一种航天器多目标启发式排序任务规划方法技术

本发明专利技术公开的一种航天器多目标启发式排序任务规划方法，属于航空航天技术领域。本发明专利技术根据子系统内部约束特点，综合考虑航天器结构、任务需求、设备状态和航天器能力四项因素，对航天器的构成、资源、分系统功能以及需要满足的各种约束条件进行描述；针对航天器系统约束复杂和系统状态信息互相耦合特点，利用时间线刻画航天器的多个并行子系统，建立子系统内部状态转移图；同时，根据任务目标之间约束信息及状态转移图进行多目标启发式排序任务规划，通过评价值的正负确定各任务目标之间的排序，根据多目标启发式排序结果引导规划搜索方向，输出最终的多目标启发式排序任务规划求解结果，即完成航天器任务规划，缩减搜索空间，提高任务规划效率。

【技术实现步骤摘要】
一种航天器多目标启发式排序任务规划方法
本专利技术涉及一种航天器任务规划方法，特别是实现航天器多目标启发式排序任务规划方法，属于航空航天

技术介绍
航天领域是二十一世纪世界技术发展的主要领域之一。由于航天任务中航天器一般距离地球远、飞行时间长、所处环境不确知等特点，导致航天器的操作和控制存在极大的挑战，例如通信的长时延问题、长期可靠性问题、实时操作问题等。随着航天领域的发展，航天器高度依赖地面控制方式越来越不适应日益复杂的航天活动。因此，实现航天器自主任务规划，能够减少对地面站点的依赖，提高航天任务规划的自主性。航天器自主任务规划技术是解决远距离自主运行问题的一项关键技术。航天器根据空间环境的感知和认识及本身的能力和状态，利用智能规划理论技术，依据一段时间内的任务目标，自动地生成一组时间有序动作序列，并实时监测执行过程。深空1号采用基于启发式调度测试系统(HSTS)，它将状态变量描述为时间线的形式，根据时间线的结构功能特点将规划与调度有机地结合在一起，能够准确的找到满足所有资源和时间约束的可行解。欧空局采用基于时间线的规划和约束满足技术，在MEXAR2的基础上，开发出了AP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航天器多目标启发式排序任务规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：综合考虑航天器结构、任务需求、设备状态和航天器能力四项因素，对航天器的构成、资源、分系统功能以及需要满足的各种约束条件进行描述；所述的各种约束条件根据实际航天器系统而定，包括因果约束、时间约束和资源约束；针对航天器系统约束复杂和系统状态信息互相耦合的特点，利用时间线刻画航天器的多个并行子系统，通过时间线的耦合关系描述系统的复杂约束及系统间依赖关系，形成耦合时间线的模型架构，对各并行子系统的行为随时间的演化和依赖关系进行描述；步骤二：针对耦合时间线的模型中各子系统，建立子系统内部状态转移图，用于计算各子系统内部状态转移的代...

【技术特征摘要】
1.一种航天器多目标启发式排序任务规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：综合考虑航天器结构、任务需求、设备状态和航天器能力四项因素，对航天器的构成、资源、分系统功能以及需要满足的各种约束条件进行描述；所述的各种约束条件根据实际航天器系统而定，包括因果约束、时间约束和资源约束；针对航天器系统约束复杂和系统状态信息互相耦合的特点，利用时间线刻画航天器的多个并行子系统，通过时间线的耦合关系描述系统的复杂约束及系统间依赖关系，形成耦合时间线的模型架构，对各并行子系统的行为随时间的演化和依赖关系进行描述；步骤二：针对耦合时间线的模型中各子系统，建立子系统内部状态转移图，用于计算各子系统内部状态转移的代价值，引导规划搜索方向,缩减问题搜索空间，提高规划的求解速率；步骤三：选用规划空间搜索作为基本的搜索策略，根据任务目标之间约束信息及状态转移图进行多目标启发式排序任务规划，输出最终的多目标启发式排序任务规划求解结果，即完成航天器任务规划，缩减搜索空间，提高任务规划效率。2.如权利要求1所述的一种航天器多目标启发式排序任务规划方法，其特征在于：步骤二具体实现方法为，各并行子系统分别由一个状态变量进行表示，每个状态变量都由时间线的形式进行描述，各并行子系统对应的状态变量为状态变量A1、状态变量A2、状态变量A3……状态变量An；每个状态变量An都存在一个值域，状态变量An在值域内的任一取值Sni称为状态；所述的子系统内部状态转移图指将模型中该子系统内部的状态转移通过图的形式进行表示；状态转移图是带有权值的有向图，节点表示该子系统内部的状态，边连接两个节点A,B，表示状态的转移，即从状态SA转移到箭头指向的状态SB，边的权值代表转移的代价；通过建立子系统状态转移图，用于计算各子系统内部状态转移的代价值，引导规划搜索方向，缩减问题搜索空间，提高规划的求解速率；所述的建立子系统状态转移图具体是指将各状态变量An的值域中所有取值状态Sn1，状态Sn2……状态Snn作为对应的子系统状态转移图的节点，用有向边箭头的指向表示状态的转移，通过边的权值表示转移的代价。3.如权利要求2所述的一种航天器多目标启发式排序任务规划方法，其特征在于：所述的步骤三具体实现方法为，步骤3.1：选取所有任务目标状态Sg1，Sg2……Sgn,根据目标状态自身约束及目标状态之间耦合约束关系，分析各目标状态之间是否存在冲突，所述的冲突是指目标状态不能够同时实现；步骤3.2：对存在冲突的目标状态通过状态转移图计算启发式评价值，进行目标状态的排序；进一步限定条件为目标状态Sgi的约束关系中与目标状态Sgj属于同一时间线的状态最多只存在一个；步骤3.3：针对不存在冲突的目标状态Sgi与Sgj，二者之间不存在顺序约束关系，则转步骤3.5进行下一次迭代目标排序；步骤3.4：针对目标状态集合中存在冲突的目标状态对Sgi与Sgj，判断二者之间的顺序约束关系，即完成本次目标排序，并转步骤3.5进行下一次迭代目标排序；步骤3.5：根据步骤3.2-步骤3.4进行迭代目标排序，对所有目标进行排序后，进行规划搜索，输出最终的多目标启发式排序任务规划求解结果，即完成航天器任务规划，缩减搜索空间，提高任务规划效率。4.如权利要求3所述的一种航天器多目标启发式排序任务规划方...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞，金颢，崔平远，朱圣英，高艾，于正湜，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11