[發明專利]一種多星自主協同系統及方法

有效

• 申請號: 202010761313.4
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN112288212B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 陳占勝;崔本杰;范凱;曲耀斌;成飛;陳鋒;謝少波;顧桂華
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G06Q10/0631
• 分類號: G06Q10/0631;G06F30/20
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種多星自主協同系統及方法，包括：模塊M1：設置星地任務分工中衛星系統功能；模塊M2：設置星地任務分工中地面系統功能；模塊M3：根據衛星系統功能和地面系統功能進行多星協同機制及星間任務分工。本發明提供了一種多星自主協同系統的設計方法，該方法可解決當前數量急劇增加給衛星管控帶來的巨大壓力，使未來多星編隊或組網衛星具備靈活的地面管控能力及自主任務執行能力。本發明提出了星地一體化多星協同架構，明確了地面系統及星上系統的分工界面，通過星地一體、星間信息流優化設計、多星主從式任務協同機制、任務分級執行機制的構建，能夠有效的提升多星自主協同效能。

技術領域

本發明涉及多航天器間協同的任務規劃領域，具體地，涉及一種多星自主協同系統及方法，更為具體地，涉及一種多星自主協同系統架構設計方法。

背景技術

隨著在軌衛星數目的持續增加，衛星能力需求的持續升級，大規模的組網衛星、編隊衛星應運而生，多星協同系統通常為組網或編隊運行，多載荷分布在多顆衛星上，通過星間網絡互聯交互協同，數據傳輸及星上數據智能處理，具有信息獲取時間連續性好、頻次高、空間范圍廣的特點。

多星協同系統具有以下優勢：發展小而廉、分別攜帶不同種類載荷的小衛星，相較于“大而全”的單顆衛星，星簇的組織形式更為靈活；通過多種類型遙感器相互配合工作，實現更多功能，提高衛星系統利用效率，綜合全局信息對衛星資源進行調度，有利于衛星觀測資源的使用，拓寬了衛星的應用領域；多手段協同從不同空間維度、特征維度刻畫了目標的不同屬性，彌補傳統單星單載荷體制的信息獲取方式單一、信息片段化、無法全方位、多維度的信息獲取短板；信息獲取時間和空間得到進一步拓展，通過多顆衛星組成的星簇對目標進行協同觀測，獲取圖像的時間連續性更強，增加圖像獲取的頻度和地域范圍，便于不同衛星對同一目標或現象實施不同角度的觀察，或同時對連續區域進行觀察；多星協作可以收集更為豐富的圖像數據，支持同時相、多維度載荷信息在軌融合，支持不同任務的有效銜接，實現目標區域、持續時間上的互補，獲得更好的觀測性能，可以提高目標的空間、時間以及光譜分辨率。

多星協同系統需要完成的任務種類日趨多元化，相較傳統依賴地面管控的組網衛星和單一大衛星平臺具有其自身特點和應用挑戰：首先，多星協同系統功能逐漸趨于復雜化，空間任務耦合程度更高，任務協同和分配要求更高，星上需具備自主任務規劃能力；其次，多星多任務系統自主任務規劃星需處理大量衛星交互數據，由于缺少地面全流程支持，使得衛星或任務潛在沖突不容易暴露；再次，自主任務規劃作為完成空間任務和挖掘多星協同系統潛能的核心，需具備較高的可靠性和安全性；最后，多星協同任務的來源渠道除了原有的地面指控，還有來自其他衛星系統的引導信息生成的任務，以及來自星內基于觀測結果、衛星內部和外部狀態等動態態勢自主生成的任務。

傳統以地面為主單一的任務規劃架構已經無法適應當前多星協同的任務需求，對比已公開方法：陳浩等，可擴展性衛星任務規劃系統的設計與實現(計算機科學，2009.36(11))，該方法針對地面任務規劃，無法用于星上多星自主協同系統。對比已公開方法：刑立寧等，一種智能遙感衛星層次化分布式自主協同任務規劃系統(發明專利，CN201711433054.7)，給出了多星任務協調器和下轄的多顆智能衛星的任務處理過程，僅包含在軌多星間的一種主從式架構，而本專利面向星地一體化多星協同架構，包含面向多星自主協同的明確的星地任務分工，并具備自主協同系統的星地聯合升級。

目前，尚未見面向智能衛星的星地一體化多星自主協同架構相關的設計方法。本專利與現有技術具有顯著的技術特征、差異性、創新性和新穎性。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種多星自主協同系統及方法。

根據本發明提供的一種多星自主協同系統，包括：

模塊M1：設置星地任務分工中衛星系統功能；

模塊M2：設置星地任務分工中地面系統功能；

模塊M3：根據衛星系統功能和地面系統功能進行多星協同機制及星間任務分工。