本發(fā)明涉及衛(wèi)星星座的協(xié)同任務(wù)規(guī)劃，具體地，涉及一種基于分布式計算的星座協(xié)同動態(tài)任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)。尤其涉及一種基于分布式計算集中決策架構(gòu)的星座協(xié)同動態(tài)任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、對地觀測衛(wèi)星在各種航天器中占有很大的比重，其主要任務(wù)是利用包括可見光、紅外、sar等星載傳感器，獲取地面目標的圖像和信號等信息。多星多任務(wù)統(tǒng)籌規(guī)劃用于制定衛(wèi)星任務(wù)執(zhí)行的規(guī)劃方案，它影響著衛(wèi)星星座的整體效能。

2、在大規(guī)模星座觀測任務(wù)協(xié)同規(guī)劃過程中，任務(wù)類型復(fù)雜，約束條件多樣，目標函數(shù)影響因素多，星上計算資源與星座任務(wù)規(guī)劃問題求解復(fù)雜度之間的矛盾越來越突出。為了實現(xiàn)大規(guī)模星座對地觀測任務(wù)資源調(diào)度達到全局最優(yōu)，讓這一問題的求解在一顆星上實現(xiàn)很難達到，且對整個星座而言，可靠性太低。因此，應(yīng)將算力盡可能均勻分布至星座內(nèi)所有衛(wèi)星，同時采用集中決策，使整個星座的資源調(diào)度達到最優(yōu)。

3、專利文獻cn106850038a公開了一種針對敏捷衛(wèi)星的任務(wù)規(guī)劃方法。該專利文獻主要針對單顆敏捷衛(wèi)星對目標可見窗口的計算及動作序列優(yōu)選，而本發(fā)明主要解決多星之間的任務(wù)分配問題。

4、專利文獻cn107153884b公開了一種面向衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃的篩選方法。該專利文獻主要針對單顆衛(wèi)星掃描條帶的組合方法，而本發(fā)明解決多星對點目標和區(qū)域目標的分配問題。

5、專利文獻cn108333922b公開了一種基于智能化與約束推理的單星自主任務(wù)規(guī)劃方法。該專利文獻采用智能優(yōu)化算法解決單星任務(wù)隊列的沖突問題，而本發(fā)明側(cè)重提出一種星座協(xié)同架構(gòu)，沖突消解采用啟發(fā)式算法，未涉及智能算法。

6、專利文獻cn108171374a公開了一種基于模擬退火算法的對地觀測衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃方法，采用模擬退火算法解決單星任務(wù)隊列的沖突問題，而本發(fā)明側(cè)重提出一種星座協(xié)同架構(gòu)，沖突消解采用啟發(fā)式算法。

7、專利文獻cn111950877b公開了一種多星編隊協(xié)同區(qū)域成像自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，該專利文獻主要針對多星編隊軌道構(gòu)型的區(qū)域成像拼接方法，而本發(fā)明對星座軌道構(gòu)型無特定要求。

8、綜上所述，用戶的各種任務(wù)需求越來越復(fù)雜，對任務(wù)的完成質(zhì)量要求也越來越高。復(fù)雜任務(wù)及高要求任務(wù)的完成，都需要不同衛(wèi)星之間根據(jù)實際情況自主地進行溝通和協(xié)同，而約束條件多樣，目標函數(shù)影響因素多，星上計算資源與星座任務(wù)規(guī)劃問題求解復(fù)雜度之間的矛盾越來越突出。

9、因此，市場上需要一種能夠使整個星座的資源調(diào)度達到最優(yōu)的一種基于分布式計算的星座協(xié)同動態(tài)任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于分布式計算的星座協(xié)同動態(tài)任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于分布式計算的星座協(xié)同動態(tài)任務(wù)規(guī)劃方法，包括：

3、步驟s1：星座任務(wù)規(guī)劃通過雙觸發(fā)機制啟動；

4、步驟s2：主星檢索星座任務(wù)單中待完成的任務(wù)，根據(jù)當前衛(wèi)星狀態(tài)情況發(fā)送啟動包給各星；

5、步驟s3：從星根據(jù)本星衛(wèi)星狀態(tài)，同步信息計算啟動包內(nèi)每個任務(wù)目標的可見時間窗口；

6、步驟s4：從星基于本星能力約束篩選后，返回各類目標可執(zhí)行情況，生成應(yīng)答包；

7、步驟s5：主星收到所有從星的應(yīng)答包后，通過權(quán)衡收益及集中決策實現(xiàn)任務(wù)目標分配至星座內(nèi)所有衛(wèi)星；

8、步驟s6：從星接收主星的分配包，執(zhí)行單星任務(wù)規(guī)劃，反饋實際任務(wù)可安排情況，生成反饋包發(fā)送至主星；

9、步驟s7：主星接收所有從星的反饋包，更新目標任務(wù)計劃。

10、優(yōu)選地，所述雙觸發(fā)機制包括周期觸發(fā)和事件觸發(fā)；

11、所述事件觸發(fā)的因素包括不同情況導(dǎo)致的任務(wù)狀態(tài)變化、目標狀態(tài)變化和衛(wèi)星變化；

12、所述啟動包內(nèi)包括本次協(xié)同規(guī)劃涉及到的星座任務(wù)號、參與衛(wèi)星編號、規(guī)劃的時間區(qū)間；

13、所述同步信息包括星座任務(wù)、目標態(tài)勢、任務(wù)計劃和衛(wèi)星狀態(tài)；

14、所述約束篩選包括滿足目標與載荷視場的可見時間窗口，扣除已占用任務(wù)時間窗口；

15、所述任務(wù)計劃包括任務(wù)號、目標號、上一次執(zhí)行星執(zhí)行時間、下一次執(zhí)行星執(zhí)行時間等。

16、優(yōu)選地，星座任務(wù)、衛(wèi)星狀態(tài)、目標態(tài)勢、任務(wù)計劃在星座內(nèi)定期同步，四者之間的id互相關(guān)聯(lián)。

17、優(yōu)選地，所述步驟s5中主星在發(fā)出啟動包后，預(yù)留一定的時間，陸續(xù)接受從星的應(yīng)答包，在預(yù)留時間截止接收，主星根據(jù)從星窗口預(yù)約束情況，啟動集中決策完成從星目標分配。

18、優(yōu)選地，所述步驟s6中單星任務(wù)規(guī)劃根據(jù)自身目前已安排任務(wù)隊列情況，將主星分配的任務(wù)插入至空閑時間窗口中，并完成沖突消解。

19、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于分布式計算的星座協(xié)同動態(tài)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)，包括：

20、模塊m1：星座任務(wù)規(guī)劃通過雙觸發(fā)機制啟動；

21、模塊m2：主星檢索星座任務(wù)單中待完成的任務(wù)，根據(jù)當前衛(wèi)星狀態(tài)情況發(fā)送啟動包給各星；

22、模塊m3：從星根據(jù)本星衛(wèi)星狀態(tài)，同步信息計算啟動包內(nèi)每個任務(wù)目標的可見時間窗口；

23、模塊m4：從星基于本星能力約束篩選后，返回各類目標可執(zhí)行情況，生成應(yīng)答包；

24、模塊m5：主星收到所有從星的應(yīng)答包后，通過權(quán)衡收益及集中決策實現(xiàn)任務(wù)目標分配至星座內(nèi)所有衛(wèi)星；

25、模塊m6：從星接收主星的分配包，執(zhí)行單星任務(wù)規(guī)劃，反饋實際任務(wù)可安排情況，生成反饋包發(fā)送至主星；

26、模塊m7：主星接收所有從星的反饋包，更新目標任務(wù)計劃。

27、優(yōu)選地，所述雙觸發(fā)機制包括周期觸發(fā)和事件觸發(fā)；

28、所述事件觸發(fā)的因素包括不同情況導(dǎo)致的任務(wù)狀態(tài)變化、目標狀態(tài)變化和衛(wèi)星變化；

29、所述啟動包內(nèi)包括本次協(xié)同規(guī)劃涉及到的星座任務(wù)號、參與衛(wèi)星編號、規(guī)劃的時間區(qū)間；

30、所述同步信息包括星座任務(wù)、目標態(tài)勢、任務(wù)計劃和衛(wèi)星狀態(tài)；

31、所述約束篩選包括滿足目標與載荷視場的可見時間窗口，扣除已占用任務(wù)時間窗口；

32、所述任務(wù)計劃包括任務(wù)號、目標號、上一次執(zhí)行星執(zhí)行時間、下一次執(zhí)行星執(zhí)行時間等。

33、優(yōu)選地，星座任務(wù)、衛(wèi)星狀態(tài)、目標態(tài)勢、任務(wù)計劃在星座內(nèi)定期同步，四者之間的id互相關(guān)聯(lián)。

34、優(yōu)選地，所述模塊m5中主星在發(fā)出啟動包后，預(yù)留一定的時間，陸續(xù)接受從星的應(yīng)答包，在預(yù)留時間截止接收，主星根據(jù)從星窗口預(yù)約束情況，啟動集中決策完成從星目標分配。

35、優(yōu)選地，所述模塊m6中單星任務(wù)規(guī)劃根據(jù)自身目前已安排任務(wù)隊列情況，將主星分配的任務(wù)插入至空閑時間窗口中，并完成沖突消解。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

37、本發(fā)明通過基于分布式計算集中決策架構(gòu)的星載自主任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度，星座可以對觀測目標實現(xiàn)自主決策，從而選擇最重要的觀測目標、最優(yōu)的觀測姿態(tài)及精準的觀測時機，實現(xiàn)對給定高價值目標的高質(zhì)量成像。