一种同构多星在线协同方法技术

本发明专利技术公开了一种同构多星在线协同方法。在所述同构多星在线协同方法中，采用集中‑分布式协同架构，协同决策功能仅配置在地球静止轨道通信卫星上，而对地观测卫星进行分布式计算，所述同构多星在线协同方法采用基于拍卖机制的任务协同分配算法，拍卖由作为拍卖商的地球静止轨道通信卫星组织进行，每个对地观测卫星根据自身的局部信息来计算与应急观测任务相对应的投标出价值，并以此进行投标，每个对地观测卫星将其出价通知拍卖商，然后地球静止轨道通信卫星决定每个应急观测任务的胜出者，如果有多个通信中继节点相互关联，则拍卖商的角色能够在这些通信中继节点之间进行转移。

An isomorphic multi Star online collaborative method

The invention discloses an isomorphic multi satellite online collaboration method. In the isomorphic multi Star online cooperative method, the centralized distributed cooperative architecture is adopted, the cooperative decision-making function is only configured on the geostationary orbit communication satellite, and the earth observation satellite is distributed computing. The isomorphic multi Star online collaboration method uses the auction mechanism based task coordination allocation algorithm, and the auction is made by the auction. For the geostationary orbit communications satellite of the auctioneer, each earth observation satellite calculates the bid value corresponding to the emergency observation task according to its own local information, and carries out bids, each of the earth observation satellites inform the auctioneer of its bid, and then the geostationary orbit communication satellite decides each The winner of the emergency observation task, if there are multiple communication relay nodes interconnected, the role of the auctioneer can be transferred between these communication relay nodes.

【技术实现步骤摘要】
一种同构多星在线协同方法
本专利技术涉及卫星
，特别是涉及一种同构多星在线协同方法，更具体地，涉及一种采用集中-分布式协同架构的同构多星在线协同方法。
技术介绍
随着星上载荷探测能力和图像处理能力的提升，对地观测卫星可在星上发现有价值的观测目标并生成进一步的观测任务请求(通常是具体有较高收益或优先等级的应急观测任务)，也可接收其他卫星通信传递过来的观测任务请求(应急观测任务请求)，而这些观测任务请求是动态随机到达的且时效性要求高，需要在线解决，在多星(尤其是同构多星)的情况下，从而需要有多星在线协同调度机制来进行协同调度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种同构多星在线协同方法来实现同构多星的在线协同，尤其是更好地应对应急观测任务。为实现上述目的，本专利技术提供一种同构多星在线协同方法，在所述方法中，对地观测卫星作为资源观测卫星，地球静止轨道通信卫星作为通信中继节点，对地观测卫星与地球静止轨道通信卫星通信，对地观测卫星之间不能直接进行卫星通信，所述同构多星在线协同方法采用集中-分布式协同架构，协同决策功能仅配置在地球静止轨道通信卫星上，而对地观测卫星进行分布式计算，所述同构多星在线协同方法采用基于拍卖机制的任务协同分配算法，拍卖由作为拍卖商的地球静止轨道通信卫星组织进行，每个对地观测卫星根据自身的局部信息来计算与应急观测任务相对应的投标出价值，并以此进行投标，每个对地观测卫星将其出价通知拍卖商，然后地球静止轨道通信卫星决定每个应急观测任务的胜出者，如果有多个通信中继节点相互关联，则拍卖商的角色能够在这些通信中继节点之间进行转移。优选地，所述地球静止轨道通信卫星采用下述的中标决策方式：1).如果有多个对地观测卫星能够在截止时间之前完成应急观测任务，则选择使系统总收益增量最大的对地观测卫星作为中标者；如果有多个卫星的投标出价值对应于最高的总收益增量，则以实际开始观测时间最早的对地观测卫星具有中标优先权；2).如果只有一个对地观测卫星可以在截止日期之前完成应急观测任务，同时系统总收益的增量为正值，则选择该卫星作为中标者；3).如果当对地观测卫星执行该应急观测任务产生的系统总收益增量均是负值，或者没有对地观测卫星可以在截止时间之前完成应急观测任务，则地球静止轨道通信卫星舍弃该应急观测任务。优选地，以下式计算应急观测任务的时间可用性wioj，计算如下：其中，olsioj为第o批次中第j个应急观测任务的最晚观测开始时间，且olsioj＝max{olfioj-poj-(2·maxθ)/sproll,oesioj}。优选地，每颗对地观测卫星具有六个信息向量，具体如下：1.)任务束，该任务束表示对地观测卫星i从第o批应急观测任务中选取并调度成功的任务集合，同时按照各任务添加到束中的时间先后进行排序。当前任务束的长度为|BUio|，且要小于一批次内的应急观测任务数量u，|BUio|≤u；当任务束为空时，用BUio＝φ和|BUio|＝0表示，2.)相应的计划序列，该计划序列中的任务与任务束相同，并用于表示对地观测卫星i执行任务束中各任务的具体次序，计划序列的长度与任务束的长度相同，|BUio|＝|PAio|≤u，3.)执行时间向量，执行时间向量表示对地观测卫星i执行计划序列中各任务的实际开始时间，同时向量长度与计划序列的长度相同，4.)胜出者列表长度为u，其中waioj表示对地观测卫星i当前所认为的针对第o批应急观测任务中第j个任务的胜出者，具体取值与胜出者编号相对应，当waioj＝φ时，对地观测卫星i认为当前对于该任务无胜出者，5.)中标出价列表长度为u，其中wbioj表示对应的胜出者所给出的出价，当取值为0时，表示该任务当前无胜出者，6.)时间戳向量长度为n1，其中tsioi′表示针对第o批次应急观测任务，对地观测卫星i进行最新信息更新的时间戳，即接收到来自对地观测卫星i′处更新信息的时刻点。优选地，所述任务协同分配算法包括两个阶段的迭代：束构建阶段和一致性构建阶段，其中前者对应于每个对地观测卫星以贪婪搜索的形式生成排序后的任务束，后者对应于识别任务分配冲突，并通过与相邻对地观测卫星之间的局部通信进行冲突消解，上述的两个阶段不断地迭代重复，直至达到收敛。优选地，对地观测卫星与地球静止轨道通信卫星之间的通信是间歇性的，所述任务协同分配算法进一步包括一个新的阶段：同步通信环路预测阶段，其中，同步通信环路是用于两个或多个对地观测卫星(卫星)的双向通信链路，以向其他对地观测卫星共享信息向量并从环路中接收来自其他对地观测卫星的反馈信息，一个同步通信环路构建于发起者和一个或多个响应者的通信时间窗口之间均存在重叠时间的基础上，其描述形式是一个多元组＜ID,I,R,ES,LF＞SCL：—ID是一个标识符；—I是通信发起者编号，即第一个对其信息进行分享；—R是接收并分享信息的通信响应者编号；—ES是通信环路的最早开始时间；—LF是通信环路的最晚结束时间，其中通信发起者I和响应者R都是对地观测卫星，并且ES和LF是由发起者和所有响应者的通信时间窗口上的重叠时间区间确定的，同步通信环路预测阶段用于预测同步通信环路的存在，且提供所述同步通信环路的多元组＜ID,I,R,ES,LF＞SCL，同步通信环路预测阶段是束构建阶段的前提。附图说明图1是同步通信环路示意图。图2是异步通信环路的两种情况示意图。图3是整个调度区间上在线协同调度求解的总体概念图。图4是中继节点与对地观测卫星之间的通信示意图。图5是合同网协议中的信息流示意图。图6示出空间和地面段之间可用的通信。图7示出针对GEO之间不互联与互联情况的m-CBBA算法结果。图8示出各算法在任务空间分布和不同滚动调度周期下的结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。本专利技术中的卫星(对地观测卫星LEO)为自主智能体(自主卫星)，具有下述特征：自主感知，自主规划调度和自主执行。自主的体现方面包括精密姿态确定、轨道确定、姿态敏感器/驱动器与载荷校准、姿态控制、轨道机动、状态监视与预测分析、故障检测、诊断、隔离和修复，预报式建模(在计划调度、状态监视分析和轨道确定保持等中，需要预报式模型的支持，如星历、太阳强度等信息)，任务计划与调度，载荷控制与配置，数据存储与通信和图像数据处理等方面。例如，能够通过感知来自主生成应急调度任务。分布式对地观测卫星系统具有独特的轨道特性和间隙性通信特性，通信约束较多，系统内的通信连通性并不能实时保证。因此，在动态任务环境中，面对有限的星上计算能力和时变的通信约束，如何设计出高效适用的多星在线协同调度机制与算法，在系统效能和通信成本代价之间取得平衡，是个非常具有挑战性的问题。分布式对地观测卫星系统是位于不同轨道上的卫星集合，其任务是对地球表面的各个热点区域进行观测成像，比如对应于火山活动或森林火灾的热点。各个对地观测卫星配备有单一的成像载荷，其相机中心视场线可以左右摆动。侧摆活动需要有持续时长限制，因此观测活动太靠近的任务请求不能由同一颗卫星实现。此外，卫星配备有异常探测设备，能够发现热点事件，并在星上生成观测任务请求。观测任务请求的在线到达主要来自三个主要来源：星座内卫星自身生成的任务，星座内其他卫星上生成并传递过来的任务以及地面站的应急上注。对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同构多星在线协同方法，其特征在于，对地观测卫星作为资源观测卫星，地球静止轨道通信卫星作为通信中继节点，对地观测卫星与地球静止轨道通信卫星通信，对地观测卫星之间不能直接进行卫星通信，所述同构多星在线协同方法采用集中‑分布式协同架构，协同决策功能仅配置在地球静止轨道通信卫星上，而对地观测卫星进行分布式计算，所述同构多星在线协同方法采用基于拍卖机制的任务协同分配算法，拍卖由作为拍卖商的地球静止轨道通信卫星组织进行，每个对地观测卫星根据自身的局部信息来计算与应急观测任务相对应的投标出价值，并以此进行投标，每个对地观测卫星将其出价通知拍卖商，然后地球静止轨道通信卫星决定每个应急观测任务的胜出者，如果有多个通信中继节点相互关联，则拍卖商的角色能够在这些通信中继节点之间进行转移。

【技术特征摘要】
1.一种同构多星在线协同方法，其特征在于，对地观测卫星作为资源观测卫星，地球静止轨道通信卫星作为通信中继节点，对地观测卫星与地球静止轨道通信卫星通信，对地观测卫星之间不能直接进行卫星通信，所述同构多星在线协同方法采用集中-分布式协同架构，协同决策功能仅配置在地球静止轨道通信卫星上，而对地观测卫星进行分布式计算，所述同构多星在线协同方法采用基于拍卖机制的任务协同分配算法，拍卖由作为拍卖商的地球静止轨道通信卫星组织进行，每个对地观测卫星根据自身的局部信息来计算与应急观测任务相对应的投标出价值，并以此进行投标，每个对地观测卫星将其出价通知拍卖商，然后地球静止轨道通信卫星决定每个应急观测任务的胜出者，如果有多个通信中继节点相互关联，则拍卖商的角色能够在这些通信中继节点之间进行转移。2.如权利要求1所述的同构多星在线协同方法，其特征在于，所述地球静止轨道通信卫星采用下述的中标决策方式：1).如果有多个对地观测卫星能够在截止时间之前完成应急观测任务，则选择使系统总收益增量最大的对地观测卫星作为中标者；如果有多个卫星的投标出价值对应于最高的总收益增量，则以实际开始观测时间最早的对地观测卫星具有中标优先权；2).如果只有一个对地观测卫星可以在截止日期之前完成应急观测任务，同时系统总收益的增量为正值，则选择该卫星作为中标者；3).如果当对地观测卫星执行该应急观测任务产生的系统总收益增量均是负值，或者没有对地观测卫星可以在截止时间之前完成应急观测任务，则地球静止轨道通信卫星舍弃该应急观测任务。3.如权利要求1所述的同构多星在线协同方法，其特征在于，以下式计算应急观测任务的时间可用性wioj，计算如下：其中，olsioj为第o批次中第j个应急观测任务的最晚观测开始时间，且olsioj＝max{olfioj-poj-(2·maxθ)/sproll,oesioj}。4.如权利要求1所述的同构多星在线协同方法，其特征在于，单项任务下的合同网协议算法的伪代码如下：5.如权利要求1所述的同构多星在线协同方法，其特征在于，批次任务下的合同网协议算法的伪代码如下，6.如权利要求1所述的同构多星在线协同方法，其特征在于，每颗对地观测卫星具有六个信息向量，具体如下：1.)任务束，该任务束表示对地观测卫星i从第o批应急观测任务中选取并调度成功的任务集合，同时按照各任务添加到束中的时间先后进行排序，当前任务束的长度为|BUio|，且要小于一批次内的应急观测任务数量u，|BUio|≤u；当任务束为空时，用BUio＝φ和|BUio|＝0表示，2.)相应的计划序列，该计划序列中的任务与任务束相同，并用于表示对地观测卫星i执行任务束中各任务的具体次序，计划序列的长度与任务束的长度相同，|BUio|＝|PAio|≤u，3.)执行时间向量，执行时间向量表示对地观测卫星i执行计划序列中各任务的实际开始时间，同时向量长度与计划序列的长度相同，4.)胜出者列表长度为u，其中waioj表示对地观测卫星i当前所认为的针对第o批应急观测任务中第j个任务的胜出者，具体取值与胜出者编号相对应，当waioj＝φ时，对地观测卫星i认为当前对于该任务无胜出者，5.)中标出价列表长度为u，其中wbioj表示对应的胜出者所给出的出价，当取值为0时，表示该任务当前无胜出者，6.)时间戳向量长度为n1，其中tsioi′表示针对第o批次应急观测任务，对地观测卫星i进行最新信息更新的时间戳，即接收到来自对地观测卫星i′处更新信息的时刻点。7.如权利要求1所述的同构多星在线协同方法，其特征在于，所述任务协同分配算法包括两个阶段的迭代：束构建阶段和一致性构建阶段，其中前者对应于每个对地观测卫星以贪婪搜索的形式生成排序后的任务束，后者对应于识别任务分配冲突，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓路，李国梁，邢立宁，姚锋，贺仁杰，张忠山，陈英武，陈宇宁，吕济民，陈盈果，陈成，王涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43