[發(fā)明專利]一種深空探測自主任務規(guī)劃約束推理的自動編碼方法

有效

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• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107491310B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)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: G06F8/41
• 分類號: G06F8/41;G06F8/35
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

本發(fā)明公開的一種深空探測自主任務規(guī)劃約束推理的自動編碼方法，屬于航天深空探測技術領域。本發(fā)明在建立深空探測器系統(tǒng)模型文件基礎上，分析模型特點，將多種謂詞類型統(tǒng)一轉化為二元謂詞，并提取謂詞中的變量構成待選變量集；將動作中的變量與待選變量集匹配篩選，建立描述該動作的表約束的表頭，考察該動作的因果關系，將表頭中不變變量合并；通過將表頭實例化，完成該動作表約束的構建；將所有動作轉化表約束，實現(xiàn)將深空探測器系統(tǒng)模型自動編碼為約束形式，用于約束推理。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有深空任務模型中動作關系復雜，手動編碼工作量大，信息輸入輸出不方便，后期難以移植維護等缺點，提高深空探測器自主任務規(guī)劃的效率，滿足實時性要求。

技術領域

本發(fā)明涉及一種深空探測自主任務規(guī)劃約束推理的自動編碼方法，屬于航天深空探測技術領域。

背景技術

在深空環(huán)境下，深空探測器根據(jù)空間環(huán)境的感知和認識及深空探測器本身的能力和狀態(tài)，利用計算機軟件技術、人工智能技術等，依據(jù)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(guī)劃”(plan)，該規(guī)劃一旦執(zhí)行，便可以將探測器的狀態(tài)成功轉移到期望的目標狀態(tài)。

目前NASA，ESA已經(jīng)將自主規(guī)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(fā)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(guī)劃技術帶來了新的挑戰(zhàn)。規(guī)劃中的約束處理技術逐漸成為規(guī)劃研究中的熱點。

約束可滿足技術(CSP)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(chǎn)生活中都具有廣泛的應用。采用約束可滿足技能解決規(guī)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(guī)劃的最優(yōu)解問題進行了研究。R.Bartak在圖規(guī)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(fā)了基于并行規(guī)劃的TCPP規(guī)劃器。該規(guī)劃器采用狀態(tài)轉移圖的結構，將規(guī)劃問題轉化為狀態(tài)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(tài)轉移圖對應的節(jié)點上提取規(guī)劃動作序列。

然而規(guī)劃中的核心約束動作邏輯關系一般需要通過手動編碼或狀態(tài)轉移圖的形式轉化為CSP中的約束狀態(tài)。手動編碼具有工作量大，人機界面不友好，后期難以移植維護等缺點，而狀態(tài)轉移圖對于復雜動作關系(例如條件動作)則會丟失信息導致規(guī)劃失敗。因此規(guī)劃中的動作邏輯關系如何轉化為約束狀態(tài)已成為深空探測自主任務規(guī)劃中的難點問題。

發(fā)明內容

針對深空探測器自主任務規(guī)劃問題，本發(fā)明公開的一種深空探測自主任務規(guī)劃約束推理的自動編碼方法，要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有深空任務模型中動作關系復雜，手動編碼工作量大，信息輸入輸出不方便，后期難以移植維護等缺點，提高深空探測器自主任務規(guī)劃的效率，滿足探測器實時性要求。

本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種深空探測自主任務規(guī)劃約束推理的自動編碼方法，在建立深空探測器系統(tǒng)模型文件基礎上，分析深空探測器系統(tǒng)模型特點，將深空探測器系統(tǒng)模型中多種謂詞類型統(tǒng)一轉化為二元謂詞，并提取謂詞中的變量構成待選變量集；針對深空探測器系統(tǒng)模型中的每個動作，將動作中的變量與待選變量集匹配篩選，建立描述該動作的表約束的表頭，考察該動作的因果關系，將表頭中的不變變量合并，降低計算機存儲空間的占用，同時降低約束處理過程中的復雜度；最后通過問題文件中規(guī)劃問題的初始狀態(tài)、目標狀態(tài)、變量值域信息將表頭實例化，完成該動作表約束的構建；通過將深空探測器系統(tǒng)模型中所有動作轉化表約束，實現(xiàn)將深空探測器系統(tǒng)模型自動編碼為約束形式，用于約束推理。