中标信息后，根据任务方案执行计划生成任务执行指令和数据下传指令并发送给中心计算机，由中心计算机指挥执行。
进一步，在步骤S2.1和步骤S6.2中,电子感知卫星和成像卫星进行单星任务规划的方法采用基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划方法。
进一步，基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划方法描述如下：令是任务子集/>的一致性调度方案，令/>是不属于/>的任务；则：获得一个扩展任务子集/>的一致性方案的充分必要条件是存在执行任务/>的卫星/>有可用的卫星资源和可见时间窗口集/>，并且可以删除所有与/>冲突的赋值，同时对/>能够重新赋值而且不必修改/>的赋值，而且以上操作都必须在给定任务规划时间内完成。
另一方面，本发明提供一种星群分布式自主任务规划系统，所述系统中应用根据本发明所述的星群分布式自主任务规划方法。
进一步，所述系统包括地面站、中继指挥卫星以及电子感知卫星集群、光学成像卫星集群和SAR成像卫星集群；其中，地面站用于实现将集群任务上注到中继指挥星，并接收各卫星集群对地观测结果；中继指挥星用于接收地面站上注的集群任务，指挥各个卫星集群自主协商任务分配。
有益效果：本发明提供的星群分布式自主任务规划方法及系统，在集群层面，通过基于事件触发的双层合同网机制实现了卫星集群任务在轨自主分配。在单星层面，通过最小冲突集递进修改单星动态任务规划方法实现卫星对地观测任务的自主动态重调。实现了对地观测卫星集群对地面高价值目标的发现、判断、成像在轨自主闭环。
附图说明
图1示出了根据本发明星群分布式自主任务规划系统组成示意图；
图2示出了根据本发明中星群分布式自主任务规划方法流程示意图；
图3示出了根据本发明中基于局部修改的递进规划算法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合图1-图3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。
本发明提供一种基于事件触发的异质卫星集群分布式自主任务规划方法，发明构思在于采用双层合同网协议，通过集群自主协商获得时效性全局最优的任务分配方案，通过单星任务规划自主生成能耗最优的本地任务执行策略，实现包括电子、光学、SAR卫星在内的异质对地观测卫星集群对地面高价值目标的发现、判断、详细成像在轨自主闭环。
本发明提供一种基于事件触发的异质卫星集群分布式自主任务规划系统，如图1所示，所述系统包括地面站、中继指挥卫星以及电子感知卫星集群、光学成像卫星集群和SAR成像卫星集群。电子感知卫星通过对地面目标发出的电磁信号的监听，对信号源进行准确定位，自主发现高价值地面目标。光学卫星在日光条件下对目标进行高分辨率光学成像，提供目标详细成像信。SAR卫星通过向地面发射雷达信号，然后接收反射回来的信号来获取地面目标图像，不受天气和光照条件的限制，能够在白天和夜晚以及云雾遮挡的情况下获取地面信息，但分辨率远低于光学卫星。其中，地面站用于实现将集群任务上注到中继指挥星，并接收各卫星集群对地观测结果。中继指挥星用于接收地面站上注的集群任务，指挥各个卫星集群自主协商任务分配。电子感知卫星、光学成像卫星、SAR成像卫星共计三星组成一簇，多簇卫星组成对地观测卫星集群。这里的“一簇”是指电子感知卫星、光学卫星、SAR卫星各1颗，总计3颗卫星组成的卫星编队，称为“电光SAR”三星编队。在整个卫星集群中，仅有1颗卫星作为中继卫星。整个卫星集群包含多簇“电光SAR”三星编队。
基于事件触发的异质卫星集群分布式自主任务规划系统的任务流程如图2所示。根据本发明的星群分布式自主任务规划方法，包括以下步骤：
S1.地面站向中继指挥卫星上注用户关注的区域目标信息。
S2.中继指挥卫星发起与所有电子感知卫星的集群招投标，向所有电子感知卫星广播新增集群任务。
S3.电子感知卫星在接收到集群任务后，进行本地单星动态任务规划，生成投标方案，并向中继卫星投送针对新增集群任务的任务方案。
S4.中继指挥星根据收到所有的电子感知卫星针对新增集群任务的方案，根据任务时效性与能耗最优为标准，选择最优电子感知卫星作为搜索任务执行卫星，并向该电子感知卫星发送中标信息。
S5.电子感知卫星收到中标信息后更新本地任务方案，所有电子感知卫星根据本地任务方案扫描待搜索区域，在发现高价值点目标后将目标电磁特性信息下传到地面，并发送到中继指挥星。
S6.中继指挥星发起与所有光学和SAR成像卫星的招投标，将高价值点目标广播给所有光学和SAR成像卫星。
S7.光学和SAR成像卫星在接收到集群任务后，进行本地单星动态任务规划，生成投标方案，并向中继卫星投送针对新增高价值点目标任务的任务方案。
S8.中继指挥星根据收到的所有光学和SAR成像卫星针对新增高价值点目标任务的方案，根据任务时效性和能耗最优为标准，分别选择一个光学卫星和一个SAR卫星作为成像任务执行卫星，并向这两颗卫星发送中标信息。
S9.光学和SAR成像卫星收到中标信息后更新本地任务方案，所有光学和SAR成像卫星根据本地任务方案对高价值点目标进行成像，并将观测数据下传地面。
详细实施步骤如下：
首先，步骤S1中，地面站通过测控链路将任务信息以xml文件的形式上注给中继指挥星，集群任务文件上注格式如下所示。其中，标签<IsPoint>说明任务类型为区域目标或点目标，分别对应两种取值Area和Point。<target>标签为目标信息其包含的所有子标签共同说明集群任务信息。<target_id>标签为各个目标唯一标识符，其属性priority说明任务优先级。属性priority为大于等于0的整数，值越大目标优先级越高。<Scenario_StartTime>为任务执行最早开始时间，<Scenario_StopTime>为任务执行最晚开始时间。<latitude>为目标区域边界点按顺时针排列各个点的纬度值。<longitude>为目标区域边界点按顺时针排列各个点的经度值。
然后，步骤S2中，中继指挥星根据基于事件触发的双层合同网协议进行两轮招投标完成整个任务规划过程，基于事件触发的双层合同网协议如图2所示，具体实施步骤介绍如下：
S2.1.中继指挥星会将持有的任务信息广播给电子感知卫星集群，随后中继指挥星会处于等待接收数据状态，收集每一个电子感知卫星反馈的仅针对此任务进行单星动态任务规划生成的投标方案，直到接收完所有电子感知卫星投标方案为止，电子感知卫星进行单星任务规划的方法在下文中详细阐述。
S2.2.中继指挥星进入评标状态，综合考虑总体完成时间f1、任务负载均衡率f2以及区域目标覆盖率f3，并根据重要程度给各标准赋予不同权值，评选出一个整体最优的投标方案确定为中标的电子感知卫星，并向中标的电子感知卫星发送中标信息。
步骤S5具体实现如下：
S5.1.中标的电子感知卫星根据观测计划生成任务执行指令、数据下传指令并发送给中心计算机，任务执行时会对待搜索区域进行扫描，发现有价值目标后会获得目标准确位置和电磁特性，并将其反馈给中继指挥星和下传地面。
S5.2.中继指挥星收到中标的电子感知卫星发来的目标地理位置与电磁信息后，会对其进行一系列的预处理，对数据不合理、目标重复（地理位置相距较近、电磁信息相似度高）的数据进行剔除，筛选得到有效待观测点目标信息后，加入待观测任务集合。
步骤S6具体实现如下：
S6.1.中继指挥星在确定好选用哪种遥感器进行成像之后，对该卫星集群进行广播任务，进行任务招标。然后进入接收投标方案的状态。针对每个点目标，光学成像卫星和SAR成像卫星均需要进行观测。两种卫星集群的招投标过程完全一致。
S6.2.中标的光学卫星和SAR成像卫星收到任务之后，每颗成像卫星都会进行单星动态任务规划、数传调度规划，最终形成任务执行计划并将此计划投标给中继指挥星，成像卫星进行单星任务规划的方法在下文中详细阐述。
S6.3.中继指挥星在接收完整个星群的投标方案之后，根据各成像卫星执行任务的时效性进行评标，选择时效性最优的成像卫星作为中标卫星。选出中标成像卫星后，会对其发送中标信息。
步骤S9中，光学和SAR成像卫星收到中标信息后，根据任务方案执行计划生成任务执行指令、数据下传指令并发送给中心计算机，由中心计算机在合适的时机指挥执行。
在步骤S2.1和步骤S6.2中,电子感知卫星和成像卫星进行单星任务规划的方法采用基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划方法。
单星动态任务规划任务规划算法部署在各个对地观测卫星上，构成分布式系统，其主要作用是将新任务插入到已有任务方案中并得到一个任务执行计划，即投标方案，本发明采用基于局部修改的递进规划算法，其主要思想是新任务插入原方案仅仅是改变原方案任务安排的时间，而不会因为插入新任务而删除已有任务，这样的技术构思能够提高整体的观测收益且对原方案改动较小。基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划算法可以描述如下：令是任务子集/>的一致性调度方案，令/>是不属于/>的任务。则上述思想为：获得一个扩展任务子集/>的一致性方案的充分必要条件是存在执行任务/>的卫星/>有可用的卫星资源（存储空间、能量）和可见时间窗口集/>，并且可以删除所有与/>冲突的赋值/>，同时对/>能够重新赋值而且不必修改/>的赋值，而且以上操作都必须在给定任务规划时间内完成。具体算法流程图如图3所示，具体步骤描述如下。
S100，定义基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划算法中用到的数学符号。定义单个任务为六元组，六元组的变量内涵解释如下：
，任务优先级。/>为大于等于0整数，/>越大表示任务优先级越高。
，目标纬度。/>表示该任务观测目标边界点按照顺时针排列的纬度。
，目标经度。/>表示该任务观测目标边界点按照顺时针排列的经度。
，任务最早开始执行时间。
，任务最晚开始执行时间。
，任务全部可选窗口。/>表示经过窗口计算获得的卫星与目标在/>时间段内全部可见窗口按开始时间排序后获得的集合。
，卫星对目标的单个可见窗口。其中为该可见窗口的开始时间，/>为该可见窗口的结束时间，/>为该可见窗口的观测侧摆角。
，含n个待执行任务星上方案。表示单个待执行任务。/>表示待执行任务被安排的任务窗口。
S200，约定新增任务记为，并给出任务冲突集定义。若新增任务的某一窗口/>与星上待执行任务窗口/>时间重叠则认为两窗口冲突，冲突判断条件为
（1.1）
其中，变量。当/>时，两窗口不冲突；/>时两窗口冲突。则任务/>的冲突集定义为
（1.2）
S300，基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划算法的实现过程包括以下步骤：
S301，初始化待执行任务星上方案A，和新增任务。
S302，在卫星对目标的最早可见窗口加入新任务。
S303，判断冲突集是否为空。若加入新任务后，新任务冲突集为空，则直接将/>作为任务执行窗口加入待执行任务星上方案，加入的待执行任务为，其中/>为新增任务对应的待执行任务。若加入新任务后，新任务冲突集不为空，则按照公式（1.2）构造冲突集。
S304，遍历待执行任务星上方案，判断冲突集是否最小，若不是最小，更换新增任务可见窗口，跳转至第二步构造冲突集。若冲突集最小，在原方案中依次加入冲突集任务。
S305，判断是否有新冲突，若没有，将作为任务执行窗口加入待执行任务星上方案，加入的待执行任务为/>，若有新冲突，判断冲突任务是否属于原待执行任务星上方案。
S306，若冲突属于原方案，则将原方案中与当前新增任务窗口冲突的待执行任务放回冲突集，否则，在当前新增任务与冲突待执行任务间保留优先级高的任务。至此，针对新增任务的基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划执行完毕。
任务规划结束后，生成新任务的投标方案xml文件，文件格式为plan.xml。
中继卫星根据投标方案的任务时效性作为评价指标f1，以投标方案能耗作为评价指标f2，根据用户指定的权重进行归一化，生成最终目标函数值，目标函数值最小的卫星为中标卫星。
本发明实施的技术效果主要为：在集群层面，通过基于事件触发的双层合同网机制实现了卫星集群任务在轨自主分配。在单星层面，通过最小冲突集递进修改单星动态任务规划方法实现卫星对地观测任务的自主动态重调。实现了对地观测卫星集群对地面高价值目标的发现、判断、成像在轨自主闭环。
1、提出了基于事件触发的双层合同网卫星集群任务自主分配机制，通过双层合同网机制实现电子感知卫星集群对地面高价值目标的自主搜索以及成像卫星集群对地面高价值目标的自主详细成像，实现地面目标发现、判断、详细成像在轨自主闭环。
2、提出了考虑太阳高度角和任务优先级约束的最小冲突集递进修改单星动态任务规划方法，实现了卫星任务方案在线动态重调，实现了卫星对地观测任务在轨动态实时响应。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，本领域的技术人员可以在不产生矛盾的情况下，将本说明书中描述的不同实施例或示例以及其中的特征进行结合或组合。
上述内容虽然已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型等更新操作。
Claims (11)
1.一种星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.地面站向中继指挥卫星上注用户关注的区域目标信息；
S2.中继指挥卫星发起与所有电子感知卫星的集群招投标，向所有电子感知卫星广播新增集群任务；
S3.电子感知卫星在接收到集群任务后，进行本地单星动态任务规划，生成投标方案，并向中继指挥卫星投送针对新增集群任务的任务方案；
S4.中继指挥卫星根据收到所有的电子感知卫星针对新增集群任务的方案，选择最优电子感知卫星作为搜索任务执行卫星，并向该电子感知卫星发送中标信息；
S5.电子感知卫星收到中标信息后更新本地任务方案，根据更新后的本地任务方案扫描待搜索区域，在发现高价值点目标后将目标地理位置和电磁信息下传到地面，并发送到中继指挥卫星；
S6.中继指挥卫星发起与所有光学和SAR成像卫星的招投标，将高价值点目标广播给所有光学和SAR成像卫星；
S7.光学和SAR成像卫星在接收到集群任务后，进行本地单星动态任务规划，生成投标方案，并向中继指挥卫星投送针对新增高价值点目标任务的任务方案；
S8.中继指挥卫星根据收到的所有光学和SAR成像卫星针对新增高价值点目标任务的方案，分别选择一个光学卫星和一个SAR卫星作为成像任务执行卫星，并向这两颗卫星发送中标信息；
S9.光学和SAR成像卫星收到中标信息后更新本地任务方案，根据本地任务方案对高价值点目标进行成像，并将观测数据下传地面；
电子感知卫星、光学和SAR成像卫星进行单星任务规划的方法采用基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划方法，具体为：
S100，定义基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划算法中用到的数学符号；定义单个任务为六元组，其中，/>为任务优先级，为目标纬度，/>为目标经度，/>为任务最早开始执行时间，/>为任务最晚开始执行时间，/>为任务全部可选窗口，/>表示经过窗口计算获得的卫星与目标在/>时间段内全部可见窗口按开始时间排序后获得的集合；/>为卫星对目标的单个可见窗口，/>为该可见窗口的开始时间，/>为该可见窗口的结束时间，/>为该可见窗口的观测侧摆角；/>为含n个待执行任务星上方案，表示单个待执行任务，/>表示待执行任务被安排的任务窗口；
S200，约定新增任务记为，并给出任务冲突集定义；若新增任务的某一窗口/>与星上待执行任务窗口/>时间重叠则认为两窗口冲突，冲突判断条件为：
.（1.1）
其中，为0-1变量，当/>时，两窗口不冲突；/>时两窗口冲突；则任务的冲突集定义为：
.（1.2）
S300，基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划算法的实现过程包括以下步骤：S301，初始化待执行任务星上方案A，和新增任务；
S302，在卫星对目标的最早可见窗口加入新任务；
S303，判断冲突集是否为空；若加入新任务后，新任务冲突集为空，，则直接将/>作为任务执行窗口加入待执行任务星上方案，加入的待执行任务为/>，其中/>为新增任务对应的待执行任务；若加入新任务后，新任务冲突集不为空，则按照公式（1.2）构造冲突集；
S304，遍历待执行任务星上方案，判断冲突集是否最小，若不是最小，更换新增任务可见窗口，跳转至第二步构造冲突集；若冲突集最小，在原方案中依次加入冲突集任务；
S305，判断是否有新冲突，若没有，将作为任务执行窗口加入待执行任务星上方案，加入的待执行任务为/>，若有新冲突，判断冲突任务是否属于原待执行任务星上方案；
S306，若冲突属于原方案，则将原方案中与当前新增任务窗口冲突的待执行任务放回冲突集，否则，在当前新增任务与冲突待执行任务间保留优先级高的任务；至此，针对新增任务的基于局部递进修改规划的单星自主动态任务规划执行完毕。
2.根据权利要求1所述的星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，步骤S1中，地面站通过测控链路将任务信息以xml文件的形式上注给中继指挥卫星。
3.根据权利要求1所述的星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，步骤S2包括以下实施步骤：中继指挥卫星将持有的任务信息广播给电子感知卫星集群，随后中继指挥卫星处于等待接收数据状态，收集每一个电子感知卫星反馈的仅针对此任务进行单星动态任务规划生成的投标方案，直到接收完所有电子感知卫星投标方案为止。
4.根据权利要求1所述的星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，步骤S4包括以下实施步骤：中继指挥卫星进入评标状态，综合考虑总体完成时间f1、任务负载均衡率f2以及区域目标覆盖率f3，并根据重要程度给各标准赋予不同权值，评选出一个整体最优的投标方案确定为中标的电子感知卫星，并向中标的电子感知卫星发送中标信息。
5.根据权利要求1所述的星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，步骤S5具体实现如下：
S5.1.中标的电子感知卫星根据观测计划生成任务执行指令、数据下传指令并发送给中心计算机，任务执行时会对待搜索区域进行扫描，发现高价值点目标后获得目标地理位置和电磁信息，并将其反馈给中继指挥卫星和下传地面；
S5.2.中继指挥卫星收到中标的电子感知卫星发来的高价值点目标地理位置与电磁信息后，对其进行预处理，对数据不合理、目标重复的数据进行剔除，筛选得到高价值点目标信息后，加入待观测任务集合。
6.根据权利要求1所述的星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，步骤S6包括以下实现步骤：中继指挥卫星在确定好选用哪种遥感器进行成像之后，对该卫星集群进行广播任务，进行任务招标。
7.根据权利要求1所述的星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，步骤S7包括以下实施步骤：成像卫星集群收到任务之后，每颗成像卫星都会进行单星动态任务规划和数传调度规划，最终形成任务执行计划并将此计划投标给中继指挥卫星。
8.根据权利要求1所述的星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，步骤S8包括以下实施步骤：中继指挥卫星在接收完整个星群的投标方案之后，根据各成像卫星执行任务的时效性进行评标，选择时效性最优的成像卫星作为中标卫星；选出中标成像卫星后，会对其发送中标信息。
9.根据权利要求1所述的星群分布式自主任务规划方法，其特征在于，步骤S9中，光学和SAR成像卫星收到中标信息后，根据任务方案执行计划生成任务执行指令和数据下传指令并发送给中心计算机，由中心计算机指挥执行。
10.一种星群分布式自主任务规划系统，其特征在于，所述系统中应用根据权利要求1-9任一项所述的星群分布式自主任务规划方法。
11.根据权利要求10所述的星群分布式自主任务规划系统，其特征在于，所述系统包括地面站、中继指挥卫星以及电子感知卫星集群、光学成像卫星集群和SAR成像卫星集群；其中，地面站用于实现将集群任务上注到中继指挥卫星，并接收各卫星集群对地观测结果；中继指挥卫星用于接收地面站上注的集群任务，指挥各个卫星集群自主协商任务分配。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110619452A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-12-27 | 赛德雷特(珠海)航天科技有限公司 | 用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法及系统 |
| CN111783556A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-10-16 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 多域多源遥感信息融合系统及方法 |
| CN112257902A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-22 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种用于星群协同工作的任务分配方法 |
| CN115017814A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-06 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种面向卫星任务调度的通用化智能调度引擎及设备 |
| CN115049225A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种面向多任务的星群时间窗口协同规划利用系统及方法 |
| CN115545413A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-30 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种基于约束合同网的多星自主任务规划方法 |
| CN116501826A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-28 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种卫星观测任务自主生成方法、系统及装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10175690B2 (en) * | 2016-09-02 | 2019-01-08 | Echostar Technologies International Corporation | Systems and methods for satellite-based on-board autonomous device deactivation |
| US11804894B2 (en) * | 2020-10-16 | 2023-10-31 | Cognitive Space | System and method for facilitating autonomous satellite level communications |
-
2024
- 2024-01-26 CN CN202410111945.4A patent/CN117634860B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110619452A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-12-27 | 赛德雷特(珠海)航天科技有限公司 | 用于卫星星群的地面移动目标自动跟踪任务规划方法及系统 |
| CN111783556A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-10-16 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 多域多源遥感信息融合系统及方法 |
| CN112257902A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-22 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种用于星群协同工作的任务分配方法 |
| CN115049225A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-13 | 哈尔滨工程大学 | 一种面向多任务的星群时间窗口协同规划利用系统及方法 |
| CN115017814A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-06 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种面向卫星任务调度的通用化智能调度引擎及设备 |
| CN115545413A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-30 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种基于约束合同网的多星自主任务规划方法 |
| CN116501826A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-07-28 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种卫星观测任务自主生成方法、系统及装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 成像侦察卫星动态重调度模型、算法及应用研究;刘洋;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (博士) 工程科技Ⅱ辑》;20061115;第71页第2行-最后1行 * |
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