一种协同执行复杂任务的多卫星资源规划方法技术

本发明专利技术公开了一种协同执行复杂任务的多卫星资源规划方法，该方法包括如下步骤：步骤一：根据用户输入的环境约束条件和重构任务类型，选择合适的载荷类型；步骤二：在符合载荷类型的所有载荷中根据重构任务的指标要求选择满足条件的载荷，结合载荷与卫星的对应关系，选择可能参与重构的备选卫星集合；步骤三：根据各备选卫星节点集合中各卫星的轨道及载荷能力，计算卫星对重构目标的覆盖时间及覆盖范围，从中选择能够对目标实施覆盖的卫星集合，并形成对应的元任务集合；步骤四：在所述元任务集合中选择合适的元任务组合，完成卫星系统任务的重新规划。本发明专利技术能够合理安排卫星的覆盖区域及覆盖时间，使卫星系统资源的利用最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种协同执行复杂任务的多卫星资源规划方法
本专利技术涉及多卫星协同执行复杂任务技术，尤其涉及一种针对复杂任务的多卫星资源规划方法。
技术介绍
根据现有的不同的卫星系统的功能性，可将复杂的卫星系统任务/使命分解为：成像任务、电子探测任务、卫星预警任务、测绘保障任务、气象保障任务、通信保障任务和导航定位任务这七类。卫星系统的任务分解是指按照一定的分解规则，将子任务分解为一系列离散的、相互关联的元任务，分解后的元任务直接和具体的卫星活动相对应，可直接支持任务规划。由于卫星侦察和通信任务属性包含很多方面，且各卫星任务之间关系复杂，分解后得到的元任务之间约束比较多，因此任务分解是一个非常复杂的过程。同时，一般情况下，在对某个元任务进行资源初选时可能有多个卫星资源与之匹配，最后需要经过规划处理最终确定元任务的匹配资源。因此，元任务和卫星资源的匹配也是个非常复杂的过程。
技术实现思路
基于上述原因，本专利技术提出了一种协同执行复杂任务的多卫星资源规划方法，所述方法通过对复杂任务进行分解形成与元任务匹配的备选卫星集合，并通过任务重规划充分利用不同卫星经过机会，对卫星集合进行优化，从而以最少的卫星资源来满足需重构的卫星任务需求。为实现上述目的，本专利技术提出的技术方案为：一种协同执行复杂任务的多卫星资源规划方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：匹配载荷类型，根据用户输入的环境约束条件和重构任务类型，选择合适的载荷类型；步骤二：匹配具体载荷，在符合载荷类型的所有载荷中根据重构任务的指标要求选择满足条件的载荷，结合载荷与卫星的对应关系，选择可能参与重构的备选卫星集合；步骤三：匹配具体卫星，根据各备选卫星节点集合中各卫星的轨道及载荷能力，计算卫星对重构目标的覆盖时间及覆盖范围，从中选择能够对目标实施覆盖的卫星集合，并形成对应的元任务集合；步骤四：在所述元任务集合中选择合适的元任务组合，完成卫星系统任务的重新规划。进一步地，所述重构任务类型包括电子探测任务、通信保障任务以及成像任务。进一步地，当重构任务类型为成像任务时，根据图像类型、环境约束条件从载荷数据库中选择载荷类型。进一步地，所述步骤二中，若为电子探测类载荷，则判断载荷的频率范围、定位精度和覆盖范围是否满足重构任务需求；若为成像类载荷，则判断载荷的图像分辨率、定位精度是否满足重构任务需求；若为通信类载荷，则判断载荷的信号接收灵敏度、带宽、覆盖范围是否满足重构任务需求。进一步地，所述步骤四包括如下步骤：从前述元任务集合中抽取对应的卫星集合S′和各卫星Si实施覆盖的时间窗口集合TWi；获取重构任务的类型集合，针对集合中的各类型分别进行任务规划。进一步地，当重构任务为普通监视任务时，通过判断各卫星Si的时间窗口是否规划了其他任务，得到所有可用的时间窗口集合T，该时间窗口集合T中各时间窗口按开始时间升序排列，并通过判断相邻时间窗口的开始时间之间的差是否大于任务需求的最大重访周期，确定任务规划后的可用窗口集合。进一步地，当重构任务为区域监视任务时，将由于对区域的监视受到影响的普通任务集合J返回所述元任务集合，其中该集合J由卫星Si的时间窗口附近已规划了的其它任务Jx组成。进一步地，当重构任务为跟踪任务时，针对卫星集合S′的各备选卫星，找到可以与其完成接力侦察任务的下一跳卫星，直到覆盖整个飞行器飞行过程，得到接力侦察的卫星集合H，并从该卫星集合H中找到接力的卫星数最少的集合Y。本专利技术通过对复杂任务进行分解、重规划，能够合理安排卫星的覆盖区域及覆盖时间，以最少的卫星资源来满足需重构的卫星任务需求，使卫星系统资源的利用最大化。附图说明图1为根据本专利技术的多卫星资源规划方法工作流程图；图2为根据本专利技术的多卫星资源规划方法中载荷类型匹配过程流程图；图3为根据本专利技术的多卫星资源规划方法中载荷选择过程流程图；图4为根据本专利技术的多卫星资源规划方法中卫星匹配过程流程图；图5为本专利技术任务重规划中的普通监视任务工作流程图；图6为本专利技术任务重规划中的区域监视任务工作流程图；图7为本专利技术任务重规划中的跟踪任务工作流程图；具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。在卫星系统中，涉及到的子目标任务主要包括电子探测任务、成像任务、通信保障任务。这三类任务都可以抽象为形如任务标识、任务目标、执行约束、任务要求的形式，各元素又由若干子元素进行说明。下表为复杂任务需求说明示例。表1复杂任务需求说明(a)任务标识：任务标识是某一任务区别于其他任务的标识性说明，其子元素包括任务名称、任务ID。任务名称是对任务的概括说明，但不能唯一确定一个任务需求；任务ID是任务需求的编号，能够唯一确定一个任务需求；(b)任务描绘：任务描绘是用户本身对需求属性的刻画，包括任务优先级、任务要求、任务最早执行时间、任务最迟结束时间、任务执行频率和文本描述。任务优先级是任务需求相对重要程度的标识，是资源优化重要指标；任务要求是任务执行结果的属性集合，是对任务执行结果的要求，其子元素根据任务产品的不同而不同。例如图像分辨率、定位精度、图像类型、覆盖范围等是对成像子目标任务的要求。频率覆盖范围、目标定位精度、覆盖范围等是对电子探测子目标任务的要求。信息传输时延、误码率等是对通信保障子目标任务的要求。文本描述作为任务的补充说明，增强了模型的可读性。(c)应用环境，指用户对卫星应用范畴的理解，包括背景、环境约束、目标名称、目标运动特征和目标位置。背景指的是民用还是军事需求，民用需求例如地形地貌分析。环境约束则根据任务执行资源的不同而不同，例如对于成像子目标任务而言，主要受太阳光照(太阳角)、大气云层等环境约束。对于不同类型的子目标任务，虽然其需求内容有不同之处，但都存在一些共同的要素，因此本专利技术将这些共同的需要要素提取出来。子目标任务需求内容框架包括任务标识、任务目标、执行约束、任务要求四项，不同的子目标任务可以根据具体的应用实际对这四项分别进行扩展，增加不同的需求内容项，从而形成具体的子目标任务需求内容定义。本专利技术涉及的三类子目标任务的需求描述如下表所示。表2子目标任务需求说明基于上述内容，本专利技术提出的协同执行复杂任务的多卫星资源规划方法具体包括如下步骤：步骤一：匹配载荷类型，根据用户输入的环境约束条件和重构任务类型，选择合适的载荷类型。本专利技术根据用户输入的任务标识、任务描绘和应用环境信息，自动选择完成任务所需要的载荷类型，例如电子探测、红外、SAR等。如图2所示，载荷类型匹配具体包括如下步骤：Step1：初始化环境约束，判定需重构的子任务类型；所述环境约束例如可以包括光照条件、云量等。Step2：当子任务类型要求为“电子探测任务”时，从卫星系统载荷数据库中选择所有电子探测天线，进入Step7；当为“通信保障任务”时，从载荷数据库中选择信息传输天线，进入Step7；当为“成像任务”时，进入Step3；Step3：判断是否有图像类型要求，若有具体的图像类型要求，则进入Step4；否则，进入Step5；Step4：判断需要的图像类型，若为SAR图像，则从载荷数据库中选择SAR载荷；若为红外图形，则选择红外载荷；若为可见光图像，则选择可见光类的载荷；进入Step7；Step5：判断需要重构的成像侦察目标上空是否有云，若有，则从载荷数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协同执行复杂任务的多卫星资源规划方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：匹配载荷类型，根据用户输入的环境约束条件和重构任务类型，选择合适的载荷类型；步骤二：匹配具体载荷，在符合载荷类型的所有载荷中根据重构任务的指标要求选择满足条件的载荷，结合载荷与卫星的对应关系，选择可能参与重构的备选卫星集合；步骤三：匹配具体卫星，根据各备选卫星节点集合中各卫星的轨道及载荷能力，计算卫星对重构目标的覆盖时间及覆盖范围，从中选择能够对目标实施覆盖的卫星集合，并形成对应的元任务集合；步骤四：在所述元任务集合中选择合适的元任务组合，完成卫星系统任务的重新规划。

【技术特征摘要】
1.一种协同执行复杂任务的多卫星资源规划方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：匹配载荷类型，根据用户输入的环境约束条件和重构任务类型，选择合适的载荷类型；步骤二：匹配具体载荷，在符合载荷类型的所有载荷中根据重构任务的指标要求选择满足条件的载荷，结合载荷与卫星的对应关系，选择可能参与重构的备选卫星集合；步骤三：匹配具体卫星，根据各备选卫星节点集合中各卫星的轨道及载荷能力，计算卫星对重构目标的覆盖时间及覆盖范围，从中选择能够对目标实施覆盖的卫星集合，并形成对应的元任务集合；步骤四：在所述元任务集合中选择合适的元任务组合，完成卫星系统任务的重新规划。2.根据权利要求1所述的多卫星资源规划方法，其特征在于：所述重构任务类型包括电子探测任务、通信保障任务以及成像任务。3.根据权利要求2所述的多卫星资源规划方法，其特征在于：当重构任务类型为成像任务时，根据图像类型、环境约束条件从载荷数据库中选择载荷类型。4.根据权利要求1所述的多卫星资源规划方法，其特征在于：所述步骤二中，若为电子探测类载荷，则判断载荷的频率范围、定位精度和覆盖范围是否满足重构任务需求；若为成像类载荷，则判断载荷的图像分辨率、定位精度是否满足重构任务需求；若为通信类载荷，则判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴姗，周桓任，范媛媛，刘帅军，胡海龙，朱琳琳，李磊，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11