基于实时操作系统的任务规划软件实现方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，包括：步骤1：构建多星协同地面验证系统，验证多星协同的有效性；步骤2：创建周期性线程，对各线程进行周期性控制；步骤3：创建触发式线程，响应周期性线程，进行任务规划；步骤4：对星间数据包进行数据处理。本发明专利技术每个子功能模块都可以实现数据接收、解析、转发、任务的动态调度，提高了任务规划软件研制的灵活性和便利性，降低了任务规划软件设计人员的设计压力，提高了卫星自主任务规划软件研制效率，具有较高的使用价值和意义。

Implementation of task planning software based on RTOS

【技术实现步骤摘要】
基于实时操作系统的任务规划软件实现方法
本专利技术涉及星务软件设计领域，具体地，涉及一种基于实时操作系统的任务规划软件实现方法。
技术介绍
随着航天技术的不断发展，卫星平台研制逐步随着小型化、周期短、通用化、智能化进行发展，同时伴随着卫星载荷的多样性和卫星业务设计的复杂性。为了满足实际卫星调度需求，同时针对各种不确定性导致的变化，设计快速有效的调度算法和策略也越发迫切。多星自主任务规划技术是能更好的对卫星资源和地面资源结合利用起来的有效手段，同时也是整个星群控制系统中至关重要的一个环节。因此，采用实时操作系统的卫星自主任务规划软件架构的需求日益提升。多星协同自主任务规划软件是一项综合复杂的系统工程，功能多样，多任务以及强实时已经成为了任务规划系统软件的主要特点，这也对系统软件的架构设计提出了更高的要求。多星协同自主任务规划软件按照功能进行划分，以模块化软件架构设计思路实现，逐步成为卫星自主任务规划软件的开发趋势。一个合理、高效、灵活、稳定的模块化软件架构，能够有效降低功能数据耦合，提高软件的稳定性和排查错误的高效性。近些年，卫星自主任务规划软件技术发展非常迅速，各种卫星任务规划软件架构在卫星应用领域得到了广泛的应用。现有自主任务规划软件架构是将任务规划功能模块划分至进程中，通过共享内存的方式提供模块间的数据交互，这虽然降低了模块间的数据耦合，这使得模块间的数据得不到有效的同步，无法保证数据的完整性，比如上游子功能模块写入一片数据，还未写完则被切换至下游子功能模块，导致下游子功能模块无法获取完整的片区数据，再如下游还未读取数据，上游优先被切换，新的数据覆盖了旧数据。因此这种模块化的卫星自主任务规划软件架构需要用户自行设计维护模块间数据交互的同步性和完整性，对软件人员的开发能力和软件数据传输稳定性提出了很高的要求。专利文献CN108388958A(申请号：201810093044.1)公开了一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法及装置，方法包括构建卫星任务规划相关的数据库；读取数据库中的数据，并对数据进行预处理；对数据及卫星关系数据进行抽象，获取逻辑资源数据；定义约束变量；基于约束变量和任务调度模型的假设，建立任务调度模型；在任务调度模型中应用规划算法，执行规划算法的迭代过程，对逻辑资源数据进行约束处理；在迭代过程满足规划算法的终止准则时，获取满足终止准则的最优解，把解码最优解得到的规划方案作为二维姿态机动卫星任务规划的最优方案。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于实时操作系统的任务规划软件实现方法。根据本专利技术提供的基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，包括：步骤1：构建多星协同地面验证系统，验证多星协同的有效性；步骤2：创建周期性线程，对各线程进行周期性控制；步骤3：创建触发式线程，响应周期性线程，进行任务规划；步骤4：对星间数据包进行数据处理。优选的，所述多星协同地面验证系统包括应用层、服务层和资源层，结合星上层，进行可视化闭环验证多星协同的有效性。优选的，任务规划软件的运行周期为1s，各线程进行周期性释放匿名信号量控制其他线程的运行，任务规划进程启动后周期性线程开始运行，通过实时读取上注指令以及相关标志位的变化执行相关操作；所述周期性线程包括：星上任务单自主筹划线程、星内单机控制处理线程和星间任务启动及调度线程。优选的，所述星上任务单自主筹划线程通过链表形式实现，对协同任务队列的任务进行插入、替换和删除；对应急任务插入后的星上任务单进行重新筹划。优选的，所述星内单机控制处理线程执行包括：在预设时间点给载荷发送指令，实现卫星姿态对日、对地指令生成以及目标星指向控制；生成雷达侦察载荷的程控作业表，对数据服务器进行开关机控制、状态切换和模式设置；对星间高速接收终端进行开关机控制和参数设置，对信息融合载荷进行开关机控制和参数设置。优选的，所述星间任务启动及调度线程执行包括：启动临近的多星协同任务；通过发送星间协同数据包给各星，让各星执行相关成像任务，接收各星状态反馈数据包；启动星内对地定向和载荷开机的状态准备，控制成员星进入协同状态。优选的，所述触发式线程通过等待Posix信号量，调用sem_wait函数，当周期性线程满足线程触发条件，使用sem_post函数释放信号量对触发式线程进行激活；所述触发式线程包括：聚焦成像规划线程、综合引导信息处理线程、星间数传规划处理线程和区域拼接处理线程。优选的，所述聚焦成像规划线程通过提取协同有效的卫星的状态反馈数据包发送来的WGS84数据，计算得出聚焦目标的编号、成像模式和侧摆角；所述综合引导信息处理线程通过多级排序生成待成像引导目标队列，将目标信息存入缓存区，在其他触发式线程运行后，将缓存内的目标信息传给其他线程进行任务规划。优选的，协同成像后，进入星间数传任务规划处理过程，通过星间低速网发送协同调度数据包，启动各星进入星间数传协同流程，各星执行数据传输准备及姿态机动控制高速天线指向，根据各星申请时长和准备状态，通过贪婪算法获得时间规划的最优解，依次分配星间数传任务给各星；根据各星准备状态，筛选出参与成像任务的卫星并确定参与本次拼接的卫星集合及各星所用的成像模式，根据拼接区域多边形任务描述的顶点坐标，以地面预设各星拼接排布顺序、预设的重叠度要求、飞行方向平行的长方形覆盖目标多边形区域，将拼接后成像区域分解，分配给各有效成员星。优选的，所述步骤4包括：在数据收发时创建FIFO队列，队列数据结构包括队列深度、队列头部、队列尾部、对应的数据包体以及对应的卫星编号；FIFO队列执行任务包括：队列初始化、判断队列是否为空、队列中数据包的插入与送出、判断队列数据包是否满。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术将多星协同自主任务规划软件按照功能划分至线程中，功能间可任意进行函数接口调用，各种全局数据可直接相互访问和修改；2、本专利技术实现多星协同自主任务规划软件架构的各线程的命令接收、解析、转发以及任务的动态调度，同时利用全局数据实现线程间的数据交互，能够有效保证数据完整性，且传输延迟低，能够很好地满足多星协同任务规划软件的设计要求；3、本专利技术提供了多种应用接口，减少了模块耦合性，大大提高任务规划软件研制的灵活性和便利性，降低了任务规划软件设计人员的设计压力，提高了卫星自主任务规划软件研制效率，具有较高的使用价值和意义。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1多星协同自主任务规划软件数据流示意图；图2基于实时操作系统的多星协同自主任务规划软件架构图；图3多星协同自主任务规划模块功能图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，其特征在于，包括：/n步骤1：构建多星协同地面验证系统，验证多星协同的有效性；/n步骤2：创建周期性线程，对各线程进行周期性控制；/n步骤3：创建触发式线程，响应周期性线程，进行任务规划；/n步骤4：对星间数据包进行数据处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，其特征在于，包括：
步骤1：构建多星协同地面验证系统，验证多星协同的有效性；
步骤2：创建周期性线程，对各线程进行周期性控制；
步骤3：创建触发式线程，响应周期性线程，进行任务规划；
步骤4：对星间数据包进行数据处理。


2.根据权利要求1所述的基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，其特征在于，所述多星协同地面验证系统包括应用层、服务层和资源层，结合星上层，进行可视化闭环验证多星协同的有效性。


3.根据权利要求1所述的基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，其特征在于，任务规划软件的运行周期为1s，各线程进行周期性释放匿名信号量控制其他线程的运行，任务规划进程启动后周期性线程开始运行，通过实时读取上注指令以及相关标志位的变化执行相关操作；
所述周期性线程包括：星上任务单自主筹划线程、星内单机控制处理线程和星间任务启动及调度线程。


4.根据权利要求3所述的基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，其特征在于，所述星上任务单自主筹划线程通过链表形式实现，对协同任务队列的任务进行插入、替换和删除；
对应急任务插入后的星上任务单进行重新筹划。


5.根据权利要求3所述的基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，其特征在于，所述星内单机控制处理线程执行包括：
在预设时间点给载荷发送指令，实现卫星姿态对日、对地指令生成以及目标星指向控制；
生成雷达侦察载荷的程控作业表，对数据服务器进行开关机控制、状态切换和模式设置；
对星间高速接收终端进行开关机控制和参数设置，对信息融合载荷进行开关机控制和参数设置。


6.根据权利要求3所述的基于实时操作系统的任务规划软件实现方法，其特征在于，所述星间任务启动及调度线程执行包括：
启动临近的多星协同任务；
通过发送星间协同数据包给各星，让各星执行相关成像任务，接收各星状态反馈数据包；

【专利技术属性】
技术研发人员：解加华，王壮，牛雪雷，张泽浩，李泽亚，张海，崔本杰，项杰，党建成，包佳东，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31