[發明專利]一種基于多頭注意力指針網絡的成像衛星任務規劃方法

在審

• 申請號: 202110182573.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN113033072A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 趙凡宇;馬一凡;金仲和;王春暉;王鑫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種基于多頭注意力指針網絡的成像衛星任務規劃方法，其特征在于，該方法首先綜合考慮時間窗口約束、資源約束對成像衛星任務規劃問題進行建模，然后基于多頭注意力指針網絡建立序列決策算法模型，最后基于Actor Critic強化學習算法對算法模型進行訓練；具體包括如下：

(1)綜合考慮時間窗口約束、存儲量約束和電量約束對成像衛星任務規劃問題進行建模；

(2)建立序列到序列的算法模型結構，分為編碼器和解碼器部分；

(3)在解碼器的每個解碼時間步驟，依次更新動態元素和Mask向量來考慮成像衛星任務規劃問題所要滿足的約束；

(4)基于Actor Critic強化學習算法對算法模型進行訓練。

2.根據權利要求1所述的基于多頭注意力指針網絡的成像衛星任務規劃方法，其特征在于，在步驟(1)中進行成像衛星任務規劃時，需綜合考慮以下約束：

(1-1)時間窗口約束：由于成像衛星機動能力有限，要同時考慮任務執行時間和任務轉移時間的約束，下一個任務執行的開始時間必須大于當前任務執行結束時間和衛星側擺機動時間之和；

(1-2)存儲量約束：在執行每個觀測任務時，需要消耗衛星的存儲空間，考慮無數據下傳狀態下的任務規劃，則完成所有規劃出的觀測任務所需消耗的存儲空間不能超過衛星所提供的存儲總容量；

(1-3)電量約束：衛星在執行觀測任務及在任務間進行姿態機動轉移時，需要消耗衛星的電量，僅考慮無在軌充電的過程，完成所有規劃的觀測任務所需消耗的電量不能超過衛星所提供的總電量。

3.根據權利要求1所述的基于多頭注意力指針網絡的成像衛星任務規劃方法，其特征在于，在步驟(2)中，將輸入任務集合X＝{x₁,x₂,...,x_M}中的每個任務x_i分為兩部分，分別是靜態元素集合s_i和動態元素集合基于序列到序列的結構，建立一種MHA-PN的算法模型，分為編碼器和解碼器部分：

(2-1)編碼器部分：使用一維卷積層作為嵌入層EL并作為算法模型的編碼器，將輸入序列中每個任務的靜態元素和動態元素分別映射為高維向量，即對每個任務采用EL將其映射為向量

(2-2)解碼器部分：使用GRU作為算法模型的解碼器，y^t為在解碼時間步驟t時所選擇要執行的任務序號，將其對應的靜態元素經EL映射后得到的向量作為解碼器的輸入，解碼器在解碼時間步驟t時得到的隱含層狀態為h^t。

4.根據權利要求3所述的基于多頭注意力指針網絡的成像衛星任務規劃方法，其特征在于，在步驟(3)中，在每個解碼時間步驟t時，根據編碼器的輸出向量解碼器的輸出隱含層狀態h^t和Mask向量計算得到指向輸入序列各個節點的Softmax概率分布，選擇概率最大的節點作為下一解碼時間步驟t+1時的輸出任務序號y^t+1，依次對輸入序列中的動態元素和Mask向量進行更新。