[发明专利]一种航天器多目标启发式排序任务规划方法

说明书

本发明公开的一种航天器多目标启发式排序任务规划方法，属于航空航天技术领域。本发明根据子系统内部约束特点，综合考虑航天器结构、任务需求、设备状态和航天器能力四项因素，对航天器的构成、资源、分系统功能以及需要满足的各种约束条件进行描述；针对航天器系统约束复杂和系统状态信息互相耦合特点，利用时间线刻画航天器的多个并行子系统，建立子系统内部状态转移图；同时，根据任务目标之间约束信息及状态转移图进行多目标启发式排序任务规划，通过评价值的正负确定各任务目标之间的排序，根据多目标启发式排序结果引导规划搜索方向，输出最终的多目标启发式排序任务规划求解结果，即完成航天器任务规划，缩减搜索空间，提高任务规划效率。

技术领域

本发明涉及一种航天器任务规划方法，特别是实现航天器多目标启发式排序任务规划方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

航天领域是二十一世纪世界技术发展的主要领域之一。由于航天任务中航天器一般距离地球远、飞行时间长、所处环境不确知等特点，导致航天器的操作和控制存在极大的挑战，例如通信的长时延问题、长期可靠性问题、实时操作问题等。

随着航天领域的发展，航天器高度依赖地面控制方式越来越不适应日益复杂的航天活动。因此，实现航天器自主任务规划，能够减少对地面站点的依赖，提高航天任务规划的自主性。航天器自主任务规划技术是解决远距离自主运行问题的一项关键技术。航天器根据空间环境的感知和认识及本身的能力和状态，利用智能规划理论技术，依据一段时间内的任务目标，自动地生成一组时间有序动作序列，并实时监测执行过程。

深空1号采用基于启发式调度测试系统(HSTS)，它将状态变量描述为时间线的形式，根据时间线的结构功能特点将规划与调度有机地结合在一起，能够准确的找到满足所有资源和时间约束的可行解。欧空局采用基于时间线的规划和约束满足技术，在MEXAR2的基础上，开发出了APSI(Advanced Planning and Scheduling Initiative)平台，将规划领域模型描述为并行的时间线集合，在规划过程中对时间线间同步性约束的进行推理和传播。

上述规划系统虽然均能够进行航天器自主任务规划，但是仍存在可以进步的空间。例如，APSI的局限性在于它的设计目的在于解决复杂度较高的问题，缺少对于一般问题的普适性；深空一号中未对任务进行分析排序，可能会引入无效的搜索步骤，引发不必要的回溯；并且单一的搜索模式会引发冗余的规划操作，大大增加搜索规划的时间，影响规划求解的效率。

发明内容

针对航天器任务规划问题中多任务约束复杂及冗余的规划操作引发的规划效率低下的问题，本发明公开的一种航天器多目标启发式排序任务规划方法要解决的技术问题是，提高航天器任务规划中问题搜索和求解速度，在更短的时间内获取合理的规划解，解决规划操作引发的规划效率低下的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种航天器多目标启发式排序任务规划方法，根据子系统内部约束特点，综合考虑航天器结构、任务需求、设备状态和航天器能力四项因素，对航天器的构成、资源、分系统功能以及需要满足的各种约束条件进行描述。针对航天器系统约束复杂和系统状态信息互相耦合特点，利用时间线刻画航天器的多个并行子系统，建立子系统内部状态转移图。同时，根据任务目标之间约束信息及状态转移图进行多目标启发式排序任务规划，通过评价值的正负确定各任务目标之间的排序，根据多目标启发式排序结果引导规划搜索方向，输出最终的多目标启发式排序任务规划求解结果，即完成航天器任务规划，缩减搜索空间，提高任务规划效率。

所述的子系统内部状态转移图指将模型中该子系统内部的状态转移通过图的形式进行表示。状态转移图是带有权值的有向图，节点表示该子系统内部的状态，边连接两个节点A,B，表示状态的转移，即从状态A转移到箭头指向的状态B，边的权值代表转移的代价。

所述的各种约束条件根据实际航天器系统而定，包括因果约束、时间约束和资源约束。