一种多星自主协同系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多星自主协同系统及方法，包括：模块M1：设置星地任务分工中卫星系统功能；模块M2：设置星地任务分工中地面系统功能；模块M3：根据卫星系统功能和地面系统功能进行多星协同机制及星间任务分工。本发明专利技术提供了一种多星自主协同系统的设计方法，该方法可解决当前数量急剧增加给卫星管控带来的巨大压力，使未来多星编队或组网卫星具备灵活的地面管控能力及自主任务执行能力。本发明专利技术提出了星地一体化多星协同架构，明确了地面系统及星上系统的分工界面，通过星地一体、星间信息流优化设计、多星主从式任务协同机制、任务分级执行机制的构建，能够有效的提升多星自主协同效能。效能。效能。

【技术实现步骤摘要】
一种多星自主协同系统及方法


[0001]本专利技术涉及多航天器间协同的任务规划领域，具体地，涉及一种多星自主协同系统及方法，更为具体地，涉及一种多星自主协同系统架构设计方法。

技术介绍

[0002]随着在轨卫星数目的持续增加，卫星能力需求的持续升级，大规模的组网卫星、编队卫星应运而生，多星协同系统通常为组网或编队运行，多载荷分布在多颗卫星上，通过星间网络互联交互协同，数据传输及星上数据智能处理，具有信息获取时间连续性好、频次高、空间范围广的特点。
[0003]多星协同系统具有以下优势：发展小而廉、分别携带不同种类载荷的小卫星，相较于“大而全”的单颗卫星，星簇的组织形式更为灵活；通过多种类型遥感器相互配合工作，实现更多功能，提高卫星系统利用效率，综合全局信息对卫星资源进行调度，有利于卫星观测资源的使用，拓宽了卫星的应用领域；多手段协同从不同空间维度、特征维度刻画了目标的不同属性，弥补传统单星单载荷体制的信息获取方式单一、信息片段化、无法全方位、多维度的信息获取短板；信息获取时间和空间得到进一步拓展，通过多颗卫星组成的星簇对目标进行协同观测，获取图像的时间连续性更强，增加图像获取的频度和地域范围，便于不同卫星对同一目标或现象实施不同角度的观察，或同时对连续区域进行观察；多星协作可以收集更为丰富的图像数据，支持同时相、多维度载荷信息在轨融合，支持不同任务的有效衔接，实现目标区域、持续时间上的互补，获得更好的观测性能，可以提高目标的空间、时间以及光谱分辨率。
[0004]多星协同系统需要完成的任务种类日趋多元化，相较传统依赖地面管控的组网卫星和单一大卫星平台具有其自身特点和应用挑战：首先，多星协同系统功能逐渐趋于复杂化，空间任务耦合程度更高，任务协同和分配要求更高，星上需具备自主任务规划能力；其次，多星多任务系统自主任务规划星需处理大量卫星交互数据，由于缺少地面全流程支持，使得卫星或任务潜在冲突不容易暴露；再次，自主任务规划作为完成空间任务和挖掘多星协同系统潜能的核心，需具备较高的可靠性和安全性；最后，多星协同任务的来源渠道除了原有的地面指控，还有来自其他卫星系统的引导信息生成的任务，以及来自星内基于观测结果、卫星内部和外部状态等动态态势自主生成的任务。
[0005]传统以地面为主单一的任务规划架构已经无法适应当前多星协同的任务需求，对比已公开方法：陈浩等，可扩展性卫星任务规划系统的设计与实现(计算机科学，2009.36(11))，该方法针对地面任务规划，无法用于星上多星自主协同系统。对比已公开方法：刑立宁等，一种智能遥感卫星层次化分布式自主协同任务规划系统(专利技术专利，CN201711433054.7)，给出了多星任务协调器和下辖的多颗智能卫星的任务处理过程，仅包含在轨多星间的一种主从式架构，而本专利面向星地一体化多星协同架构，包含面向多星自主协同的明确的星地任务分工，并具备自主协同系统的星地联合升级。
[0006]目前，尚未见面向智能卫星的星地一体化多星自主协同架构相关的设计方法。本
专利与现有技术具有显著的技术特征、差异性、创新性和新颖性。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多星自主协同系统及方法。
[0008]根据本专利技术提供的一种多星自主协同系统，包括：
[0009]模块M1：设置星地任务分工中卫星系统功能；
[0010]模块M2：设置星地任务分工中地面系统功能；
[0011]模块M3：根据卫星系统功能和地面系统功能进行多星协同机制及星间任务分工。
[0012]优选地，所述模块M1中卫星系统功能包括：接收地面上注任务、接收星间转发的任务、卫星群动态调整、星间信息传递同步、任务分解预处理、自主发现目标、协同任务规划、任务执行结果融合、态势数据传递和同步、单星指令链规划、多星系统执行状态反馈和/或星上任务规划模型完善。
[0013]优选地，所述模块M2中地面系统功能包括：针对用户任务的地面任务规划、执行卫星和数传资源筹划、任务规划模型完善学习、星地数据管理分析和/或场景仿真、推演与评估。
[0014]优选地，所述接收地面上注任务包括接收地面上注任务以包括目标要素和任务模板方式描述，星上具备动作解析及指令生成能力；
[0015]所述接收星间转发的任务包括接收星间转发的任务描述同地面上注的任务；
[0016]所述卫星群动态调整包括规划主星根据当前实际任务需求及可用资源信息，增加、删除、替换用于执行任务的从星组合，主从式星簇组合是根据任务完成度及资源可用情况进行动态调整；
[0017]所述星间信息传递同步包括多星系统的各卫星之间，具备根据星间链路、星间网络和/或中继网络，进行任务传递、同步、规划结果分发；
[0018]所述任务分解预处理包括对地面上注的任务、中继或星间转发的任务进行包括任务分解、观测约束匹配、时姿参数求解和/或观测约束裁剪预处理；
[0019]所述协同任务规划包括以集中规划、分布式形式，在轨根据地面随时上注任务进行包括插入、删除和优选重规划；
[0020]所述态势数据传递和同步包括卫星系统状态数据、任务执行状态数据以及外部环境状态数据的态势数据在执行卫星群和地面系统之间按需传递和实时共享；
[0021]所述单星指令链规划包括：从星接到任务后的执行指令链级规划能力，接收经星间链路或天基数据网任务规划结果，自主进行包括成像星任务解析、动作分解、路径规划、下传链路、载荷开关机时序、工作模式设置和执行参数设置的具体事项的单星任务规划；
[0022]所述多星系统执行状态反馈包括主星将规划后的结果，通过星间网发送给多星系统中的从星执行，从星具备对执行状态的采集，观测数据在线处理，并能够将结果和执行过程下传地面以及反馈部分任务执行状态量给主星，更新多星系统的工作状态；
[0023]所述星上任务规划模型完善包括星上具备依据地面调参进行星上任务规划模型升级完善的接口；接收地面上注的任务规划模型，更新星上模型。
[0024]优选地，所述针对用户任务的地面任务规划包括地面根据包括不同用户的观测需求和资源约束，进行已知任务的任务规划，并将目标要素上注到星上；
[0025]所述执行卫星和数传资源筹划包括针对用户提出的任务，结合天基卫星系统能力，推荐任务的执行卫星群；根据地面数传接收资源分布情况，制定数传窗口分配方案；
[0026]所述任务规划模型完善学习包括以预设数量的多星在轨任务执行过程数据、星载数据处理下传数据、地面，通过数据处理与分析方法，提取参数配置、规划策略与方案设计的经验信息进行任务规划模型自主完善；
[0027]所述星地数据管理分析包括存储星上、地面规划结果数据、星上遥测数据、地面仿真数据，并分析、提取、学习数据知识，为任务规划模型完善学习提供学习样本；
[0028]所述场景仿真、推演与评估包括将地面任务规划结果、多星在轨自主任务规划结果带入可视化仿真系统中，可视化仿真系统兼具任务推演能力，验证任务规划编本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多星自主协同系统，其特征在于，包括：模块M1：设置星地任务分工中卫星系统功能；模块M2：设置星地任务分工中地面系统功能；模块M3：根据卫星系统功能和地面系统功能进行多星协同机制及星间任务分工。2.根据权利要求1所述的多星自主协同系统，其特征在于，所述模块M1中卫星系统功能包括：接收地面上注任务、接收星间转发的任务、卫星群动态调整、星间信息传递同步、任务分解预处理、自主发现目标、协同任务规划、任务执行结果融合、态势数据传递和同步、单星指令链规划、多星系统执行状态反馈和/或星上任务规划模型完善。3.根据权利要求1所述的多星自主协同系统，其特征在于，所述模块M2中地面系统功能包括：针对用户任务的地面任务规划、执行卫星和数传资源筹划、任务规划模型完善学习、星地数据管理分析和/或场景仿真、推演与评估。4.根据权利要求2所述的多星自主协同系统，其特征在于，所述接收地面上注任务包括接收地面上注任务以包括目标要素和任务模板方式描述，星上具备动作解析及指令生成能力；所述接收星间转发的任务包括接收星间转发的任务描述同地面上注的任务；所述卫星群动态调整包括规划主星根据当前实际任务需求及可用资源信息，增加、删除、替换用于执行任务的从星组合，主从式星簇组合是根据任务完成度及资源可用情况进行动态调整；所述星间信息传递同步包括多星系统的各卫星之间，具备根据星间链路、星间网络和/或中继网络，进行任务传递、同步、规划结果分发；所述任务分解预处理包括对地面上注的任务、中继或星间转发的任务进行包括任务分解、观测约束匹配、时姿参数求解和/或观测约束裁剪预处理；所述协同任务规划包括以集中规划、分布式形式，在轨根据地面随时上注任务进行包括插入、删除和优选重规划；所述态势数据传递和同步包括卫星系统状态数据、任务执行状态数据以及外部环境状态数据的态势数据在执行卫星群和地面系统之间按需传递和实时共享；所述单星指令链规划包括：从星接到任务后的执行指令链级规划能力，接收经星间链路或天基数据网任务规划结果，自主进行包括成像星任务解析、动作分解、路径规划、下传链路、载荷开关机时序、工作模式设置和执行参数设置的具体事项的单星任务规划；所述多星系统执行状态反馈包括主星将规划后的结果，通过星间网发送给多星系统中的从星执行，从星具备对执行状态的采集，观测数据在线处理，并能够将结果和执行过程下传地面以及反馈部分任务执行状态量给主星，更新多星系统的工作状态；所述星上任务规划模型完善包括星上具备依据地面调参进行星上任务规划模型升级完善的接口；接收地面上注的任务规划模型，更新星上模型。5.根据权利要求3所述的多星自主协同系统，其特征在于，所述针对用户任务的地面任务规划包括地面根据包括不同用户的观测需求和资源约束，进行已知任务的任务规划，并将目标要素上注到星上；所述执行卫星和数传资源筹划包括针对用户提出的任务，结合天基卫星系统能力，推荐任务的执行卫星群；根据地面数传接收资源分布情况，制定数传窗口分配方案；
所述任务规划模型完善学习包括以预设数量的多星在轨任务执行过程数据、星载数据处理下传数据、地面，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔本杰，范凯，曲耀斌，陈占胜，成飞，陈锋，谢少波，顾桂华，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：