一种多星资源调度与任务规划方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种多星资源调度与任务规划方法、系统及存储介质，所述多星资源调度与任务规划方法包括：S1：建立多星协同对多目标对象持续照射问题的应用场景模型；S2：基于所述应用场景模型，设置应用场景模型参数；S3：根据所述应用场景模型参数，基于Python与STK的接口通信，得到用于星座自主协同任务规划模块决策的测量统计数据；S4：利用所述测量统计数据规划星座自主协同任务。本发明专利技术能够在复杂约束条件下快速响应目标照射任务规划。束条件下快速响应目标照射任务规划。束条件下快速响应目标照射任务规划。

【技术实现步骤摘要】
一种多星资源调度与任务规划方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及多星资源调度
，具体涉及一种多星资源调度与任务规划方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]近年来，国外以Starlink、OneWeb、O3b等为代表、国内以微景一号、灵鹊、虹云工程等为代表的巨型星座发展迅猛，其具备的高效益、广域覆盖、高任务响应等应用优势受到国内外军民行业的广泛重视。由于卫星轨道差异、卫星数量庞大等因素的存在，如何灵活高效的使用已有的巨型星座系统中的多颗卫星完成对空中和地面目标的雷达照射任务，就需要解决好资源调度和任务规划问题。
[0003]由于卫星对空中和地面目标进行雷达照射受限于卫星轨道参数、卫星姿态调整能力、卫星载荷性能、照射角度约束等因素，而且巨型卫星星座系统中的不同卫星对于不同目标可提供的照射时间窗口、照射功率和角度约束各不相同，如何根据任务需求从给定卫星星座中选取最合适的多颗卫星，即资源调度问题便应运而生。同时由于卫星运行速度快、卫星空间几何分布快速变化，可提供持续照射服务的时间窗口有限，面向持续照射任务需求时，仅靠单颗卫星无法实现对整个所需照射服务时间段的完美覆盖，这就需要对卫星照射任务进行合理规划，通过多颗卫星以接力的方式实现对目标进行协同持续照射，因此需要解决巨型星座中的多颗选定卫星对空地多种类目标持续照射的任务规划问题。星座资源调度问题与任务规划问题相互耦合，相应的一体化方法和仿真系统仍然缺乏。
[0004]现行的遥感卫星任务管控系统一般采用精确搜索、启发式搜索等算法，虽然能够实现资源的全局均衡使用与任务优化安排，但过程耗时，所需的计算资源巨大决定了其只能采用基于地面离线规划的集中式架构进行处理，一方面时效性差、任务响应能力任务效率高等显著优势差，另一方面应对应急任务可靠性较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种多星资源调度与任务规划方法、系统及存储介质，以能够在复杂约束条件下快速响应目标照射任务规划。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种多星资源调度与任务规划方法，所述多星资源调度与任务规划方法包括：
[0008]S1：建立多星协同对多目标对象持续照射问题的应用场景模型；
[0009]S2：基于所述应用场景模型，设置应用场景模型参数；
[0010]S3：根据所述应用场景模型参数，基于Python与STK的接口通信，得到用于星座自主协同任务规划模块决策的测量统计数据；
[0011]S4：利用所述测量统计数据规划星座自主协同任务。
[0012]可选择地，所述S1包括：
[0013]S11：建立各研究对象的模型，得到各研究对象所对应的仿真模型，各研究对象包括巨型星座中各卫星对象和照射目标，各研究对象所对应的仿真模型包括卫星仿真模型、固定照射目标仿真模型、航空飞行器照射目标仿真模型、卫星载荷仿真模型、照射目标可视空间仿真模型和目标接收照射仿真模型；
[0014]S12：根据研究对象运动学以及从属关系特征匹配各研究对象和各研究对象所对应的仿真模型；
[0015]S13：基于各研究对象所对应的仿真模型提供相应的量化参数完成研究对象仿真模型定义，获得应用场景建模的模型参数；
[0016]S14：根据所述模型参数，建立多星协同对多目标对象持续照射问题的应用场景模型。
[0017]可选择地，所述S13中，所述相应的量化参数包括：卫星仿真模型的量化参数、固定照射目标仿真模型的量化参数、航空飞行器照射目标仿真模型的量化参数、卫星载荷仿真模型的量化参数、照射目标可视空间仿真模型的量化参数和目标接收照射仿真模型的量化参数；
[0018]所述卫星仿真模型的量化参数包括：卫星初始轨道参数和卫星姿态调整最大角速度，所述卫星初始轨道参数为卫星轨道六根数或卫星在地球地心惯性坐标系下的位置速度矢量；
[0019]所述固定照射目标仿真模型的量化参数包括：照射目标在世界大地测量坐标系下所在位置的经纬高数据；
[0020]所述航空飞行器照射目标仿真模型的量化参数包括：航空飞行器的飞行航路点信息，所述航空飞行器的飞行航路点信息包括该目标飞行器飞行路径中部分确定路径点对应的时刻、经纬高、飞行速度、转弯半径数据；
[0021]所述卫星载荷仿真模型的量化参数包括卫星载荷发射功率和载荷天线增益；
[0022]所述照射目标可视空间仿真模型的量化参数包括最小可视仰角α
min
、最大可视仰角α
max
和可视方位角区间[θ
min
,θ
max
]，其中，
[0023]所述目标接收照射仿真模型的量化参数为最小接收功率密度ρ
min
，其中，P
t
为卫星载荷的发射功率，G
t
为卫星发射天线增益，π为圆周率，R为照射目标与卫星载荷的相距距离。
[0024]可选择地，所述S3包括：
[0025]S31：根据所述应用场景模型参数，基于Python与STK的接口通信，构建基于STK的多星协同对目标持续照射仿真场景；
[0026]S32：对仿真场景中各研究对象的运动模型进行解算，获得各研究对象在仿真场景下的运动轨迹、姿态变化、相对运动信息；
[0027]S33：根据各研究对象在仿真场景下的运动轨迹、姿态变化、相对运动信息，利用STK测量模块，得到用于星座自主协同任务规划模块决策的测量统计数据。
[0028]可选择地，所述S4包括：
[0029]S41：通过星地链路上传总任务需求，根据各照射目标任务优先度依次进行持续照射任务规划；
[0030]S42：通过星间链路分发当前照射目标的持续照射任务需求，选定第一颗接收任务的卫星为临时任务规划中心；
[0031]S43：更新各卫星对照射目标可见时间窗口和各卫星剩余可调度时间窗口；
[0032]S44：基于更新后的各卫星对照射目标可见时间窗口以及更新后的各卫星剩余可调度时间窗口，生成各卫星对照射目标的可服务时间窗口；
[0033]S45：根据各卫星对照射目标的可服务时间窗口和当前照射目标的持续照射任务需求，判断在所需持续照射时间区间各卫星是否能对照射目标提供持续不间断的照射服务，若是，进入S46；否则，反馈结果对该目标的持续照射任务不可行，剔除当前临时任务规划中心并返回S41；
[0034]S46：生成多星协同对当前照射目标持续照射的任务规划方案。
[0035]可选择地，所述S46包括：
[0036]S461：控制临时任务规划中心基于动态规划对当前照射目标所需持续照射的时间段进行切分，得到子任务集合；
[0037]S462：控制临时任务规划中心通过星间链路向巨型星座中包括自身的所有卫星发布招标信息，其中所述招标信息包括第1到i子任务；
[0038]S463：控制各卫星根据当前照射目标可提供服务窗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多星资源调度与任务规划方法，其特征在于，包括：S1：建立多星协同对多目标对象持续照射问题的应用场景模型；S2：基于所述应用场景模型，设置应用场景模型参数；S3：根据所述应用场景模型参数，基于Python与STK的接口通信，得到用于星座自主协同任务规划模块决策的测量统计数据；S4：利用所述测量统计数据规划星座自主协同任务。2.根据权利要求1所述的多星资源调度与任务规划方法，其特征在于，所述S1包括：S11：建立各研究对象的模型，得到各研究对象所对应的仿真模型，各研究对象包括巨型星座中各卫星对象和照射目标，各研究对象所对应的仿真模型包括卫星仿真模型、固定照射目标仿真模型、航空飞行器照射目标仿真模型、卫星载荷仿真模型、照射目标可视空间仿真模型和目标接收照射仿真模型；S12：根据研究对象运动学以及从属关系特征匹配各研究对象和各研究对象所对应的仿真模型；S13：基于各研究对象所对应的仿真模型提供相应的量化参数完成研究对象仿真模型定义，获得应用场景建模的模型参数；S14：根据所述模型参数，建立多星协同对多目标对象持续照射问题的应用场景模型。3.根据权利要求1所述的多星资源调度与任务规划方法，其特征在于，所述S13中，所述相应的量化参数包括：卫星仿真模型的量化参数、固定照射目标仿真模型的量化参数、航空飞行器照射目标仿真模型的量化参数、卫星载荷仿真模型的量化参数、照射目标可视空间仿真模型的量化参数和目标接收照射仿真模型的量化参数；所述卫星仿真模型的量化参数包括：卫星初始轨道参数和卫星姿态调整最大角速度，所述卫星初始轨道参数为卫星轨道六根数或卫星在地球地心惯性坐标系下的位置速度矢量；所述固定照射目标仿真模型的量化参数包括：照射目标在世界大地测量坐标系下所在位置的经纬高数据；所述航空飞行器照射目标仿真模型的量化参数包括：航空飞行器的飞行航路点信息，所述航空飞行器的飞行航路点信息包括该目标飞行器飞行路径中部分确定路径点对应的时刻、经纬高、飞行速度、转弯半径数据；所述卫星载荷仿真模型的量化参数包括卫星载荷发射功率和载荷天线增益；所述照射目标可视空间仿真模型的量化参数包括最小可视仰角α
min
、最大可视仰角α
max
和可视方位角区间[θ
min
,θ
max
]，其中，所述目标接收照射仿真模型的量化参数为最小接收功率密度ρ
min
，其中，P
t
为卫星载荷的发射功率，G
t
为卫星发射天线增益，π为圆周率，R为照射目标与卫星载荷的相距距离。
4.根据权利要求1所述的多星资源调度与任务规划方法，其特征在于，所述S3包括：S31：根据所述应用场景模型参数，基于Python与STK的接口通信，构建基于STK的多星协同对目标持续照射仿真场景；S32：对仿真场景中各研究对象的运动模型进行解算，获得各研究对象在仿真场景下的运动轨迹、姿态变化、相对运动信息；S33：根据各研究对象在仿真场景下的运动轨迹、姿态变化、相对运动信息，利用STK测量模块，得到用于星座自主协同任务规划模块决策的测量统计数据。5.根据权利要求1所述的多星资源调度与任务规划方法，其特征在于，所述S4包括：S41：通过星地链路上传总任务需求，根据各照射目标任务优先度依次进行持续照射任务规划；S42：通过星间链路分发当前照射目标的持续照射任务需求，选定第一颗接收任务的卫星为临时任务规划中心；S43：更新各卫星对照射目标可见时间窗口和各卫星剩余可调度时间窗口；S44：基于更新后的各卫星对照射...

【专利技术属性】
技术研发人员：江秀强，周创，季袁冬，钟苏川，孙国皓，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：