一种格网驱动的卫星观测与数传任务解耦规划方法技术

本发明专利技术公开了一种格网驱动的卫星观测与数传任务解耦规划方法，方法包括：生成或更新态势需求热力图，按照局部最优原则对全局任务进行拆分，生成面向单星分解的热力图；在测控站可用弧段期间，上传观测任务需求热力图，卫星执行观测规划算法，并生成拍摄计划表；卫星执行拍摄任务，并同步地面中心更新态势需求热力图；地面数传生成卫星数传任务规划；卫星执行观测任务后，按照数传计划将观测数据发送至地而接收站；数传执行完毕，并进行数据处理形成产品，数传计划反馈中心、产品反馈用户，并进行态势需求热力图进行更新；执行应急任务规划。本发明专利技术将全局任务筹划问题简化为单星规划问题，实现以局部最优逼近全局最优。实现以局部最优逼近全局最优。实现以局部最优逼近全局最优。

【技术实现步骤摘要】
一种格网驱动的卫星观测与数传任务解耦规划方法


[0001]本专利技术属于卫星
，尤其涉及一种格网驱动的卫星观测与数传任务解耦规划方法。

技术介绍

[0002]当前，我国的卫星观测任务规划一般都是在地面完成，并同时考虑卫星观测资源和地面数传资源，任务规划结果包含一组观测任务计划和一组数传任务计划，两者一一对应，相互耦合。非专利文献“地观测卫星任务规划研究”(邓宝松,孟志鹏,义余江,余烨,周晓光.对地观测卫星任务规划研究[J].计算机测量与控制,2019,v.27；No.254(11):130
‑
139)详细介绍了卫星观测任务流程，为主要分为上行流程和下行流程两部分。上行流程为:用户提出任务申请，任务经预处理形成元任务输入至任务规划系统；任务规划系统根据卫星、测控站、数传接收站等可用资源集合，以及待规划的元任务集合和卫星约束模型，进行优化求解并获得任务观测计划、数传计划，并更新数据库相关信息；最后将任务观测计划和数传计划转化为卫星指令，发送至测控运管中心并上注卫星执行。下行流程为:卫星执行观测任务后，按照数传计划将观测数据发送至地面接收站；下行数据经数据预处理和数据处理后，通过数据库获取元任务信息，建立数据与任务的关联，并经数据分发系统发送回用户。
[0003]任务规划本质上是特定模型约束下的时间资源规划问题，合理的数学抽象是解决上述问题的关键。对于联动观测任务约束问题，可引入统一的联动任务标识，把具有相同联动标识的任务作为不可分割的元任务进行规划算法处理。多资源候选集合是一个计算复杂度较高的组合优化问题，可综合采用禁忌搜索思想及相关优化算法(如遗传算法)进行求解。对于一体化任务规划问题，可把所有元任务(包括联合观测任务)的时间窗口作为任务规划算法的统一输入，把任务观测计划、卫星数传计划、地面接收计划等的时间窗口作为统一输出，把各卫星平台及载荷的约束模型以具有统一接口的插件形式实现，从而完成任务规划算法的一体化设计与实现。论文“敏捷成像卫星需求筹划系统应用探析”(电讯技术，2015.56(5):508
‑
516)对敏捷成像卫星的需求筹划系统展开研究，针对其特殊的工作模式和约束条件，分析筹划模型的特点及关键技术,并且建立了任务筹划模型。论文将敏捷成像卫星需求筹划问题的求解过程划分为目标需求分解、综合筹划调度以及动态调整与冲突消解三个主要阶段。目标需求分解阶段根据不同的特殊需求类型，将复杂工作模式的需求分解简化成便于统一综合筹划调度的基本观测需求，即一次成像就能完成的观测需求。综合筹划调度通过需求筹划与调度处理，得到一组初始的筹划调度结果，包含了可执行的需求序列和对应的时间段、存在冲突的需求集以及需求被拒绝的理由信息。动态调整与冲突消解阶段针对特殊的几种工作模式进行处理，包括需要对其分解后的多个基本观测需求筹划结果进行统一分析评估，区域成像需求需要分析其成像条带对于该目标区域的覆盖程度是否能满足用户要求，立体成像和动态监视需求需要评估受理通过的可执行基本观测需求数目是否满足要求等。该技术方案全过程从提出需求到获取信息需要通过星地闭环链路的控制过程，人工操作多、协调环节多、自动化程度低难以满足时效性需求。该技术方案在综合
筹划调度环节通过目标需求分解的预处理后，所有的任务需求转换成了一组待分配的基本观测需求集合，根据敏捷卫星的性能参数和候选需求类型等情况，设置需求筹划的各类约束条件，这种方法并没有考虑到观测与数传环节中解耦问题，随着未来卫星平台规模进一步提升，其需求筹划的难度也会越来越大；此外，这种将数传资源作为观测卫星任务规划约束条件的方法，会导致卫星观测任务的调度受到除卫星观测本身之外的约束，极大限制了卫星观测的灵活度，在平时观测任务量不大、时效性要求不高时，问题较小；但在应急或者战时，观测任务量大、时效性要求高，需求变化快等条件下，观测卫星会出现受数传任务约束而空转，或者在需求动态变化时，低优先级任务占用数传资源导致高优先级任务难以及时满足等问题，所提出的技术为考虑这些因素，在实际应用中会受到严重的制约。
[0004]卫星任务筹划是一个面向典型应用场景，对多星观测任务进行分配，提供高效、优质服务的过程。任务筹划的输入为根据观测需求、观测意图进行解译得到的可用观测任务集合(包含目标位置、卫星、开始时刻、结束时刻等)，输出为经过挑选得到的确定实施的观测任务，这些最终确定的观测任务组成了一整套联合保障方案，该方案可以作为每颗卫星自主任务规划的驱动。实际的应用场景对任务分配考虑的因素较多，往往要优先保障重点目标的观测需求，同时避免单一载荷受环境干扰、利用多种载荷的协同优势保证对各个目标观测的成功率，防止卫星资源集中观测少量目标造成资源浪费，还要优先使用用户偏好的卫星的基础上用其它卫星进行补充。
[0005]公开号CN112529322A的中国专利面向全球热点目标快速监视、常态化观测需求，提供一种兼顾多目标优化的多星联合任务筹划方法，具备多单位卫星分级管理、优先保障重要任务、卫星资源负载均衡、提高任务成功率能力，采用启发式规则获得的计算结果唯一，能够在应急调整时保证多次计算结果稳定、降低应急调整的影响范围，且易于实现。但该方案采用遗传算法迭代运算、大规模种群抽样等技术算法复杂度较高，训练样本时所需数据量庞大，并且方案中仅考虑观测窗口的任务目标补充问题，并没有考虑多星同时数传情况，尤其是面向未来大规模星群时在数传过程中占用数传资源过多，容易出现受数传资源制约，卫星观测资源无法发挥全部效益的情况，因此所提出方案需要在数传资源分配等方面进行改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提出一套以观测需求热力网格为驱动的卫星自主规划和多星协同观测理论和方法，引导天基观测资源按需求权值分别开展观测计划和数传计划，实现观测任务和数传任务的解耦，提升观测任务的灵活度和时效性，提升卫星观测资源资源利用率。
[0007]本专利技术公开的格网驱动的卫星观测与数传任务解耦规划方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1：日常情况下，根据星座观测任务完成情况，在地面任务中心生成或更新态势需求热力图，然后按照局部最优原则对全局任务进行拆分，生成面向单星分解的热力图；应急情况下，根据应急任务对态势需求热力图进行修改，并对个别单星任务进行更改；
[0009]步骤S2：在测控站可用弧段期间，上传观测任务需求热力图，卫星根据观测任务需求热力图结合星历、能量、载荷、目标区域天气预报，执行观测规划算法，并生成拍摄计划表；卫星执行拍摄任务，并同步地面中心更新态势需求热力图；
[0010]步骤S3：地面数传根据更新后态势需求热力图和卫星拍摄计划表，按照最新观测任务态势需求热力图优先的原则，生成卫星数传任务规划；卫星执行观测任务后，按照数传计划将观测数据发送至地而接收站；下行数据经数据预处理和数据处理后，通过数据库获取元任务信息，建立数据与任务的关联，并经数据分发系统发送回用户；
[0011]步骤S4：数传执行完毕，并进行数据处理形成产品，数传计划反馈中心、产品反馈用户，并进行态势需求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种格网驱动的卫星观测与数传任务解耦规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：日常情况下，根据星座观测任务完成情况，在地面任务中心生成或更新态势需求热力图，然后按照局部最优原则对全局任务进行拆分，生成面向单星分解的热力图；应急情况下，根据应急任务对态势需求热力图进行修改，并对个别单星任务进行更改；步骤S2：在测控站可用弧段期间，上传观测任务需求热力图，卫星根据观测任务需求热力图结合星历、能量、载荷、目标区域天气预报，执行观测规划算法，并生成拍摄计划表；卫星执行拍摄任务，并同步地面中心更新态势需求热力图；步骤S3：地面数传根据更新后态势需求热力图和卫星拍摄计划表，按照最新观测任务态势需求热力图优先的原则，生成卫星数传任务规划；卫星执行观测任务后，按照数传计划将观测数据发送至地而接收站；下行数据经数据预处理和数据处理后，通过数据库获取元任务信息，建立数据与任务的关联，并经数据分发系统发送回用户；步骤S4：数传执行完毕，并进行数据处理形成产品，数传计划反馈中心、产品反馈用户，并进行态势需求热力图进行更新，重复步骤S1
‑
S3；步骤S5：执行应急任务规划，应急任务规划在保证应急任务和应急数传的成功规划前提下，对局部热力图进行修改，在平衡重规划效率最大化和已有观测热力图的最小调整的前提下，对个别卫星热力图进行修改，再执行步骤S3
‑
S4。2.根据权利要求1所述的格网驱动的卫星观测与数...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳罡，仇林遥，王楚宣，肖飞，于博文，胡桥，赵晶，田原，潘一凡，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：