[發明專利]一種基于約束可滿足技術的深空探測自主任務規劃方法

有效

• 申請號: 201610055582.2
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105760652B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 徐瑞;姜嘯;崔平遠;朱圣英;高艾
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 毛燕

技術領域

本發明涉及一種基于約束可滿足技術的深空探測自主任務規劃方法，屬于航空航天技術領域。

背景技術

在深空環境下，深空探測器根據空間環境的感知和認識及深空探測器本身的能力和狀態，利用計算機軟件技術、人工智能技術等，依據一段時間內的任務目標，對若干可供選擇的動作及所提供的資源約束施行推理，自動地生成一組時間有序動作序列，稱一個“規劃”(plan)，該規劃一旦執行，便可以將探測器的狀態成功轉移到期望的目標狀態。

目前NASA，ESA已經將自主規劃技術成功的應用于深空探測器探測任務中。但是由于近年來深空探測任務飛行距離越來越遠，星上負載越發復雜，負載之間的復雜約束關系以及超遠距離探測所帶來的新的通信、能源約束為深空探測自主規劃技術帶來了新的挑戰。

約束可滿足技術作為人工智能領域中另一條處理約束的主要途徑，因具有剪枝能力強、處理效率高、能夠解決復雜問題等特點在日常生產生活中都具有廣泛的應用。采用約束可滿足技能解決規劃問題也進行一定的探索，例如MC Cooper,M de Roquemaurel等人對加權約束可滿足規劃的最優解問題進行了研究。R.Bartak在圖規劃的基礎上對并行活動之間的時間線進行了研究。在此基礎上，Nina，Majid等人開發了基于并行規劃的TCPP規劃器。該規劃器采用狀態轉移圖的結構，將規劃問題轉化為狀態轉移圖并通過約束可滿足技術進行求解，當獲得可行解后在狀態轉移圖對應的節點上提取規劃動作序列。

發明內容

針對深空探測器自主任務規劃問題，本發明公開的一種基于約束可滿足技術的深空探測自主任務規劃方法要解決的技術問題是，能夠克服現有深空任務中約束復雜、約束間耦合關系強等難點，提高深空探測器自主任務規劃的效率，滿足探測器實時性要求。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

本發明公開的一種基于約束可滿足技術的深空探測自主任務規劃方法，包括如下步驟：

步驟1，建立深空探測器系統模型。

自主規劃任務涉及到深空探測器系統模型SYS中的m個活動單元：

SYS＝{var₁,var₂,...var_i,...var_m},1≤i≤m

其中var_i代表深空探測器系統中第i個活動單元；

深空探測器系統活動狀態指m個活動單元可能存在的狀態集合，設第i個活動單元的狀態集合為表示第i個活動單元的n-1個可能的狀態，則整個探測器系統的狀態集合為S_sys＝{D₁,D₂,...D_i,...D_m}；

步驟2，建立深空探測器約束模型。

深空探測器約束模型用一個四元組表示：

C＝(S₀,G,A,CAP)

其中，初始狀態約束S₀表示深空探測器在規劃前所處的狀態；目標狀態約束G對應要完成的任務目標后，深空探測器系統預期應處于的狀態，且G∈S_sys；動作約束A＝{A₁,A₂,...,A_i,...,A_m}代表深空探測器系統中m個活動單元能夠執行的動作集合，其中代表第i個活動單元能夠執行的動作數，不同的活動單元對應不同的x值，且在規劃過程中，每個活動單元在同一時刻只執行一個動作，不同的活動單元之間的動作具有并行性；能量約束CAP＝{cap₁,cap₂,...,cap_α}代表系統中存在的α個活動單元對能量消耗的限制，其中cap_i∈(0,β),β∈(0,+∞)不同的活動單元對應不同的β值；

步驟3，根據步驟2中的約束模型對步驟1中的深空探測器系統模型進行分層。

定義層值k＝m，因此深空探測器系統模型SYS轉化為多層系統SYS＝{sys¹,sys²,...,sys^k}，每層的變量分別為：同時定義變量level代表當前的層數；

步驟4，規劃任務初始化。

第一次進行活動單元選取時，輸入為深空探測器系統模型的當前狀態約束S₀，目標狀態約束G，以及當前層數level＝1；