[發明專利]一種基于空動作的深空探測約束可滿足任務規劃方法

有效

• 申請號: 201710694234.4
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107480375B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 姜嘯;徐瑞;崔平遠;朱圣英;高艾
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 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: 唐華

本發明公開的一種基于空動作的深空探測約束可滿足任務規劃方法，屬于航天深空探測領域。本發明在建立深空探測器規劃模型與深空探測器約束模型基礎上，對深空探測器系統模型進行分層處理，對活動單元逐層處理，降低約束處理過程中的復雜度；考慮到深空探測任務規劃問題的稀疏特性，根據最小承諾原則在每層活動單元中僅選擇一個活動單元賦值并將其它活動單元賦予空動作；當沖突發生時對賦空值的活動單元進行修正解除沖突或進行回溯；當所有層的變量都完成賦值后，獲得規劃解，實現深空探測器自主任務規劃。本發明要解決問題為：將深空探測任務中的復雜約束轉化為約束處理中的剪枝能力，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。

技術領域

本發明涉及一種基于空動作的深空探測約束可滿足任務規劃方法，屬于航天深空探測領域。

背景技術

近年來，深空探測已經成為我國航天活動的重要領域之一，深空探測任務中的探測目標與地球的距離十分遙遠，任務周期長，而我們對深空環境并不十分了解，僅依靠以前的地面直接控制或遙控的方式很難完成探測活動。運用自主規劃技術，可以根據地面任務要求選擇需要執行的活動，并給它們分配資源和時間，執行這些活動便可以達到預期的目標。但同時，深空探測領域中的一些復雜情況以及深空探測任務的發展趨勢也給任務自主規劃提出了新的挑戰，這些情況包括：活動的時態約束、復雜的姿態控制約束，星上的資源限制約束，日益增加的載荷約束等。

綜上所述，星上自主規劃技術在執行動作序列的搜索時將受到多種約束的限制，極大地提高了搜索空間的復雜程度和算法設計的難度。針對以上問題，Frank J和Jonson A開發了EUROPA規劃器,該規劃器基于偏序規劃方法，在當前包含缺陷的規劃解中插入區間(intervals)以滿足約束的一致性。EUROPA的主要缺點在于求解算法中缺少強力的啟發式引導信息，求解效率較低。P.Surynek和R.Bartak對基于圖規劃的約束可滿足任務規劃問題進行了研究。在該研究工作中，作者對圖規劃中的子目標進行了CSP編碼，在約束弧一致的基礎上對約束可滿足中的支持對(supports)進行檢查。通過對經典圖規劃理論的研究，文中針對圖規劃的特稱結構：獨立性(independence)、互斥動作(action mutex)、條件互斥(proposition mutex)、互斥傳播(mutex propagation)等分別提出了對應的CSP約束。但是該方案缺少全局的約束引導CSP算法的搜索過程，同時并未提出領域相關的啟發式思想，所以搜索效率并不高。

發明內容

針對深空探測器自主任務規劃問題,為克服現有深空探測任務中約束復雜、約束間耦合關系強等難點，本發明公開的一種基于空動作的深空探測約束可滿足任務規劃方法要解決的技術問題為：將深空探測任務中的復雜約束轉化為約束處理中的剪枝能力，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空動作的深空探測約束可滿足任務規劃方法，在建立深空探測器規劃模型與深空探測器約束模型基礎上，對深空探測器系統模型進行分層處理，并對活動單元逐層處理，降低約束處理過程中的復雜度。考慮到深空探測任務規劃問題的稀疏特性，根據最小承諾原則在每層活動單元中僅選擇一個活動單元賦值并將其它活動單元賦予空動作。當沖突發生時對賦空值的活動單元進行修正解除沖突或進行回溯。當所有層的變量都完成賦值后，獲得規劃解，實現深空探測器自主任務規劃。

本發明公開的一種基于空動作的深空探測約束可滿足任務規劃方法，包括如下步驟：

步驟1，建立深空探測器規劃模型。

自主規劃任務涉及到深空探測器系統SYS中的m個活動單元：

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