一种卫星任务自主连续规划方法技术

一种卫星任务自主连续规划方法，卫星在某一时刻，根据卫星轨道及目标控制区域集G，计算进入集合G的可执行任务，并将任务按照长期任务、中期任务、短期任务的等级化规划方法，结合卫星的当前状态集合S，判断任务是否可以纳入新的任务集合P’。如果多个任务执行有资源冲突，根据预先制订好的规则进行冲突消解。更新当前任务集合P与集合P’保持一致，提取集合P中到达启动时间的短期任务给实时系统执行。最后更新集合G及集合S。本发明专利技术解决了卫星不依赖外界控制和信息注入，准确感知自身状态和外部环境，自主地控制卫星来完成各种任务的问题，提高卫星自主工作能力，降低卫星出现致命故障的风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出，特别涉及一种利用卫星自主获得的 整星位置、轨道、卫星放电深度、光照状态、资源状态、整星安全状态等信息，进行星上载荷 任务自主连续规划，减小地面干预、控制，增强卫星可靠性。
技术介绍
目前卫星的在轨任务管理，大部分工作依然需要地面进行控制，这种控制存在着 诸多影响卫星在轨运行安全性、可靠性的因素，具体表现在如下几个方面： 1、对地观测卫星多选用太阳同步轨道，其特点是可控弧段短（每次十几分钟）、有 效控制间隔时间长（两次过境时间约10个小时），这样当卫星在境外出现故障后，待地面发 现并做出相应处理，通常需要10个多小时，卫星的在轨安全难以得到保证； 2、卫星需要上注的数据量大，每次过境很短时间内，需要上注大量的程控指令和 其他控制信息。卫星关键设备一旦发生故障，为保证卫星安全，所有已存储区星上的卫星任 务全部清除，无法自主恢复，需要由地面发送大量的指令重新设定任务，难以保证卫星在轨 连续稳定运行； 3、随着我国空间事业的发展，空间航天器越来越多，在轨监测的任务越来越重，靠 人工实时监测、处理已远远满足不了新形势下的需要。 因此，加强和提高卫星任务在轨自主、连续规划功能，是提高卫星运行可靠性，实 现卫星跨越式发展的保障之一。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服以人工干预为主，并且受地面测控资源条件约束的 传统卫星工作模式所带来的难题，提供，采用按照整星位 置、轨道、卫星放电深度、光照状态、资源状态、整星安全状态等信息，进行星上载荷任务的 自主连续规划，卫星状态安全时执行任务，不安全时取消或延时执行卫星任务，解决卫星不 依赖外界控制和信息注入，准确感知自身状态和外部环境，自主地控制卫星来完成各种任 务的问题，提高卫星在轨的任务自主规划能力，降低卫星出现致命故障的风险。 本专利技术的技术解决方案：，步骤如下： (1)卫星沿自身轨道运行，通过上注轨道根数获得星下点轨迹（将星下点轨迹绘 制为星下点轨迹图，以下星下点轨迹均为星下点轨迹图，可以利用航天器飞行模拟软件STK 获得星下点轨迹），在某一时刻t。，卫星对轨迹上从t。开始，到t :时刻的点进行均匀采样，得 到多个星下点轨迹采样点，根据设定的采样点进入目标控制区域G1的判断准则，判断这些 采样点是否进入目标控制区域G 1，设卫星的目标控制区域&为卫星星下点轨迹所在平面的 多边形区域（将卫星的星下点轨迹绘制为星下点轨迹图，该多边形区域为星下点轨迹图上 的设定多边形区域），i = l~n，n为正整数，卫星的目标控制区域集G包括卫星的多个目标 控制区域G1，若卫星轨迹上的采样点进入目标控制区域G 1，且采样点从进入目标控制区域 G1到离开目标控制区域G1的时间长度大于等于10分钟且小于等于30分钟，则判定该目标 控制区域&对应的卫星载荷任务满足任务执行的时间长度要求，判定该任务为进入目标控 制区域集G的任务；若卫星轨迹上的采样点没有进入目标控制区域G 1或采样点从进入目标 控制区域G1到离开目标控制区域G i的时间长度小于10分钟或大于30分钟，则判定该目标 控制区域G1对应的卫星载荷任务不满足任务执行的时间长度要求，不将该任务作为进入目 标控制区域集G的任务；采样点进入目标控制区域G 1的时刻为该进入目标控制区域集G的 任务的启动时刻，采样点离开目标控制区域G1的时刻为该进入目标控制区域集G的任务的 结束时刻，进入目标控制区域集G的任务按启动时刻分为长期任务、中期任务和短期任务； (2)获取卫星的t。时刻的状态集合S，包括卫星自主判断的整星安全状态、卫星放 电深度、星上公共资源的互斥信号量状态、光照状态；定义整星安全状态为安全时，卫星电 源工作正常、姿控分系统工作正常、总线通信正常、星务中心计算机工作正常；星上公共资 源的互斥信号量状态包括有互斥和无互斥两种状态；光照状态包括有光照和无光照； (3)如果步骤⑴进入目标控制区域集G的任务是长期任务，则将该任务直接纳 入新的任务集合P'，当卫星在轨道上运行，逐渐接近目标控制区域，任务的启动时刻发生变 化，逐渐变为中期任务，再由中期任务变为短期任务； (4)如果步骤（1)进入目标控制区域集G的任务是中期任务，则进行任务规划的任 务属性，即要执行该中期任务时需要判定的参数，包括整星安全状态、任务所需放电深度； 若步骤（2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度大于中期任务所需放电深度， 且整星安全状态为安全，则将该中期任务纳入新的任务集合P' ； 若步骤（2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度小于或等于任务所需放电深 度，或者整星安全状态为不安全，则该中期任务不纳入新的任务集合P' ； 该中期任务随启动时刻的缩短逐渐变为短期任务； (5)如果步骤（1)进入当前任务目标集G的任务是短期任务，进行任务规划的任务 属性，即要执行该短期任务时需要判定的参数，包括整星安全状态、任务所需放电深度、互 斥信号量、光照状态； 若步骤⑵卫星的当前状态集合S中卫星放电深度大于任务所需放电深度，且步 骤（2)卫星的当前状态集合S中与该短期任务相关的互斥信号量的状态为无互斥、整星安 全状态为安全、光照状态为有光照，则将该短期任务纳入新的任务集合P' ； 若步骤（2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度大于任务所需放电深度、整星 安全状态为安全、光照状态为有光照，但步骤（2)卫星的当前状态集合S中与该短期任务相 关的互斥信号量的状态为有互斥，进行冲突消解，如果冲突能够消解，则将该短期任务纳入 新的任务集合P'，如果冲突无法消解，则该短期任务不纳入新的任务集合P' ； 若步骤（2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度小于或等于任务所需放电深 度，或者整星安全状态为不安全，或者光照状态为无光照，则该短期任务不纳入新的任务集 合P' ； (6)如果由步骤（3)、（4)、（5)所得的新的任务集合P'与当前任务集合P不一致， 则更新当前任务集合P，使当前任务集合P与由步骤（3)、（4)、（5)所得的新的任务集合P' 保持一致； (7)提取步骤（6)更新后的任务集合P中到达启动时刻的短期任务，送至卫星的执 行单元执行； (8)当卫星控制区域G1中的任务均执行完毕，将该卫星控制区域G i从目标控制区 域集G中删除；更新步骤（2)当前状态集合S中的互斥信号量状态、卫星的放电深度； (9)返回步骤（1)，直至卫星的目标控制区域集G为空，完成规划。 所述步骤⑴中t「t。，即采样时间为100分钟，均匀采样的间隔为10秒。 所述步骤（1)中目标控制区域&，即载荷工作的覆盖区域，通过采样点的进入和 离开来控制卫星已经装载好的该区域对应的载荷任务的执行，该区域采用凸多边形区域表 示，预先设定该凸多边形的区域边界，并且能够通过遥控注入数据在轨修改覆盖区域的边 界，设定已知凸多边形的区域各顶点的向量为PU P2、P3、P4和P5, P为卫星星下点轨迹上 采样点的向量，则该采样点进入多边行区域的判断准则为： (P2-P1) X (P-Pl)X) ; (1) (P3-P2) X (P-P2) >0 ； (2) (P4-P3) X (P-P3) >0 ； (3) (P5-P4) X (P-P4) >0 ； (4)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星任务自主连续规划方法，其特征在于步骤如下：(1)卫星沿自身轨道运行，通过上注轨道根数获得星下点轨迹，在某一时刻t0，卫星对轨迹上从t0开始，到t1时刻的点进行均匀采样，得到多个星下点轨迹采样点，根据设定的采样点进入目标控制区域Gi的判断准则，判断这些采样点是否进入目标控制区域Gi，设卫星的目标控制区域Gi为卫星星下点轨迹所在平面的多边形区域，i＝1…n，n为正整数，卫星的目标控制区域集G包括卫星的多个目标控制区域Gi，若卫星轨迹上的采样点进入目标控制区域Gi，且采样点从进入目标控制区域Gi到离开目标控制区域Gi的时间长度大于等于10分钟且小于等于30分钟，则判定该目标控制区域Gi对应的卫星载荷任务满足任务执行的时间长度要求，判定该任务为进入目标控制区域集G的任务；若卫星轨迹上的采样点没有进入目标控制区域Gi或采样点从进入目标控制区域Gi到离开目标控制区域Gi的时间长度小于10分钟或大于30分钟，则判定该目标控制区域Gi对应的卫星载荷任务不满足任务执行的时间长度要求，不将该任务作为进入目标控制区域集G的任务；采样点进入目标控制区域Gi的时刻为该进入目标控制区域集G的任务的启动时刻，采样点离开目标控制区域Gi的时刻为该进入目标控制区域集G的任务的结束时刻，进入目标控制区域集G的任务按启动时刻分为长期任务、中期任务和短期任务；(2)获取卫星的t0时刻的状态集合S，包括卫星自主判断的整星安全状态、卫星放电深度、星上公共资源的互斥信号量状态、光照状态；定义整星安全状态为安全时，卫星电源工作正常、姿控分系统工作正常、总线通信正常、星务中心计算机工作正常；星上公共资源的互斥信号量状态包括有互斥和无互斥两种状态；光照状态包括有光照和无光照；(3)如果步骤(1)进入目标控制区域集G的任务是长期任务，则将该任务直接纳入新的任务集合P’，当卫星在轨道上运行，逐渐接近目标控制区域，任务的启动时刻发生变化，逐渐变为中期任务，再由中期任务变为短期任务；(4)如果步骤(1)进入目标控制区域集G的任务是中期任务，则进行任务规划的任务属性，即要执行该中期任务时需要判定的参数，包括整星安全状态、任务所需放电深度；若步骤(2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度大于中期任务所需放电深度，且整星安全状态为安全，则将该中期任务纳入新的任务集合P’；若步骤(2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度小于或等于任务所需放电深度，或者整星安全状态为不安全，则该中期任务不纳入新的任务集合P’；该中期任务随启动时刻的缩短逐渐变为短期任务；(5)如果步骤(1)进入当前任务目标集G的任务是短期任务，进行任务规划的任务属性，即要执行该短期任务时需要判定的参数，包括整星安全状态、任务所需放电深度、互斥信号量、光照状态；若步骤(2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度大于任务所需放电深度，且步骤(2)卫星的当前状态集合S中与该短期任务相关的互斥信号量的状态为无互斥、整星安全状态为安全、光照状态为有光照，则将该短期任务纳入新的任务集合P’；若步骤(2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度大于任务所需放电深度、整星安全状态为安全、光照状态为有光照，但步骤(2)卫星的当前状态集合S中与该短期任务相关的互斥信号量的状态为有互斥，进行冲突消解，如果冲突能够消解，则将该短期任务纳入新的任务集合P’，如果冲突无法消解，则该短期任务不纳入新的任务集合P’；若步骤(2)卫星的当前状态集合S中卫星放电深度小于或等于任务所需放电深度，或者整星安全状态为不安全，或者光照状态为无光照，则该短期任务不纳入新的任务集合P’；(6)如果由步骤(3)、(4)、(5)所得的新的任务集合P’与当前任务集合P不一致，则更新当前任务集合P，使当前任务集合P与由步骤(3)、(4)、(5)所得的新的任务集合P’保持一致；(7)提取步骤(6)更新后的任务集合P中到达启动时刻的短期任务，送至卫星的执行单元执行；(8)当卫星控制区域Gi中的任务均执行完毕，将该卫星控制区域Gi从目标控制区域集G中删除；更新步骤(2)当前状态集合S中的互斥信号量状态、卫星的放电深度；(9)返回步骤(1)，直至卫星的目标控制区域集G为空，完成规划。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，王旭，李志刚，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11