一种基于动作优化的成像卫星自主指令生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动作优化的成像卫星自主指令生成方法，多个元任务转换为星上操控级指令的方法，该方法首先根据元任务配备的动作信息及元任务间的时序关系，采用贪心算法最大化优化相邻元任务间的同类开关机动作，有效降低软件执行复杂度，有效规划出卫星的动作序列，并根据作序列及当前卫星各个设备的工作状态(例如固存使用备份存储、数传伺服采用主份等)实例化出相应的操控级指令，从而有效提升卫星的易操控性和上注效率，为敏捷卫星单个轨道圈完成多个任务提供了技术保障。另外该方法将元任务对应的动作信息以及元任务间的时序关系进行了抽象定义，支持用户自定义，具有很强通用性和灵活性，适合于各类遥感卫星。

A method for generating autonomous command of imaging satellite based on motion optimization

The invention discloses a method of generating motion imaging satellite autonomous Instruction Optimization Based on the method of converting multiple element control level instruction for the star on the first, according to the timing information and action element task task equipped with the use of greedy algorithm to maximize the optimization task between adjacent element similar switch action, effectively reduce the complexity of software implementation, effective planning and action sequences of the satellite, and according to the sequence of the satellite and all the working status of the equipment (such as sequestration using backup storage, digital servo master etc.) instantiate the corresponding control instruction, so as to effectively enhance the satellite easy handling and injection the efficiency for agile satellite single orbit multi task and provide technical support. In addition, this method defines the action information of meta task and the temporal relationship between meta tasks, which is supported by user, and has strong versatility and flexibility.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于遥感卫星自主运行
，具体涉及一种基于动作优化的成像卫星自主指令生成方法。
技术介绍
新型敏捷遥感卫星姿态机动能力增强，一轨成像能力相比传统遥感卫星数倍增强(如图1所)，如果仍按照传统卫星“地面完成元任务到指令生成上注卫星执行”的方式对卫星进行操控的话，一方面需要地面操作人员了解不同卫星的操作细节及载荷使用方法，在实际应用过程中，还经常需要与卫星研制方对指令及参数进行校对确认，过程繁琐。同时，操控的复杂性对卫星的可靠性和安全性构成隐患。随着我国在轨卫星数量的增加，这一弊端尤为突出。另一方面，这种指令控制模式产生的指令数据量较大，由于我国测控网能力限制，多数卫星测控弧段资源有限(10分钟左右)，这种模式将无法满足敏捷卫星的任务需求。图2为一次元任务展开成指令的示意图，从图中可以看出指令生成过程非常复杂，涉及载荷、控制、数传、天线等多个分系统，生成的指令要求符合时序要求，并且星上为了增强可靠性，很多设备都存在交叉备份，指令生成过程中需要考虑设备主备份使用情况。另外在敏捷成像模式下，任务与任务之间较近时，还需要考虑同类开关机动作优化合并问题，否则无法满足相邻任务执行的时间要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于动作优化的成像卫星自主指令生成方法，本方法将上注卫星的指令精简为元任务级信息，星上能够根据元任务配备的动作信息及元任务间的时序关系，优化相邻的同类开关机动作，从而规划出整套的卫星动作序列，再根据动作序列产生相应的操控级指令，从而较大提升卫星的易操控性和上注效率。一种基于动作优化的成像卫星自主指令生成方法，包括：步骤1、根据成像卫星的任务定义，确定该成像卫星能实现的元任务，以及元任务所涉及的所有动作，并完成动作定义列表和设备状态表的初始设置，具体为：S11、初始设置动作定义表针对描述动作的4个参数，获得每个参数的初始值，其中的三个参数：动作编号AtId，动作类型AtType，动作对应的指令序列的起始地址AtTcs为初始默认值，另一个参数动作优化策略AtRmv根据如下优化策略得到：当动作为非开机或关机的其它动作时，该动作不被优化，AtRmv＝0；当动作为开机动作或关机动作，且该动作不属于成像元任务与回放元任务的动作集合的交集，则该动作属于同类元任务之间的同类优化，AtRmv＝1；当动作为开机动作或关机动作，且该动作属于成像元任务与回放元任务的动作集合的交集，则该动作属于同类或不同类元任务之间的完全优化，AtRmv＝2；S12、初始化指令序列：找到各个动作对应的指令序列，并对描述指令的参数进行初始参数配置；S13、根据当前卫星各个设备的使用状态和不同状态下对应的指令信息，对设备状态表进行初始化；该表中包含以下字段：设备编号，设备状态，该设备所能影响的指令，并确定被影响指令的：指令编号，影响的码字起始位置，影响的码字长度，影响的码字掩码，影响的码值；步骤2、卫星接收地面注入的元任务，并生成下一圈初始的自主指令，具体为：S21、根据轨道圈号在元任务存储区挑选下一圈的所有元任务，并形成按照任务开始时间排序的元任务序列；S22、单圈元任务约束检查，具体为：①成像元任务累计成像时长小于设定的阈值；②回放元任务累计成像时长小于设定的阈值；③对于同类的元任务，下一个元任务的起始时间与当前元任务的结束时间的时间间隔大于设定阈值；；如果当前元任务同时满足本步骤的上述三个检查条件，执行下一步；如果不能同时满足，则删除一个优先级最低的元任务，继续进行以上三条检查条件的判断，直到同时满足，执行下一步；S23、遍历元任务序列，对各个元任务的所有动作先进行开机动作优化，再进行关机动作优化，优化完成后，得到最终的动作序列，具体为：针对当前元任务i中的开机动作，若满足：①在当前元任务i之前存在同类的元任务k，并且，当前元任务i的起始时间与元任务k的结束时间的时间间隔小于设定阈值，则优化该开机动作；如果不满足条件①，再继续判断是否满足条件：②在当前元任务之前存在不同类的元任务k，并且，当前元任务i的起始时间与元任务k的结束时间的时间间隔小于设定阈值，同时，该开机动作的优化策略AtRmv显示为完全优化，则优化该开机动作；针对当前元任务i中的关机动作，若满足：①在当前元任务i之后存在同类的元任务k，并且，当前元任务i的起始时间与元任务k的结束时间的时间间隔小于设定阈值，则优化该关机动作；如果不满足条件①，再继续判断是否满足条件：②在当前元任务i之后存在不同类的元任务k，并且，当前元任务i的起始时间与元任务k的结束时间的时间间隔小于设定阈值，同时，该关机动作的优化策略AtRmv显示为完全优化，则优化该关机动作；S24、将S23获得的最终的动作序列中每一个动作展开为指令，展开方法如下：获取当前动作的动作编号，根据动作编号获取指令序列，遍历该指令序列中的所有指令信息，获得当前指令的指令码、指令发出时间以及指令发送地址，并将获得的指令插入到待执行的指令列表中；其中，根据设备状态表对该指令的影响，获得实际的指令码值，具体为：获得影响当前指令的设备，找到该设备对应的设备状态表，根据设备状态表中影响的码字起始位置，影响的码字长度Len，影响的码字掩码Mask得到实际影响的原始指令码的具体区域，然后使用“影响的码值TcVal”替换原始指令码相应区域的码值，从而得到实际的指令码值。进一步的，如果卫星在执行任务过程中接收到地面注入的元任务，则根据元任务所属轨道圈号，执行不同的策略，如果元任务属于当前轨道之后需要执行的任务，则根据元任务类型将元任务存储到相应的存储区；如果元任务属于当前轨道任务，则返回步骤2，执行重新生成指令过程；如果元任务属于当前轨道之前需要执行的任务，则拒绝接收元任务。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术要解决的技术问题是提供一种在星载实时环境下将地面注入的多个元任务转换为星上操控级指令的方法，该方法首先根据元任务配备的动作信息及元任务间的时序关系，采用贪心算法最大化优化相邻元任务间的同类开关机动作，有效降低软件执行复杂度，有效规划出卫星的动作序列，并根据作序列及当前卫星各个设备的工作状态(例如固存使用备份存储、数传伺服采用主份等)实例化出相应的操控级指令，从而有效提升卫星的易操控性和上注效率，为敏捷卫星单个轨道圈完成多个任务提供了技术保障。另外该方法将元任务对应的动作信息以及元任务间的时序关系进行了抽象定义，支持用户自定义，具有很强通用性和灵活性，适合于各类遥感卫星。附图说明图1为现有技术中单轨成像任务数增加的示意图；图2为现有技术中指令生成示意图；图3为本专利技术中指令生成的实施流程图；图4为本专利技术中元任务数组结构示意图；图5为本专利技术中动作定义流程图；图6为本专利技术中指令定义流程图；图7为本专利技术中接收元任务的流程图；图8为本专利技术中合并元任务流程图；图9为本专利技术中生成动作序列的流程图；图10为本专利技术中开机优化策略流程图；图11为本专利技术中关机优化策略流程图；图12为本专利技术中生成指令的流程图；图13为本专利技术中指令重新生成的流程图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。一、名词定义：成像元任务：指卫星一次可以推扫完成的地面目标条带，是卫星可以执行的最小成像任务。回放元任务：指卫星一次可以完成的载荷数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动作优化的成像卫星自主指令生成方法，其特征在于，包括：步骤1、根据成像卫星的任务定义，确定该成像卫星能实现的元任务，以及元任务所涉及的所有动作，并完成动作定义列表和设备状态表的初始设置，具体为：S11、初始设置动作定义表针对描述动作的4个参数，获得每个参数的初始值，其中的三个参数：动作编号AtId，动作类型AtType，动作对应的指令序列的起始地址AtTcs为初始默认值，另一个参数动作优化策略AtRmv根据如下优化策略得到：当动作为非开机或关机的其它动作时，该动作不被优化，AtRmv＝0；当动作为开机动作或关机动作，且该动作不属于成像元任务与回放元任务的动作集合的交集，则该动作属于同类元任务之间的同类优化，AtRmv＝1；当动作为开机动作或关机动作，且该动作属于成像元任务与回放元任务的动作集合的交集，则该动作属于同类或不同类元任务之间的完全优化，AtRmv＝2；S12、初始化指令序列：找到各个动作对应的指令序列，并对描述指令的参数进行初始参数配置；S13、根据当前卫星各个设备的使用状态和不同状态下对应的指令信息，对设备状态表进行初始化；该表中包含以下字段：设备编号，设备状态，该设备所能影响的指令，并确定被影响指令的：指令编号，影响的码字起始位置，影响的码字长度，影响的码字掩码，影响的码值；步骤2、卫星接收地面注入的元任务，并生成下一圈初始的自主指令，具体为：S21、根据轨道圈号在元任务存储区挑选下一圈的所有元任务，并形成按照任务开始时间排序的元任务序列；S22、单圈元任务约束检查，具体为：①成像元任务累计成像时长小于设定的阈值；②回放元任务累计成像时长小于设定的阈值；③对于同类的元任务，下一个元任务的起始时间与当前元任务的结束时间的时间间隔大于设定阈值；；如果当前元任务同时满足本步骤的上述三个检查条件，执行下一步；如果不能同时满足，则删除一个优先级最低的元任务，继续进行以上三条检查条件的判断，直到同时满足，执行下一步；S23、遍历元任务序列，对各个元任务的所有动作先进行开机动作优化，再进行关机动作优化，优化完成后，得到最终的动作序列，具体为：针对当前元任务i中的开机动作，若满足：①在当前元任务i之前存在同类的元任务k，并且，当前元任务i的起始时间与元任务k的结束时间的时间间隔小于设定阈值，则优化该开机动作；如果不满足条件①，再继续判断是否满足条件：②在当前元任务之前存在不同类的元任务k，并且，当前元任务i的起始时间与元任务k的结束时间的时间间隔小于设定阈值，同时，该开机动作的优化策略AtRmv显示为完全优化，则优化该开机动作；针对当前元任务i中的关机动作，若满足：①在当前元任务i之后存在同类的元任务k，并且，当前元任务i的起始时间与元任务k的结束时间的时间间隔小于设定阈值，则优化该关机动作；如果不满足条件①，再继续判断是否满足条件：②在当前元任务i之后存在不同类的元任务k，并且，当前元任务i的起始时间与元任务k的结束时间的时间间隔小于设定阈值，同时，该关机动作的优化策略AtRmv显示为完全优化，则优化该关机动作；S24、将S23获得的最终的动作序列中每一个动作展开为指令，展开方法如下：获取当前动作的动作编号，根据动作编号获取指令序列，遍历该指令序列中的所有指令信息，获得当前指令的指令码、指令发出时间以及指令发送地址，并将获得的指令插入到待执行的指令列表中；其中，根据设备状态表对该指令的影响，获得实际的指令码值，具体为：获得影响当前指令的设备，找到该设备对应的设备状态表，根据设备状态表中影响的码字起始位置，影响的码字长度Len，影响的码字掩码Mask得到实际影响的原始指令码的具体区域，然后使用“影响的码值TcVal”替换原始指令码相应区域的码值，从而得到实际的指令码值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于动作优化的成像卫星自主指令生成方法，其特征在于，包括：步骤1、根据成像卫星的任务定义，确定该成像卫星能实现的元任务，以及元任务所涉及的所有动作，并完成动作定义列表和设备状态表的初始设置，具体为：S11、初始设置动作定义表针对描述动作的4个参数，获得每个参数的初始值，其中的三个参数：动作编号AtId，动作类型AtType，动作对应的指令序列的起始地址AtTcs为初始默认值，另一个参数动作优化策略AtRmv根据如下优化策略得到：当动作为非开机或关机的其它动作时，该动作不被优化，AtRmv＝0；当动作为开机动作或关机动作，且该动作不属于成像元任务与回放元任务的动作集合的交集，则该动作属于同类元任务之间的同类优化，AtRmv＝1；当动作为开机动作或关机动作，且该动作属于成像元任务与回放元任务的动作集合的交集，则该动作属于同类或不同类元任务之间的完全优化，AtRmv＝2；S12、初始化指令序列：找到各个动作对应的指令序列，并对描述指令的参数进行初始参数配置；S13、根据当前卫星各个设备的使用状态和不同状态下对应的指令信息，对设备状态表进行初始化；该表中包含以下字段：设备编号，设备状态，该设备所能影响的指令，并确定被影响指令的：指令编号，影响的码字起始位置，影响的码字长度，影响的码字掩码，影响的码值；步骤2、卫星接收地面注入的元任务，并生成下一圈初始的自主指令，具体为：S21、根据轨道圈号在元任务存储区挑选下一圈的所有元任务，并形成按照任务开始时间排序的元任务序列；S22、单圈元任务约束检查，具体为：①成像元任务累计成像时长小于设定的阈值；②回放元任务累计成像时长小于设定的阈值；③对于同类的元任务，下一个元任务的起始时间与当前元任务的结束时间的时间间隔大于设定阈值；；如果当前元任务同时满足本步骤的上述三个检查条件，执行下一步；如果不能同时满足，则删除一个优先级最低的元任务，继续进行以上三条检查条件的判断，直到同时满足，执行下一步；S23、遍历元任务序列，对各个元任务的所有动作先进行开机动作优化，再进行关机动作优化，优化完成后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱剑冰，汪路元，郭坚，田贺祥，郭廷源，王跃，程博文，张亚航，于俊慧，于龙江，张强，赵魏，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11