[发明专利]一种深空探测器自主任务规划时间约束几何处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深空探测器自主任务规划时间约束几何处理方法，属于深空 探测技术领域。

背景技术

在深空环境下，深空探测器与目标距离远、飞行时间长、所处环境动态多变， 传统地面站-航天器这样的控制方法已经无法满足操作费用、实时性、通讯网络 等各项要求。为达到较高的实时性要求，在探测器中应用自主技术成为重要途径。 而自主任务规划技术是自主技术的关键技术之一。

在深空探测领域中，采用自主任务规划，需要对时间进行表示、并对时间约 束进行处理。目前，时间约束网方法是探测器自主任务规划中采用的时间表示和 处理方法，并已经应用到了探索太空的项目中,如深空一号中自治远程代理系统、 美国规划、调度和约束推理平台EUROPA等。时间约束网方法的一个缺点是如 果改变其中一个点的约束或者新加入变量点，就要对所有点的值进行计算，若在 规划过程中引入一个活动，就会引入2个变量点，2*(n+1)个约束弧(n为原来 的变量点)，导致计算量急剧增加，不适合快速处理时间约束。

由于时间在二维情况下能够明确表示出时间的开始点、结束点和持续时间， 因此提出利用二维坐标系对时间进行表示并用几何方法处理时间约束。该方法首 先由Rit提出，后来Pujari、Kumari和Sattar进一步讨论了一下，其他只是简单 进行了介绍，而最近Ullberg使用了该方法表示少量的定量约束解决环境识别问 题中的区间推理问题。上述研究中虽然做了一定研究，但是没有详细给出利用二 维坐标系表示时间和处理时间约束的方法。

发明内容

本发明的目的是针对目前深空探测器自主任务规划中时间约束处理问题，为 了克服时间约束网计算量大且计算时间长的缺点，提出一种深空探测器自主任务 规划时间约束几何处理方法，是一种验证时间约束一致性(活动变量值域能够满 足所有约束)和约束几何处理方法，在任务规划活动变量众多的情况下，快速实 现时间约束处理，从而满足探测器实时性要求。

本发明通过设计时间约束几何处理方法实现，具体实现步骤如下：

步骤1，建立深空探测器时间规划问题模型。

深空探测器时间规划问题由探测器系统状态集合、探测器可执行活动变量集 合、活动间的约束集合、探测器初始状态以及目标状态组成，即V＝{v₁,v₂,...,v_m}。

其中，V＝{v₁,v₂,...,v_m}为状态变量集合，且v∈D_v，D_v为探测器能达到的状 态值域，m为状态变量的数量；O＝{o₁,o₂,...,o_n}为探测器可执行的活动变量集 合，n为活动变量的数量，任意一个探测器活动o_x具有开始点s_x、结束点e_x、持 续时间d_x，即o_x＝{s_x,e_x,d_x}；C为探测器活动间的约束集合，此处约束为两个 活动间的时间约束，即C(o_x,o_y)＝"o_xConso_y"，o_x与o_y为活动间约束对，Cons 为活动间约束关系；s_o为探测器初始状态，即当时间为0(相对零点)时，探测 器状态变量都对应相应的值；g为目标状态，即探测器各个变量需要达到的值。

步骤2，对步骤1中探测器活动变量及活动间的时间约束进行表示。

在处理时间约束之前，需要对探测器活动变量及时间约束进行表示。

1.对探测器活动变量及活动自身约束进行表示。