[發明專利]一種星上自主任務規劃方法

有效

• 申請號: 201910168025.5
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109919484B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 胡笑旋;王云輝;夏維;靳鵬;孫海權;王執龍;馬華偉;羅賀;王國強
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;劉兵

1.一種星上自主任務規劃方法，其特征在于，所述星上自主任務規劃方法包括：

獲取任務事件，以形成任務事件集合，所述任務事件包括地面站上注的任務事件和衛星的控制系統自主生成的任務事件，所述任務事件具有任務信息及執行所述任務事件的時間范圍；

將所述任務事件集合中的所述任務事件按照所述時間范圍的起始時間排序；

按照所述任務事件的排列順序，從所述任務事件集合中提取第一預設數量的任務事件；

判斷提取的任務事件的所述時間范圍是否在預設時間段內；

在判斷所述提取的任務事件的時間范圍在預設時間段內的情況下，將所述任務事件加入待規劃事件集合；

獲取行動列隊；

從所述行動隊列中提取具體執行時間在所述預設時間段內的任務事件，并添加入所述待規劃事件集合；

對所述待規劃事件集合中的所述任務事件進行任務規劃，以獲得所述任務事件的具體執行時間，從而生成所述待規劃事件集合的已規劃任務序列，所述具體執行時間包括執行所述任務事件的開始時間和結束時間；

判斷所述已規劃任務序列是否能夠通過約束檢驗，所述約束檢驗包括存儲約束檢驗、能量約束檢驗、傳感器類型約束檢驗和時間約束檢驗；

在判斷所述已規劃任務序列能夠通過所述約束檢驗的情況下，將所述已規劃任務序列添加至行動列隊；

所述星上自主任務規劃方法還包括：

在判斷所述已規劃任務序列未通過所述約束檢驗的情況下，對所述已規劃任務序列進行沖突消解；

在所述已規劃任務序列的沖突被消解后，將完成沖突消解的所述已規劃任務序列添加至行動列隊；

所述任務事件還具有任務權重，所述已規劃任務序列未通過所述約束檢驗的情況包括所述已規劃任務序列中的任務事件未通過所述時間約束檢驗的情況，所述對所述已規劃任務序列進行沖突消解具體包括：

根據所述任務信息判斷發生沖突的任務事件是否能夠合并；

在判斷發生沖突的任務事件能夠合并的情況下，將所述發生沖突的任務事件合并；

在判斷發生沖突的任務事件無法合并的情況下，判斷對于發生沖突的任一任務事件是否存在其他時間窗與所述已規劃任務序列中的其他所有任務事件均不發生時間沖突；

在對于發生沖突的其中一個任務事件存在其他時間窗與所述已規劃任務序列中的其他所有任務事件均不發生時間沖突的情況下，將所述其中一個任務事件的所述具體執行時間設置在所述其他時間窗中；

在對于發生沖突的任一任務事件均不存在其他時間窗與所述已規劃任務序列中的其他所有任務事件均不發生時間沖突的情況下，判斷是否能夠通過將發生沖突的、開始時間靠后的任務事件的具體執行時間在當前時間窗內后移來消解沖突；

在判斷能夠通過將發生沖突的、開始時間靠后的任務事件的具體執行時間在當前時間窗內后移來消解沖突的情況下，將所述任務事件的具體執行時間在當前時間窗內后移；

在判斷無法通過將發生沖突的、開始時間靠后的任務事件的具體執行時間在當前時間窗內后移來消解沖突的情況下，將發生沖突的任務事件中所述任務權重較小的任務事件退回所述任務事件集合；

所述任務事件還具有能量消耗值和存儲消耗值，所述已規劃任務序列未通過所述約束檢驗的情況包括所述已規劃任務序列未通過所述能量約束檢驗和存儲約束檢驗的情況，所述對所述已規劃任務序列進行沖突消解具體包括：

計算所述已規劃任務序列的能量消耗總值和存儲消耗總值；

根據衛星的能量消耗上限和存儲消耗上限計算所述已規劃任務序列的能量消耗過盈值和存儲消耗過盈值；

根據所述能量消耗過盈值和所述已規劃任務序列中的各個任務事件的能量消耗值，按照所述任務權重從小到大的順序，選擇至少一個任務事件退回所述任務事件集合，以使得所述已規劃任務序列的能量消耗總值小于衛星的能量消耗上限；

根據所述存儲消耗過盈值和所述已規劃任務序列中的各個任務事件的存儲消耗值，按照所述任務權重從小到大的順序，選擇至少一個任務事件退回所述任務事件集合，以使得所述已規劃任務序列的存儲消耗總值小于衛星的存儲消耗上限；

對所述待規劃事件集合中的所述任務事件進行任務規劃，以獲得所述任務事件的具體執行時間，從而生成所述待規劃事件集合的已規劃任務序列，具體包括：

獲取所述待規劃事件集合中所有任務事件的所有時間窗，以形成與所述待規劃事件集合對應的時間窗集合；

將獲取的時間窗按照時間窗的起始時間排序，以獲得時間窗序列；

按照所述時間窗的排列順序，從所述時間窗序列中選取第二預設數量的時間窗，以形成局部規劃組；

在所述局部規劃組中按照至少選擇一個時間窗的原則，獲得多個時間窗組合，以生成時間窗組合集；

從所述時間窗組合集中過濾掉部分時間窗組合，并生成多個局部待規劃方案，一個未被刪除的時間窗組合以及對應的任務事件一起組成一個局部待規劃方案；

分別計算所述多個局部待選規劃方案的方案收益；

選擇所述方案收益最大的局部待規劃方案作為局部規劃方案；

將所述局部規劃方案加入全局規劃方案；

判斷所述全局規劃方案中是否包含了所述待規劃事件集合中的所有的任務事件；

在判斷所述全局規劃方案中未包含所述待規劃事件集合中的所有的任務事件的情況下，判斷所述時間窗序列中的時間窗是否已被全部選取；

在判斷所述時間窗序列中的時間窗已被全部選取情況下，將所述待規劃集合中的未被規劃的任務事件退回到所述任務事件集合；

在判斷所述時間窗序列中的時間窗未被全部選取的情況下，再次選取第二預設數量的時間窗，以再次形成局部規劃組，再次獲得局部規劃方案，并再次添加到全局規劃方案；

判斷所述全局規劃方案中包含了所述待規劃事件集合中的所有的任務事件的情況下，將全局規劃方案添加至已規劃任務序列；

從所述時間窗組合集中過濾掉部分時間窗組合具體包括：

若時間窗組合中包括同一任務事件的兩個以上的時間窗，則將所述時間窗組合從所述時間窗組合集中刪除；

若時間窗組合中包括發生時間沖突的兩個以上的時間窗，則將所述時間窗組合從所述時間窗組合集中刪除；

若時間窗組合中包括所述全局規劃方案的任務事件的時間窗，則將所述時間窗組合從所述時間窗組合集中刪除；

采用公式(1)計算所述方案收益：

其中，b為局部待選規劃方案的方案收益，其中N為多個局部待規劃方案中包含的時間窗的數量，w_i為局部待選規劃方案中為第i個時間窗中所對應的任務事件的任務權重，T_i為局部待選規劃方案中第i個時間窗的起始時間，T_start為時間窗序列中第一個時間窗的起始時間，T_end為時間窗序列中最后一個時間窗的起始時間。