本發(fā)明屬于衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃，具體地說是一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星在軌自主規(guī)劃任務(wù)是指衛(wèi)星在沒有地面直接干預(yù)或僅在必要條件下接受遙控命令的情況下，自主進行任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行的過程；這一過程體現(xiàn)了衛(wèi)星的高度自主性和智能化水平，對于提高衛(wèi)星系統(tǒng)的靈活性和響應(yīng)速度具有重要意義；

2、然而，隨著航天技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星在國防、民用等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，任務(wù)復(fù)雜性和多樣性顯著增加；傳統(tǒng)的人工任務(wù)規(guī)劃方法不僅耗費大量人力資源，而且難以應(yīng)對復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境和多變的任務(wù)需求。

3、為此，本領(lǐng)域技術(shù)人員提出了一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)來解決背景技術(shù)提出的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中衛(wèi)星運行難以應(yīng)對復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境和多變的任務(wù)需求等問題。

2、一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，包括：任務(wù)接收機構(gòu)，負(fù)責(zé)接收地面上傳的任務(wù)群，并進行初步處理；任務(wù)排序、規(guī)劃機構(gòu)，對任務(wù)進行優(yōu)先級和收益率排序，并生成任務(wù)規(guī)劃方案；任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)規(guī)劃方案執(zhí)行觀測、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)記錄等操作；數(shù)據(jù)處理機構(gòu)，對任務(wù)產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)進行快速處理與提取，并實時進行質(zhì)量檢測以及修正；監(jiān)測評估機構(gòu)，對任務(wù)執(zhí)行過程進行實時監(jiān)測，評估任務(wù)執(zhí)行結(jié)果，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3、優(yōu)選地，所述任務(wù)接收機構(gòu)，包括負(fù)責(zé)接收地面控制站上傳的任務(wù)群，以及多個區(qū)域觀測信息，以此達到不僅能夠?qū)Φ孛嫒蝿?wù)進行接收，也能夠?qū)臻g站及其他衛(wèi)星發(fā)出的任務(wù)進行接收的目的；衛(wèi)星接收上傳的任務(wù)群，以及多個待執(zhí)行的任務(wù)，從而便于對多個任務(wù)進行同時接收，并能夠分批次排列處理；對任務(wù)群中的任務(wù)進行優(yōu)先級排序，通常根據(jù)任務(wù)的緊急程度、重要性或收益率等因素進行依次處理，以此提高任務(wù)處理效率，并能夠合理安排任務(wù)處理時間，避免任務(wù)沖突。

4、優(yōu)選地，所述任務(wù)排序、規(guī)劃機構(gòu)包括在同一優(yōu)先級中，進一步進行任務(wù)收益率排序，以獲取最終的任務(wù)隊列，從而提高任務(wù)處理的效率，避免緊急任務(wù)排后處理，影響了正常運行的軌跡，造成不必要損失；從任務(wù)隊列中選擇優(yōu)先級高且收益率高的單個區(qū)域任務(wù)作為當(dāng)前要執(zhí)行的任務(wù)，從而達到任務(wù)安排的合理性；獲取當(dāng)前任務(wù)的觀測軌跡和觀測時間、觀測目標(biāo)等相關(guān)信息，詳細(xì)記錄任務(wù)的時間，以及處理的方式，不僅能夠規(guī)劃此次任務(wù)方式，并能夠為后續(xù)任務(wù)安排提供數(shù)據(jù)參考；根據(jù)衛(wèi)星的軌道空閑時間與重點觀測區(qū)域信息，計算觀測時間和目標(biāo)的匹配區(qū)域，進行姿態(tài)規(guī)劃，能夠根據(jù)時間、空間和環(huán)境等實時因素，對衛(wèi)星自主任務(wù)進行合理排布，以此獲取實時最佳數(shù)據(jù)。

5、優(yōu)選地，所述任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)包括執(zhí)行依次規(guī)劃完成的任務(wù)，以及依次完成觀測、數(shù)據(jù)傳輸操作，避免多項任務(wù)造成沖突，以此提高多項任務(wù)的執(zhí)行效率；在任務(wù)執(zhí)行過程中進行實時監(jiān)測，檢測任務(wù)執(zhí)行是否異常，系統(tǒng)工作模式、數(shù)傳記錄狀態(tài)、相機開機狀態(tài)等是否正常，若發(fā)現(xiàn)執(zhí)行異常，根據(jù)異常情況進行相應(yīng)的處理，如重新生成觀測需求任務(wù)并替換異常任務(wù)，留取任務(wù)執(zhí)行日志，對任務(wù)中出現(xiàn)的異常情況進行實時記錄，以此便于后續(xù)任務(wù)中復(fù)盤觀測，或是后續(xù)任務(wù)中進行有效規(guī)避。

6、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理機構(gòu)包括對任務(wù)執(zhí)行產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)進行快速處理與提取，設(shè)定圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進行檢測，以此達到在任務(wù)數(shù)據(jù)處理時，獲取足夠全面的數(shù)據(jù)，并進行留存處理；若圖像未達到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或存在敏感目標(biāo)，則進行相應(yīng)處理，如重新執(zhí)行任務(wù)或刪除不合格任務(wù)，判定任務(wù)不合格，并進行數(shù)據(jù)留存，以此便于對任務(wù)不合格原因進行探究，為后續(xù)任務(wù)進行規(guī)避設(shè)計。

7、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理機構(gòu)還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理，對原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，歸一化可以將不同量綱的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一量綱下；

8、歸一化的計算公式如下，

9、zx?i?j＝max(x)-min(x)x-min(x)

10、其中，x?i?j表示第i個指標(biāo)的第j個數(shù)據(jù)，x?i表示第i個指標(biāo)的所有數(shù)據(jù)集合，min(xi)和max(xi)分別表示該集合中的最小值和最大值；

11、信息熵是衡量數(shù)據(jù)不確定性的一個重要指標(biāo)，

12、信息熵的計算公式如下，

13、首先，計算歸一化后數(shù)據(jù)的概率分布，

14、px?i?j＝∑zx?zx

15、然后，根據(jù)概率分布計算信息熵，

16、exi＝-l?n(n)-1*j＝1∑npx?i?jl?n(px?i?j)

17、其中，n表示數(shù)據(jù)點的數(shù)量；

18、在信息熵的基礎(chǔ)上，可以進一步計算出各個指標(biāo)的權(quán)重；權(quán)重的分配通常與信息熵成反比，即信息熵越小，表示該指標(biāo)的不確定性越小，對任務(wù)的影響越大，因此權(quán)重也越大；權(quán)重的具體計算方法可能因應(yīng)用場景而異，但一般可以通過信息熵的某種變換得到；

19、在衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃中，將多種因素進行歸一化處理，并賦予不同的權(quán)重，然后加權(quán)求和得到任務(wù)的優(yōu)先級；

20、具體的計算公式形式如下，

21、pr?i?ok＝i＝1∑mwi*f?i(taskk)

22、其中，pr?i?ok表示第k個任務(wù)的優(yōu)先級，m表示影響任務(wù)優(yōu)先級的因素數(shù)量，wi表示第i個因素的權(quán)重，f?i(taskk)表示第i個因素對第k個任務(wù)的影響程度函數(shù)。

23、優(yōu)選地，所述監(jiān)測評估機構(gòu)包括記錄任務(wù)完成情況和相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)任務(wù)規(guī)劃提供參考；對接收到的數(shù)據(jù)進行有效管理，并對數(shù)據(jù)的分類、存儲、檢索和傳輸。

24、優(yōu)選地，所述監(jiān)測評估機構(gòu)還包括評估任務(wù)規(guī)劃是否科學(xué)、合理，是否符合衛(wèi)星系統(tǒng)的實際能力和技術(shù)要求；對任務(wù)規(guī)劃中的潛在技術(shù)風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險、操作風(fēng)險等進行識別和評估；評估任務(wù)規(guī)劃的穩(wěn)定性和可靠性，確保在復(fù)雜多變的環(huán)境中能夠持續(xù)有效地執(zhí)行；評估任務(wù)是否按照規(guī)劃要求全部完成，包括任務(wù)目標(biāo)的達成情況、數(shù)據(jù)收集的質(zhì)量等。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

26、本發(fā)明通過設(shè)置任務(wù)接收模塊、任務(wù)優(yōu)先級排序模塊、觀測軌跡獲取模塊、任務(wù)規(guī)劃模塊和任務(wù)執(zhí)行模塊，各模塊之間通過數(shù)據(jù)接口進行信息交互，共同實現(xiàn)衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行，具有提高衛(wèi)星任務(wù)執(zhí)行的靈活性和效率，減少人工干預(yù)，提升衛(wèi)星資源的利用率的優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述任務(wù)接收機構(gòu)，包括負(fù)責(zé)接收地面控制站上傳的任務(wù)群，以及多個區(qū)域觀測信息；

3.如權(quán)利要求1所述一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述任務(wù)排序、規(guī)劃機構(gòu)包括在同一優(yōu)先級中，進一步進行任務(wù)收益率排序，以獲取最終的任務(wù)隊列；

4.如權(quán)利要求1所述一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)包括執(zhí)行依次規(guī)劃完成的任務(wù)，以及依次完成觀測、數(shù)據(jù)傳輸操作；

5.如權(quán)利要求1所述一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理機構(gòu)包括對任務(wù)執(zhí)行產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)進行快速處理與提取，設(shè)定圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進行檢測；

6.如權(quán)利要求5所述一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理機構(gòu)還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理，對原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，歸一化可以將不同量綱的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一量綱下；

7.如權(quán)利要求1所述一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述監(jiān)測評估機構(gòu)包括記錄任務(wù)完成情況和相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)任務(wù)規(guī)劃提供參考；

8.如權(quán)利要求7所述一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述監(jiān)測評估機構(gòu)還包括評估任務(wù)規(guī)劃是否科學(xué)、合理，是否符合衛(wèi)星系統(tǒng)的實際能力和技術(shù)要求；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃方法及系統(tǒng)，包括：任務(wù)接收機構(gòu)，負(fù)責(zé)接收地面上傳的任務(wù)群，并進行初步處理；任務(wù)排序、規(guī)劃機構(gòu)，對任務(wù)進行優(yōu)先級和收益率排序，并生成任務(wù)規(guī)劃方案；任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)規(guī)劃方案執(zhí)行觀測、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)記錄等操作；數(shù)據(jù)處理機構(gòu)，對任務(wù)產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)進行快速處理與提取，并實時進行質(zhì)量檢測以及修正；監(jiān)測評估機構(gòu)，對任務(wù)執(zhí)行過程進行實時監(jiān)測，評估任務(wù)執(zhí)行結(jié)果，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；本發(fā)明通過設(shè)置任務(wù)接收模塊、任務(wù)優(yōu)先級排序模塊、觀測軌跡獲取模塊、任務(wù)規(guī)劃模塊和任務(wù)執(zhí)行模塊，各模塊之間通過數(shù)據(jù)接口進行信息交互，共同實現(xiàn)衛(wèi)星在軌自主任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行。

技術(shù)研發(fā)人員：亓廣宇
受保護的技術(shù)使用者：未來宇航（上海）航天科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6