高轨SAR卫星多智能体协同任务决策系统的制作方法

高轨sar卫星多智能体协同任务决策系统
技术领域
1.本发明涉及高轨sar卫星总体设计技术领域，具体涉及高轨sar卫星多智能体协同任务决策系统。


背景技术：

2.任务决策是卫星系统根据地面测控上注的任务数据，自主生成卫星平台系统和载荷系统相互协同的一组指令序列，协调各设备协同完成sar成像任务，并对成像过程中整星健康状态进行监视，对应急故障事件及时处置。低轨sar卫星一般采用以数管中央处理单元计算机为核心的集中式任务决策系统。
3.高轨sar载荷系统和应用模式复杂，成像过程中平台、控制和sar载荷之间既互相配合又相互约束，因此传统的中心式决策系统难以满足决策实时性要求，无法实现卫星各分系统之间设计解耦。随着星载计算机处理能力的提升，星上设备尤其是传统仅执行简单指令的分系统设备逐渐转变为具有一定自主决策能力的智能体。因此需要卫星多智能体协同决策的设计，使卫星高效高可靠的完成成像任务。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提出了一种高轨sar卫星多智能体协同任务决策系统，能够实现卫星平台和卫星sar载荷之间的功能自治和协同工作，减少分系统间数据交互信息量，提高了整星对突发故障的响应速度。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
6.本发明的一种高轨sar卫星多智能体协同任务决策系统，包括平台智能体、控制智能体和sar载荷智能体；其中平台智能体在成像过程中完成整体时序编排，控制智能体在成像过程中分别完成控制分系统和载荷分系统的闭环操作；成像任务过程中平台智能体根据整星遥测和预置规则进行判断，并通知控制智能体和sar载荷智能体完成控制分系统和载荷分系统内部决策，控制智能体和sar载荷智能体根据分系统内部遥测和预置规则进行判断，并通知主智能体针对分系统紧急事件采取整星层面的处置。
7.其中，地面上注任务数据到平台智能体，由平台智能体检查平台任务数据完整性和正确性，检查载荷数据包完整性，并保存平台任务数据和载荷任务数据；任务执行前，平台智能体将任务数据按操作时序展开成指令序列；sar载荷智能体反馈数据检查结果，并由平台智能体处理错误情况；其中，sar载荷智能体保存载荷任务数据；控制数据由平台智能体根据任务所需姿态机动时长，提前发送给控制智能体进行姿态机动；任务执行过程中，平台智能体、控制智能体、sar载荷智能体分别独立监视整星平台、控制分系统和sar载荷分系统的健康状态，并在需要健康处置时，通过总线消息互相通知。
8.其中，载荷数据包由平台智能体实时转发或延时转发给sar载荷智能体，sar智能体检查数据内容完整性和正确性。
9.其中，地面将任务数据上注到星上后，首先由平台智能体制定整体调度的动作序
列，将任务数据按照平台、载荷、控制分系统三类展开为可执行的指令序列，按照特定的时序关系驱动相关分系统工作，同时对平台设备进行初始化设置和参数设置；控制分系统相关任务数据由平台智能体以一个或连续多个参数包的形式发送到控制智能体，由控制智能体协调控制分系统内设备自主完成姿态机动和成像期间姿态指向跟踪控制；载荷分系统相关任务数据由平台智能体以一个或连续多个参数包形式发送到载荷智能体，由载荷智能体协调sar载荷设备自主完成载荷开机、成像和关机。
10.其中，平台智能体每接收到一个新的成像任务数据，对其进行任务合法性检查，包括数据有效性检查和任务冲突检测；平台智能体删除未通过检查的任务，并将非法任务信息下传至地面，同时对任务非法信息进行存储，平台智能体软件更新检查通过任务的遥测信息，并通过测控信道下传；平台智能体对数传任务自主编排数据块和sar载荷数据注入块中数据填写的正确性进行判断；平台智能体对通过数据有效性检查的任务，进行任务间的冲突检测，在边记边放模式下记录载荷数据，同时回放载荷数据和历史数据。
11.其中，平台智能体将sar载荷数据包转发sar载荷智能体过程中，sar载荷智能体进行逐个任务接收正确与否的校验，并对任务校验结果通过遥测进行指示，若sar载荷智能体遥测显示某个任务上注有误，则需要地面重新进行该任务包的上注；待该次任务序列的所有任务上注指示遥测均显示正确后，该次任务上注完成。
12.其中，sar载荷智能体周期性通过接收秒脉冲时间码或平台智能体广播的时间码信息进行校时，并将校时结果及校时状态反馈至地面；sar载荷智能体校时完成后，查询待执行任务的执行时间信息，将该时间信息遥测反馈至地面；当任务执行时间到达后，按任务参数包执行当次任务；当任务执行完成后，待执行任务编号加1，当该任务号为待执行任务时，计时等待任务执行，否则任务编号继续加1直到搜索到待执行任务或跳出任务序列执行。
13.其中，控制智能体根据卫星姿态信息、轨道信息以及地面站地理位置信息计算数传天线指向地面站需要旋转的角度；在正常模式且使能数传天线转角发送的条件下，周期性向平台智能体发送一次数传天线的转角，平台智能体将控制智能体发送的数传天线转角发送给数传分系统，数传分系统根据转角信息控制数传天线转动使数传天线一直向地面站。
14.其中，控制智能体设计有偏置姿态控制、地面目标点指向控制、俯仰滚动导引控制、偏航导引控制以及预先指向控制；任务执行过程中整体调度的动作序列时为控制分系统机姿态动留足够时间。
15.其中，应急情况下多智能体信息交互流程具体为：
16.平台智能体进行整星级故障检测并采取措施，分别通过控制智能体和sar载荷智能体对自身采集的遥测参数进行健康判断，完成分系统级的自主故障诊断与处理，与平台智能体整星级故障诊断与处理互为补充，协同工作；
17.平台智能体根据整星所采集的载荷单机状态，针对开机的单机判定其遥测状态，若所判遥测连续多次异常则按照预置规则进行平台处理，同时通过总线指令通知载荷分系统设备关机；
18.sar载荷智能体具备载荷分系统遥测判读与事件上报功能，一旦判断到发生应急事件，sar载荷智能体即刻执行该条健康事件报告与事件处理操作，应急事件信息通过一级
总线向平台智能体发送，平台智能体按照预置规则进行平台处理；
19.控制智能体具备控制分系统遥测判读功能，一旦判断到控制分系统异常，则立即执行分系统内故障处置措施，并通过一级总线向平台智能体发送应急事件信息，平台智能体按照预置规则进行平台处理。
20.有益效果：
21.1、本发明的卫星多智能体协同的任务决策系统可以将复杂成像和数据下传操作通过分解到相对独立又互相配合的几个智能体完成，提升了卫星智能化工作能力。本发明在成像任务过程中实现了卫星平台设计和载荷设计的解耦，优化了整星数据流设计，提升了故障情况下的响应实时性，加快了卫星的研制效率。
22.2、本发明系统将卫星任务决策系统通过平台智能体和载荷智能体协同实现，实现了卫星平台和卫星sar载荷之间的功能自治和协同工作，sar载荷多为大功率器件，在成像过程中遇到紧急故障情况，可通过sar载荷智能体实时处理，减少信息交互的延误，减少了分系统间数据交互信息量。在任务决策过程中，平台智能体和载荷智能体既可独立处理突发事件又有相关协同机制，提高了整星对突发故障的响应速度。
23.3、本发明方法将载荷成像的工作由传统的以单中心处理为主，转变为多智能体协同决策，将成像任务决策分为平台动作、姿态机动、载荷动作三部分，实现了平台处理流程、控制处理流程和载荷处理流程的解耦，因此在sar载荷操作使用复杂的情况下，可通过载荷智能体实现sar载荷操作的自主就近处理。
24.4、本发明由于高轨卫星数传实时可见，故边记边放为在轨主要使用模式，该模式下记录载荷数据，同时回放载荷数据和历史数据。每个以边记边放任务由若干个数传任务自主编排数据块加若干个sar载荷数据注入块组成，地面通过测控信道上注后，平台智能体将之展开并协调sar载荷智能体和控制智能体共同按照一定时序执行。
25.5、本发明可以实现应急情况下多智能体信息交互，适应性强，提高了整星对突发故障的响应速度。
26.6、本发明中，载荷数据包可由平台智能体实时转发给sar载荷智能体，sar智能体检查数据内容完整性和正确性，也可延时转发给sar载荷智能体，sar载荷智能体保存载荷任务数据。平台智能体将sar载荷数据包转发sar载荷智能体过程中，sar载荷智能体进行逐个任务接收正确与否的校验，并对任务校验结果通过遥测进行指示，其中任务校验具体指：首先对每个数据包进行累加和校验并计数，然后判断每个任务编号正确接收的数据包总数与“当前任务总数据块数”是否相同，sar智能体能够实现检查数据内容完整性和正确性。
附图说明
27.图1为本发明系统中星上多智能体之间协作关系示意图。
28.图2为本发明中边记边放任务多智能体任务处理流程示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
30.本发明提供了一种高轨sar卫星多智能体协同任务决策系统，包括平台智能体、控制智能体和sar载荷智能体。其中平台智能体作为主智能体，控制智能体和sar载荷智能体
作为从智能体。成像过程中，由主智能体完成整体时序编排，两个从智能体在成像过程中分别完成控制分系统和载荷分系统的闭环操作。成像任务过程中主智能体根据整星遥测和预置规则进行判断，并通知从智能体完成控制分系统和载荷分系统内部决策。两个从智能体根据分系统内部遥测和预置规则进行判断，并通知主智能体针对分系统紧急事件采取整星层面的处置。具体工作过程为：
31.地面上注任务数据到平台智能体，由平台智能体检查平台任务数据完整性和正确性，检查载荷数据包完整性，并保存平台任务数据和载荷任务数据。任务执行前，平台智能体将任务数据按操作时序展开成指令序列；sar载荷智能体反馈数据检查结果，并由平台智能体处理错误情况。其中，载荷数据包可由平台智能体实时转发给sar载荷智能体，sar智能体检查数据内容完整性和正确性，也可延时转发给sar载荷智能体，sar载荷智能体保存载荷任务数据。控制数据由平台智能体根据任务所需姿态机动时长，提前发送给控制智能体进行姿态机动。任务执行过程中，平台智能体、控制智能体、sar载荷智能体分别独立监视整星平台、控制分系统、sar载荷分系统健康状态，并在需要健康处置时，通过总线消息互相通知。
32.具体地，本发明系统中星上多智能体之间协作关系如图1所示。地面将任务数据上注到星上后，首先由平台智能体制定整体调度的动作序列，将任务数据按照平台、载荷、控制分三类展开为可执行的指令序列，按照特定的时序关系驱动相关分系统工作，同时对平台设备(不包括控制分系统设备)进行必要的设置(如初始化设置、参数设置等)。控制分系统相关任务数据由平台智能体以一个或连续多个参数包的形式发送到控制智能体，由控制智能体协调控制分系统内设备自主完成姿态机动和成像期间姿态指向跟踪控制。载荷分系统相关任务数据由平台智能体以一个或连续多个参数包形式发送到载荷智能体，由载荷智能体协调sar载荷设备自主完成载荷开机、成像和关机。
33.平台智能体处理流程具体为：
34.平台智能体每接收到一个新的成像任务数据，对其进行任务合法性检查，包括数据有效性检查和任务冲突检测。平台智能体删除未通过检查的任务，并将非法任务信息下传至地面。同时对任务非法信息进行存储，以便用户在轨查询。检查通过的任务，平台智能体软件更新任务代号和计数等遥测信息，并通过测控信道下传。平台智能体对数传任务自主编排数据块和sar载荷数据注入块中数据填写的正确性进行判断，如数传任务自主编排数据块中的数据取值应当有效、每个任务必须提前当前星时至少δt_pre上注、回放任务时间δt
play_back_en
满足回放文件时长要求等。平台智能体对通过数据有效性检查的任务，进行任务间的冲突检测，如上注的任务序号与星上已有任务序号不能重复、两个任务执行时刻不能存在重合。由于高轨卫星数传实时可见，故边记边放为在轨主要使用模式，该模式下记录载荷数据，同时回放载荷数据和历史数据。本发明以边记边放任务为例进行说明，每个以边记边放任务由若干个数传任务自主编排数据块加若干个sar载荷数据注入块组成，地面通过测控信道上注后，平台智能体将之展开并协调sar载荷智能体和控制智能体共同按照一定时序执行。以sar载荷数据注入块为例，若干个上注参数包的数据完整性校验通过表1所示格式保证，表1中“载荷块识别字”用于进行sar载荷分系统数据包类型区分，当载荷块识别字标识该包为非任务执行参数包时，平台智能体收到相应数据包后直接转发给sar载荷智能体；当载荷块识别字标识该包为任务执行参数包时，平台智能体根据“载荷注入块发
送使能”设置确定是否将该相应数据包实时转给sar载荷智能体。当载荷块识别字标识该包为任务执行参数包时，“当次任务总数据块数”用于表征该次sar载荷智能体开机需要执行的任务总数据块数，包括开关机指令包与所有参数包。“当次任务编号”用于表征当前任务在总任务序列中的编号。
35.平台智能体根据星上数据(sar遥感数据)生成时刻t
data_gen
(相对星上零时的utc时间)、持续时间周期δt
data_dur
、固存回放的时间需求为δt
play_back
＝δt
play_back_payload
+δt
play_back_en
(载荷数据回放的时间需求δt
play_back_payload
、历史记录载荷文件的回放时间需求δt
play_back_en
)对平台、sar载荷、控制三个智能体的处理流程进行编排。形成如图2所示边记边放任务处理流程，以及表2所示边记边放任务处理时序关系。
36.表1为以载荷参数为例的连续注入参数包数据格式
[0037][0038][0039]
表2边记边放任务处理时序关系
[0040]
[0041]
sar载荷智能体处理流程具体为：
[0042]
平台智能体将sar载荷数据包转发sar载荷智能体过程中，sar载荷智能体进行逐个任务接收正确与否的校验，并对任务校验结果通过遥测进行指示(任务校验具体指：首先对每个数据包进行累加和校验并计数，然后判断每个任务编号正确接收的数据包总数与“当前任务总数据块数”是否相同)。若sar载荷智能体遥测显示某个任务上注有误，则需要地面重新进行该任务包的上注。待该次任务序列的所有任务上注指示遥测均显示正确后，该次任务上注完成。
[0043]
sar载荷智能体周期性通过接收秒脉冲时间码或平台智能体广播的时间码信息进行校时，并将校时结果及校时状态反馈至地面。sar载荷智能体校时完成后，查询待执行任务的执行时间信息，将该时间信息遥测反馈至地面。当任务执行时间到达后，按任务参数包执行当次任务，执行流程如图2所示。当任务执行完成后，待执行任务编号加1，当该任务号为待执行任务时，计时等待任务执行，否则任务编号继续加1直到搜索到待执行任务或跳出任务序列执行。
[0044]
控制智能体处理流程具体为：
[0045]
控制智能体根据卫星姿态信息、轨道信息以及地面站地理位置信息(地理经度、纬度和高程)计算数传天线指向地面站需要旋转的角度。在正常模式且使能数传天线转角发送的条件下，周期性向平台智能体发送一次数传天线的转角，平台智能体将控制智能体发送的数传天线转角发送给数传分系统，数传分系统根据转角信息控制数传天线转动使数传天线一直向地面站。控制智能体可初始装订若干个地面站的地理位置信息，地面可通过遥控选择地面站。
[0046]
控制智能体设计了偏置姿态控制(ref)、地面目标点指向控制(etp)、俯仰滚动导引控制(prs)、偏航导引控制(yps)以及预先指向控制等若干种姿态指向控制方式。任务执行过程中整体调度的动作序列时为控制分系统机姿态动留足够时间，方法如下：
[0047]
首先判断上次任务结束时卫星姿态控制方式，并与当前任务需求的卫星姿态控制方式相比较，首先确定δt
atti_maneu
成像前控制姿态机动开始至稳定具备成像条件的持续时间，然后确定t
atti_maneu
成像前控制姿态机动开始时刻，t
atti_maneu
＝t
data_gen-δt
atti_maneu
，以此为依据填写姿态指向跟踪控制方式设置指令。
[0048]
成像完成后，根据成像任务来确定t
atti_maneu_end
成像结束后控制姿态机动开始时刻，t
atti_maneu_end
＝t
data_gen
+δt
play_back
；并预估卫星姿态稳定的时刻，即δt
atti_maneu_end
，为下一次任务预估δt
atti_maneu
做准备工作。
[0049]
应急情况下多智能体信息交互流程具体为：
[0050]
平台智能体进行整星级故障检测并采取措施，分别通过控制智能体和sar载荷智能体对自身采集的遥测参数进行健康判断，完成分系统级的自主故障诊断与处理，与平台智能体整星级故障诊断与处理互为补充，协同工作。
[0051]
平台智能体根据整星所采集的载荷单机状态，针对开机的单机判定其遥测状态，若所判遥测连续多次异常则按照预置规则进行平台处理，同时通过总线指令通知载荷分系统设备关机。
[0052]
sar载荷智能体具备载荷分系统遥测判读与事件上报功能，一旦判断到发生应急事件，sar载荷智能体即刻执行该条健康事件报告与事件处理操作，应急事件信息通过一级
总线向平台智能体发送，平台智能体按照预置规则进行平台处理。
[0053]
控制智能体具备控制分系统遥测判读功能，一旦判断到控制分系统异常，则立即执行分系统内故障处置措施，并通过一级总线向平台智能体发送应急事件信息，平台智能体按照预置规则进行平台处理。
[0054]
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。