[发明专利]一种基于合同网的分布式星群任务协同规划方法和系统

说明书

本发明提出一种基于合同网的分布式星群任务协同规划方法，包括：任务接收星接收引导任务；所述任务接收星按照任务管理星选择规则，计算各星任务属性；任务管理星确定所发布的任务合同内容；任务执行星收到任务后，根据任务可执行性，反馈任务信息；所述任务管理星收集所有任务反馈信息，选择协同效益最高的任务信息，并给所选择的执行星发布任务执行命令，完成任务合同签署；被选择的任务执行星收到执行命令后，按照编制合同的要求执行任务，并将执行结果实时反馈给任务管理星；所述任务管理星接收所有执行星执行状态，融合各执行星反馈的目标单星观测信息，生成目标综合态势信息，发送给态势信息使用者。

技术领域

本发明涉及卫星观测领域，具体涉及一种分布式遥感卫星星群对地、对空观测多任务协同规划方法和系统。

背景技术

随着空间多任务探索、对地对空多目标观测等应用的推动，卫星等航天器之间的组网协同任务模式成为趋势。现有的顶层任务协同规划组织策略主要包括集中式策略和分布式策略两种。集中式规划系统主要由一个中心规划节点和多个执行节点组成。中心规划节点主要完成整个集群系统任务规划，并各执行节点的信息接收和融合，然后为每个执行节点生成任务指令，执行节点按照任务指令完成规定任务。受限于集中式框架，要求通信链路具有较高的带宽，且规划系统对动态环境的响应较慢，这就降低了任务规划系统的整体效能。采用MAS(Multi-Agent System)技术的分布式策略，通过各个Agent之间的自主协同，完成任务分配，能对任务需求提供快速规划服务，且具有高扩展性和强鲁棒性。相对于传统的集中式星群组织，分布式星群具备工作方式灵活、冗余度高、资源使用效率高等优点，通过协同工作完成目标信息采集和观测等任务。

分布式卫星系统决策问题的分布性和高动态特点，给传统的卫星规划与调度方式提出了新的挑战。按照传统的集中控制方法，通常是由地面的规划系统生成一个满足所有需求的非常详细的长期计划，这往往涉及到复杂的模型求解，并且要消耗大量的时间。而且，计划生成之后还要在合适的时间窗内上传至卫星执行，这个过程需要频繁的星地交互，在动态情况下，往往无法及时对新的需求或者意外事件做出快速响应。因此必须研究新的决策方法和机制，以满足分布式卫星系统决策问题的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于合同网的分布式星群任务协同规划方法，用于明确任务协商层次关系，有效解决星群规划协商策略问题，该方法包括如下步骤：

任务接收星接收引导任务；

所述任务接收星按照任务管理星选择规则，计算各星任务属性，选择该任务的管理星，并将收到的任务信息发送给所选择的任务管理星；

任务管理星确定所发布的任务合同内容，所述任务合同内容中包括：目标实测点位置、速度、初始优先级及对应实测时刻；

任务执行星收到任务后，根据任务可执行性，反馈任务信息，所述任务信息中包括任务可执行时段；

所述任务管理星收集所有任务反馈信息，选择协同效益最高的任务信息，并给所选择的执行星发布任务执行命令，完成任务合同签署；

被选择的任务执行星收到执行命令后，按照编制合同的要求执行任务，并将执行结果实时反馈给任务管理星；

所述任务管理星接收所有执行星执行状态，融合各执行星反馈的目标单星观测信息，生成目标综合态势信息，发送给态势信息使用者。

特别地，所述选择规则包括：观测时刻优先、观测时长优先和与目标距离较近优先；设低轨星群卫星ID集合为S，设第i颗低轨卫星从收到任务引导信息后，到该星可对目标进行观测的时间为m_i，第i颗低轨卫星可对该目标进行观测的总时长为d_i，第i颗低轨卫星距离目标在三维空间内的距离为r_i，|·|表示集合的基数；所述观测时刻优先的选择规则包括：选择第i颗星为任务管理星的充分必要条件是：