基于分布式计算的星座协同动态任务规划方法及系统与流程

本发明涉及卫星星座的协同任务规划，具体地，涉及一种基于分布式计算的星座协同动态任务规划方法及系统。尤其涉及一种基于分布式计算集中决策架构的星座协同动态任务规划方法及系统。

背景技术：

1、对地观测卫星在各种航天器中占有很大的比重，其主要任务是利用包括可见光、红外、sar等星载传感器，获取地面目标的图像和信号等信息。多星多任务统筹规划用于制定卫星任务执行的规划方案，它影响着卫星星座的整体效能。

2、在大规模星座观测任务协同规划过程中，任务类型复杂，约束条件多样，目标函数影响因素多，星上计算资源与星座任务规划问题求解复杂度之间的矛盾越来越突出。为了实现大规模星座对地观测任务资源调度达到全局最优，让这一问题的求解在一颗星上实现很难达到，且对整个星座而言，可靠性太低。因此，应将算力尽可能均匀分布至星座内所有卫星，同时采用集中决策，使整个星座的资源调度达到最优。

3、专利文献cn106850038a公开了一种针对敏捷卫星的任务规划方法。该专利文献主要针对单颗敏捷卫星对目标可见窗口的计算及动作序列优选，而本发明主要解决多星之间的任务分配问题。

4、专利文献cn107153884b公开了一种面向卫星任务规划的筛选方法。该专利文献主要针对单颗卫星扫描条带的组合方法，而本发明解决多星对点目标和区域目标的分配问题。

5、专利文献cn108333922b公开了一种基于智能化与约束推理的单星自主任务规划方法。该专利文献采用智能优化算法解决单星任务队列的冲突问题，而本发明侧重提出一种星座协同架构，冲突消解采用启发式算法，未涉及智能算法。

6、专利文献cn108171374a公开了一种基于模拟退火算法的对地观测卫星任务规划方法，采用模拟退火算法解决单星任务队列的冲突问题，而本发明侧重提出一种星座协同架构，冲突消解采用启发式算法。

7、专利文献cn111950877b公开了一种多星编队协同区域成像自主任务规划方法及系统，该专利文献主要针对多星编队轨道构型的区域成像拼接方法，而本发明对星座轨道构型无特定要求。

8、综上所述，用户的各种任务需求越来越复杂，对任务的完成质量要求也越来越高。复杂任务及高要求任务的完成，都需要不同卫星之间根据实际情况自主地进行沟通和协同，而约束条件多样，目标函数影响因素多，星上计算资源与星座任务规划问题求解复杂度之间的矛盾越来越突出。

9、因此，市场上需要一种能够使整个星座的资源调度达到最优的一种基于分布式计算的星座协同动态任务规划方法及系统。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于分布式计算的星座协同动态任务规划方法及系统。

2、根据本发明提供的一种基于分布式计算的星座协同动态任务规划方法，包括：

3、步骤s1：星座任务规划通过双触发机制启动；

4、步骤s2：主星检索星座任务单中待完成的任务，根据当前卫星状态情况发送启动包给各星；

5、步骤s3：从星根据本星卫星状态，同步信息计算启动包内每个任务目标的可见时间窗口；

6、步骤s4：从星基于本星能力约束筛选后，返回各类目标可执行情况，生成应答包；

7、步骤s5：主星收到所有从星的应答包后，通过权衡收益及集中决策实现任务目标分配至星座内所有卫星；

8、步骤s6：从星接收主星的分配包，执行单星任务规划，反馈实际任务可安排情况，生成反馈包发送至主星；

9、步骤s7：主星接收所有从星的反馈包，更新目标任务计划。

10、优选地，所述双触发机制包括周期触发和事件触发；

11、所述事件触发的因素包括不同情况导致的任务状态变化、目标状态变化和卫星变化；

12、所述启动包内包括本次协同规划涉及到的星座任务号、参与卫星编号、规划的时间区间；

13、所述同步信息包括星座任务、目标态势、任务计划和卫星状态；

14、所述约束筛选包括满足目标与载荷视场的可见时间窗口，扣除已占用任务时间窗口；

15、所述任务计划包括任务号、目标号、上一次执行星执行时间、下一次执行星执行时间等。

16、优选地，星座任务、卫星状态、目标态势、任务计划在星座内定期同步，四者之间的id互相关联。

17、优选地，所述步骤s5中主星在发出启动包后，预留一定的时间，陆续接受从星的应答包，在预留时间截止接收，主星根据从星窗口预约束情况，启动集中决策完成从星目标分配。

18、优选地，所述步骤s6中单星任务规划根据自身目前已安排任务队列情况，将主星分配的任务插入至空闲时间窗口中，并完成冲突消解。

19、根据本发明提供的一种基于分布式计算的星座协同动态任务规划系统，包括：

20、模块m1：星座任务规划通过双触发机制启动；

21、模块m2：主星检索星座任务单中待完成的任务，根据当前卫星状态情况发送启动包给各星；

22、模块m3：从星根据本星卫星状态，同步信息计算启动包内每个任务目标的可见时间窗口；

23、模块m4：从星基于本星能力约束筛选后，返回各类目标可执行情况，生成应答包；

24、模块m5：主星收到所有从星的应答包后，通过权衡收益及集中决策实现任务目标分配至星座内所有卫星；

25、模块m6：从星接收主星的分配包，执行单星任务规划，反馈实际任务可安排情况，生成反馈包发送至主星；

26、模块m7：主星接收所有从星的反馈包，更新目标任务计划。

27、优选地，所述双触发机制包括周期触发和事件触发；

28、所述事件触发的因素包括不同情况导致的任务状态变化、目标状态变化和卫星变化；

29、所述启动包内包括本次协同规划涉及到的星座任务号、参与卫星编号、规划的时间区间；

30、所述同步信息包括星座任务、目标态势、任务计划和卫星状态；

31、所述约束筛选包括满足目标与载荷视场的可见时间窗口，扣除已占用任务时间窗口；

32、所述任务计划包括任务号、目标号、上一次执行星执行时间、下一次执行星执行时间等。

33、优选地，星座任务、卫星状态、目标态势、任务计划在星座内定期同步，四者之间的id互相关联。

34、优选地，所述模块m5中主星在发出启动包后，预留一定的时间，陆续接受从星的应答包，在预留时间截止接收，主星根据从星窗口预约束情况，启动集中决策完成从星目标分配。

35、优选地，所述模块m6中单星任务规划根据自身目前已安排任务队列情况，将主星分配的任务插入至空闲时间窗口中，并完成冲突消解。

36、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

37、本发明通过基于分布式计算集中决策架构的星载自主任务规划系统的规划与调度，星座可以对观测目标实现自主决策，从而选择最重要的观测目标、最优的观测姿态及精准的观测时机，实现对给定高价值目标的高质量成像。