卫星自主任务规划星载知识库设计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种卫星自主任务规划星载知识库设计方法及系统，该方法面向多星多载荷在轨自主协同任务规划应用场景，提出了一种卫星自主任务规划星载知识库设计方法，包括目标识别库和观测偏好库，解决了多载荷在轨实时搜索获取并融合后的目标观测需求与在轨多手段观测资源关联匹配问题。通过分析并确定多种搜索发现载荷所能描述的目标多维特征信息并进行分析，挑出能够对目标进行目标类型或身份识别的特异性特征集合，通过预先指定在轨观测任务感兴趣的目标库，作为在轨实时引导任务确定观测手段的参考信息。本发明专利技术可以尽可能的获得重要目标优选的载荷探测信息，提高星上自主成像任务规划的运行效率，提高多目标多载荷观测任务分配的综合效率。

【技术实现步骤摘要】
卫星自主任务规划星载知识库设计方法及系统
本专利技术涉及卫星自主任务规划领域，具体地，涉及卫星自主任务规划星载知识库设计方法及系统。
技术介绍
传统的卫星对地探测任务通常由地面发起，任务需求搜集、任务筹划、可见性计算，指令生成，境内或中继上注等。随着在轨卫星数量逐年增多、卫星载荷种类越加丰富、卫星应用模式的逐步拓展、任务的日趋复杂、时效性要求的提高，传统的星地大回路的管控方式已无法满足技术需求，对卫星的自主性要求进一步提升。卫星自主性，秉承着从自动、自治到自主的发展过程，从以简单、固化的软件流程、指令序列完成既定任务，发展到卫星能够根据地面编排任务、星上自主信息处理、星上自主生成任务、星间任务自主调配、星地链路自主管理和星地链路自主管理的过程。另一方面，伴随着多星互联互通、多星多载荷协同应用，发展出通过在轨目标搜索实时引导多种类型载荷观测的应用场景，在轨目标搜索定位手段主要包括：无线电探测识别定位、图像目标提取定位、AIS船舶身份位置信息获取和ADS-B飞机身份位置信息获取等，这些手段获取的信息在轨综合得到地表区域目标态势信息，这些信息相互融合关联得到目标的身份认知或描述，在轨对这些目标进行观测任务规划时，通常会有多种探测手段可供选择，例如成像手段，有可见光成像、微波成像、红外成像、视频成像和立体成像等，每种手段刻画了目标的不同维度的特征。不同的目标由不同的载荷观测，获取的综合效益是不同的，若不能合理的分配目标观测资源，将无法得到较高的协同观测任务的综合收益，基于此，星上需具备对不同身份目标特征的先验信息，即目标识别库，在轨对目标的多源探测信息进行综合，进而识别目标，并根据预设重点目标的观测偏好库，执行进一步观测任务。目标识别库与观测偏好库共同作为星上知识库，该知识库描述了目标身份到观测手段的关联映射关系。对比已公开方法：梁民赞等，一种多源信息融合的声呐综合目标识别方法(舰船科学技术，2019.41(8))，针对声呐探测回波特征信息、频谱信息、音频信息、运动信息、雷达信息和AIS信息等进行综合识别，主要面向海基探测的信息处理，相关特征与航天探测任务差异显著；对比已公开的方法：苗悦，编队成像卫星的自主任务规划技术研究(哈尔滨工业大学工学硕士论文，2016)，在多卫星的观测任务分配时，基于目标等级与成像偏好的多层次自主任务规划算法，仅考虑载荷类型的偏好，未给出载荷的具体成像模式、观测参数约束等的具体配置，且主要面向地面已知目标，与本专利的在轨实时目标搜索识别的自主任务规划具有显著差异。目前，多星多载荷在轨自主协同为新兴领域，星载知识库研究处于起步阶段，尚未见星载知识库的研究。
技术实现思路
本专利技术提出了一种卫星自主任务规划星载知识库设计方法及系统，该方法面向多星多载荷在轨自主协同任务规划应用场景，解决在轨多手段观测资源与目标观测需求的关联匹配问题。首先分析并确定多种搜索发现载荷所能描述的目标多维特征信息，并根据经验对目标多维特征信息域进行分析，从多维特征信息中挑出能够对目标进行目标类型或身份识别的特异性特征集合，预先指定在轨观测任务感兴趣的目标库，确定目标库中每类或每个目标的重要等级、观测手段偏好等，作为在轨实时引导任务确定观测手段的参考信息。以上星载知识库中可选观测手段，通常以观测谱段约束、分辨率约束和模式约束等描述。根据本专利技术的一个方面，提出一种卫星自主任务规划星载知识库设计方法，包括如下步骤：集中式架构规划步骤：确定多星多载荷协同自主任务规划集中式架构，由中枢星进行目标态势引导信息的综合处理和多星多载荷目标观测任务规划；目标识别库建立步骤：确定目标搜索发现类的载荷所能描述的目标多维特征信息域，从多维特征信息中优选出能够对目标进行目标类型或身份识别的特异性特征集合，确定目标库中每一类或每一个目标的特异性特征参数范围，确定每种参数置信度权重，作为目标识别库；观测偏好库建立步骤：确定多星多载荷的各种观测手段的能力约束，确定目标库中每一类或每一个目标的优选观测手段偏好，作为观测偏好库；星载知识库建立步骤：将所述目标识别库和所述观测偏好库通过目标身份识别号关联，二者合并作为自主任务规划星载知识库，并上注到多星协同任务规划中枢星；位置关联步骤：多星协同任务规划中枢星在轨对多载荷目标搜索获取的信息进行位置关联融合，与所述目标识别库进行匹配关联；任务规划步骤：对所有多载荷目标搜索获取的信息基于自主任务规划星载知识库进行关联处理，并根据观测偏好进行多星多载荷观测资源优选分配任务规划。优选地，在所述集中式架构规划步骤中，多星多载荷协同自主任务规划集中式架构是一种分层协作的组织架构，搜索发现成员星对任务区域进行目标态势信息进行收集，中枢星通过星间链路、地面上行遥控通道等接收态势信息，并对态势信息进行融合处理，同时中枢星接收成员源轨道、姿态、能源等信息，将目标队列与观测成员星进行观测匹配，合理安排成员星任务，观测成员星接收中枢星分配的任务，进行解析和执行等操作，进行多星多载荷目标观测任务规划。优选地，在所述目标识别库建立步骤中，目标搜索发现类载荷的手段有无线电探测、图像目标提取定位、AIS船舶身份位置信息获取和ADS-B飞机身份位置信息获取等。优选地，从目标搜索发现类载荷的种类的探测手段，确定出目标多维特征信息域的特征纬度包括：电磁频谱特征、多光谱特征、几何特征、图像识别信息、通信广播信息和运动特征。优选地，从多维特征信息中优选出的，能够对目标进行目标类型或身份识别的特异性特征集合包括：电磁频点、频段范围、光谱特征、红外温度特征、目标长度、目标长宽比、目标类型编号、目标身份编号、AIS身份识别号、ADS-B身份识别号、航速和尾迹长度。优选地，在所述目标识别库建立步骤中，由提炼出的目标特异性特征，确定目标库中每一类或每一个目标的特异性特征参数范围，将每个特征参数的判别准则包括为哪些介于、等于、大于等于等等，确定每种参数置信度权重，权重结余0～1之间，设置完成后，当目标相关态势信息落在特异性特征参数范围时，确认该目标与库中目标相匹配，以此为设计原则，设置目标识别库；在所述观测偏好库建立步骤中，多星多载荷的各种观测手段的能力有约束，包括载荷的观测谱段、分辨率、幅宽和工作模式等，确定目标库中每一类或每一个目标的优选观测手段偏好，观测手段约束包括观测频谱偏好、分辨率偏好、幅宽偏好和工作模式偏好等，作为观测偏好库。优选地，在所述星载知识库建立步骤中，将目标识别库和观测偏好库关联，每种载荷的每个或每类目标有一个独立不重复的身份识别号，通过目标身份识别号，将目标识别库与观测偏好库关联，二者合并作为自主任务规划星载知识库，通过地面星载知识库设置软件，生成知识库，通过上行遥控通道，上注到多星协同任务规划中枢星。优选地，在所述位置关联步骤中，中枢星在轨对多载荷目标搜索获取的信息进行位置关联融合，多星多搜索载荷对同一任务区域进行多目标搜索发现，存在目标重复发现情况，对多目标进行基于几何位置聚类的关联融合，进而将融合后的目标与目标识别库进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星自主任务规划星载知识库设计方法，其特征在于，包括：/n集中式架构规划步骤：确定多星多载荷协同自主任务规划集中式架构，由中枢星进行目标态势引导信息的综合处理和多星多载荷目标观测任务规划；/n目标识别库建立步骤：确定目标搜索发现类的载荷所能描述的目标多维特征信息域，从多维特征信息中选出能够对目标进行目标类型或身份识别的特异性特征集合，确定目标库中每一类或每一个目标的特异性特征参数范围，确定每种参数置信度权重，作为目标识别库；/n观测偏好库建立步骤：确定多星多载荷的各种观测手段的能力约束，确定目标库中每一类或每一个目标的观测手段偏好规则，作为观测偏好库；/n星载知识库建立步骤：将所述的目标识别库和所述的观测偏好库通过目标身份识别号关联，二者合并作为自主任务规划星载知识库，并上注到多星协同任务规划中枢星；/n位置关联步骤：多星协同任务规划中枢星在轨对多载荷目标搜索获取的信息进行位置关联融合，与所述的目标识别库进行匹配关联；/n任务规划步骤：对所有多载荷目标搜索获取的信息基于所述的自主任务规划星载知识库进行关联处理，并根据观测偏好进行多星多载荷观测资源分配任务规划。/n

【技术特征摘要】
1.一种卫星自主任务规划星载知识库设计方法，其特征在于，包括：
集中式架构规划步骤：确定多星多载荷协同自主任务规划集中式架构，由中枢星进行目标态势引导信息的综合处理和多星多载荷目标观测任务规划；
目标识别库建立步骤：确定目标搜索发现类的载荷所能描述的目标多维特征信息域，从多维特征信息中选出能够对目标进行目标类型或身份识别的特异性特征集合，确定目标库中每一类或每一个目标的特异性特征参数范围，确定每种参数置信度权重，作为目标识别库；
观测偏好库建立步骤：确定多星多载荷的各种观测手段的能力约束，确定目标库中每一类或每一个目标的观测手段偏好规则，作为观测偏好库；
星载知识库建立步骤：将所述的目标识别库和所述的观测偏好库通过目标身份识别号关联，二者合并作为自主任务规划星载知识库，并上注到多星协同任务规划中枢星；
位置关联步骤：多星协同任务规划中枢星在轨对多载荷目标搜索获取的信息进行位置关联融合，与所述的目标识别库进行匹配关联；
任务规划步骤：对所有多载荷目标搜索获取的信息基于所述的自主任务规划星载知识库进行关联处理，并根据观测偏好进行多星多载荷观测资源分配任务规划。


2.如权利要求1所述的卫星自主任务规划星载知识库设计方法，其特征在于，在所述集中式架构规划步骤中，多星多载荷协同自主任务规划集中式架构是一种分层协作的组织架构，搜索发现星对地表目标态势信息进行收集，中枢星接收态势信息，并对态势信息进行融合处理，与观测成员星进行观测匹配，观测成员星接收中枢星分配的任务，进行解析和执行操作。


3.如权利要求1所述的卫星自主任务规划星载知识库设计方法，其特征在于，在所述目标识别库建立步骤中，目标搜索发现类载荷的手段有无线电探测、图像目标提取定位、AIS船舶身份位置信息获取和ADS-B飞机身份位置信息获取。


4.如权利要求3所述的卫星自主任务规划星载知识库设计方法，其特征在于，从目标搜索发现类载荷的种类的探测手段，确定出目标多维特征信息域的特征纬度包括：电磁频谱特征、多光谱特征、几何特征、图像识别信息、通信广播信息和运动特征。


5.如权利要求4所述的卫星自主任务规划星载知识库设计方法，其特征在于，从多维特征信息中选出的，能够对目标进行目标类型或身份识别的特异性特征集合包括：电磁频点、频段范围、光谱特征、红外温度特征、目标长度、目标长宽比、目标类型编号、目标身份编号、AIS身份识别号、ADS-B身份识别号、航速和尾迹长度。


6.如权利要求1所述的卫星自主任务规划星载知识库设计方法，其特征在于，在所述目标识别库建立步骤中，由提炼出的目标特异性特征，...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔本杰，钱丰，张永贺，李泽亚，郑峰，伍国威，解加华，郭晶晶，
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