一种基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统组织方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统组织方法，包括：建立卫星智能体的结构模型；接到地面发送的任务，该卫星智能体迅速与附近的卫星智能体建立联系；按照卫星有效载荷能力进行马赛克能力拆分得到马赛克能力模块；对拆分后的马赛克能力模块进行马赛克拼接，建立具有管理卫星智能体和工作卫星智能体的空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型；管理卫星智能体制定本次多星协作的任务规划调度方案，工作卫星智能体判断下发任务与自身原有任务是否冲突，若冲突，管理卫星智能体重新制定方案，直至冲突消失后，执行任务。该方法将任务执行拓宽到多个维度，全面提升了任务执行效果，提高目标的识别概率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统组织方法
本专利技术涉及的是一种基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统组织方法，属于航空航天领域。
技术介绍
分布式卫星系统(DistributedSatelliteSystem,DSS)是由多个卫星组成的任务体系结构，通过体系内的卫星相互协同完成对地观测、导航、通信等任务。现有的分布式卫星系统由指定的卫星组网形成，可供分布式卫星进行内部协作、自主决策、规划调度以及自主执行任务等。分布式卫星系统根据分布式卫星系统的空间分布尺度、卫星同构程度、协同程度等特性，可将分布式卫星系统划分为星座、卫星编队、卫星集群、卫星列车、分离模块卫星系统、联邦卫星系统等。不同类型的分布式卫星系统，对系统构型可重构的要求不同，如：卫星集群、联邦卫星系统对于构型控制较低或不要求卫星满足一定构型；而卫星编队、星座等要求构型准确以及可重构。星座卫星成员都是预先由地面工程人员设计制造，发射入轨组成。典型的分布式可重构空间系统如GPS卫星星座等。如GPS卫星星座有24颗工作卫星和4颗备份卫星组成，24颗工作卫星均匀分布在6个轨道面上，距离地面约20000千米。现有的卫星编队、卫星集群可由同构或异构的卫星组成，执行简单的协作任务。专利技术人发现，现有的分布式卫星系统注重单星的在轨协同，星间组网灵活性差，必须是由地面人员预先指定的卫星组成，不能轻易加入在轨的卫星。组网后分布式卫星系统能力模式单一，不能根据任务特性来灵活改变能力模式。如GPS星座只能用来导航。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术将马赛克拼接的思想应用在分布式可重构卫星系统中，提供了一种基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统组织方法，该方法不注重组网卫星的类型，而是基于卫星能力将其组合，设计了具有单星自治和多星协作能力的分布式可重构卫星系统。以类似于马赛克拼接的简单方式，构建一个按需集成，极具弹性的系统，该系统具有自主运行、弹性灵活组网、体系可重构等特点。该方法突破了单一的任务执行方式，将任务执行拓宽到多个维度，全面提升了任务执行效果。马赛克体系中的各种光学、电子能力可对目标的多种特征进行识别，进行联合判别、启发学习，得到目标的光学、电子等不同特征参数。当单个或多个卫星执行相同任务时，即可检索已有的联合判别特征参数，提高目标的识别概率。为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来具体实现：本专利技术提供了一种基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统组织方法，该方法包括：步骤一、根据卫星的系统构成，建立用于代替轨道上卫星的卫星智能体的结构模型；步骤二、当卫星智能体接收到地面发送的任务，该卫星智能体迅速与附近的卫星智能体建立联系，构成分布式卫星系统；步骤三、建立联系的所有卫星智能体按照卫星有效载荷的能力进行马赛克能力拆分得到马赛克能力模块；步骤四、根据接收到的任务对拆分后的马赛克能力模块进行马赛克拼接，得到基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统，对分布式可重构卫星系统的效能进行评估，得到执行该任务的多星协作最优组合方案；步骤五、在最优组合方案里根据卫星智能体的计算能力确定卫星智能体角色，建立具有管理卫星智能体和工作卫星智能体的空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型；步骤六、管理卫星智能体制定本次多星协作的任务规划调度方案，进行下发，工作卫星智能体判断下发任务与自身原有任务是否冲突，若冲突，进行上报，管理卫星智能体重新制定方案，直至冲突消失后，使用该空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型执行任务。所述步骤一中，卫星智能体的结构模型包括感知智能体模块、知识库、决策智能体模块、规划智能体模块、控制智能体模块和效应智能体模块；其中，感知智能体模块，用于在接收到地面发送的任务时，感知空间环境中其他卫星智能体的信号，通过效应智能体模块发出联系信号，与其他卫星智能体建立联系；知识库，用于向决策智能体模块提供已存储的决策模型，向规划智能体模块提供已存储的任务分配模型和任务规划模型，保存最终生成的空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型的信息；其中，所述决策模型，用于根据各个卫星的星载计算机的性能参数得到的卫星智能体的计算能力对卫星角色进行划分，并基于任务需求，根据卫星种类和过境情况，对卫星智能体进行组合，协同执行任务；任务分配模型，用于根据具体任务，基于拍卖算法对划分角色后的卫星智能体进行任务分配；任务规划模型，用于生成与分配的任务对应的任务规划方案；所述信息包括卫星智能体基本信息、卫星智能体的计算能力和/或卫星智能体之间相对位置关系等；决策智能体模块，用于通过决策模型确定建立联系的所有卫星智能体的角色，制定卫星智能体的组合方案以及制定空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型的体系能力构成和重构策略；其中，体系能力是空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型中所有卫星智能的综合能力；重构策略是指根据任务需要和变化，合理搭配分布式卫星系统中卫星的种类，形成最佳任务执行能力；规划智能体模块，用于根据接收到的任务，通过任务分配模型对确定角色后的卫星智能体给予任务分配，通过任务规划模型制定与执行分配的任务对应的任务规划方案；控制智能体模块，用于根据规划智能体模块发送的任务规划方案生成控制指令，将所述控制指令发送到效应智能体模块进行指令执行；同时发送到规划智能体模块，对卫星智能体的各个模块自主运行进行协调；效应智能体模块，用于对接收到的指令进行任务执行，对外动作输出和信息输出。所述步骤二的具体步骤包括：卫星智能体的结构模型中的感知智能体模块接收到空间环境中其他卫星智能体的信号，效应智能体模块发出联系信号，与其他卫星智能体建立联系，构成分布式卫星系统。所述步骤三，具体包括：将建立联系的所有卫星智能体的有效载荷的能力根据预存储的类型进行归类，再将归类后的卫星智能体的有效载荷能力进行马赛克能力拆分，得到马赛克能力模块。其中，所述马赛克能力拆分的步骤，具体包括：卫星有效载荷的能力为光学有效载荷能力时，马赛克能力拆分为宽幅成像能力、窄幅成像能力、高分辨率成像能力、红外成像能力和高光谱成像能力等；卫星有效载荷的能力为合成孔径雷达(SAR)有效载荷能力时，根据工作模式，马赛克能力拆分为广域GMTI能力、同时SAR/GMTI能力、条带SAR能力和聚束SAR能力；卫星有效载荷的能力为电子侦察能力时，按照其侦察对象进行马赛克能力拆分为雷达信号侦察能力、通信信号侦察能力、测控信号侦察能力；卫星有效载荷的能力为通信有效载荷能力时，按照其业务频段分别马赛克能力拆分为UHF、L、S、C、X、Ku、Ka频段能力。卫星有效载荷的能力为气象有效载荷能力时，按照其载荷类型马赛克能力拆分为微波遥感能力、可见光遥感能力、红外遥感能力。通过动态重构系统进行融合匹配、动态组合及自主规划。马赛克拆分后的能力可以任意组合，形成多种多样的组合方式，但是大多数组合方式不适用于任务需求。针对实际的任务需求和约束条件，将卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统组织方法，其特征在于，该方法包括：/n步骤一、根据卫星的系统构成，建立用于代替轨道上卫星的卫星智能体的结构模型；/n步骤二、当卫星智能体接收到地面发送的任务，该卫星智能体迅速与附近的卫星智能体建立联系，构成分布式卫星系统；/n步骤三、建立联系的所有卫星智能体按照卫星有效载荷的能力进行马赛克能力拆分得到马赛克能力模块；/n步骤四、根据接收到的任务对拆分后的马赛克能力模块进行马赛克拼接，得到基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统，对分布式可重构卫星系统的效能进行评估，得到执行该任务的多星协作最优组合方案；/n步骤五、在最优组合方案里根据卫星智能体的计算能力确定卫星智能体角色，建立具有管理卫星智能体和工作卫星智能体的空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型；/n步骤六、管理卫星智能体制定本次多星协作的任务规划调度方案，进行下发，工作卫星智能体判断下发任务与自身原有任务是否冲突，若冲突，进行上报，管理卫星智能体重新制定方案，直至冲突消失后，使用该空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型执行任务。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统组织方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一、根据卫星的系统构成，建立用于代替轨道上卫星的卫星智能体的结构模型；
步骤二、当卫星智能体接收到地面发送的任务，该卫星智能体迅速与附近的卫星智能体建立联系，构成分布式卫星系统；
步骤三、建立联系的所有卫星智能体按照卫星有效载荷的能力进行马赛克能力拆分得到马赛克能力模块；
步骤四、根据接收到的任务对拆分后的马赛克能力模块进行马赛克拼接，得到基于马赛克拼接的分布式可重构卫星系统，对分布式可重构卫星系统的效能进行评估，得到执行该任务的多星协作最优组合方案；
步骤五、在最优组合方案里根据卫星智能体的计算能力确定卫星智能体角色，建立具有管理卫星智能体和工作卫星智能体的空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型；
步骤六、管理卫星智能体制定本次多星协作的任务规划调度方案，进行下发，工作卫星智能体判断下发任务与自身原有任务是否冲突，若冲突，进行上报，管理卫星智能体重新制定方案，直至冲突消失后，使用该空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型执行任务。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，卫星智能体的结构模型包括感知智能体模块、知识库、决策智能体模块、规划智能体模块、控制智能体模块和效应智能体模块；其中，
感知智能体模块，用于在接收到地面发送的任务时，感知空间环境中其他卫星智能体的信号，通过效应智能体模块发出联系信号，与其他卫星智能体建立联系；
知识库，用于向决策智能体模块提供已存储的决策模型，向规划智能体模块提供已存储的任务分配模型和任务规划模型，保存最终生成的空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型的信息；其中，所述决策模型，用于根据各个卫星的星载计算机的性能参数得到的卫星智能体的计算能力对卫星角色进行划分，并基于任务需求，根据卫星种类和过境情况，对卫星智能体进行组合，协同执行任务；任务分配模型，用于根据具体任务，基于拍卖算法对划分角色后的卫星智能体进行任务分配；任务规划模型，用于生成与分配的任务对应的任务规划方案；所述信息包括卫星智能体基本信息、卫星智能体的计算能力和/或卫星智能体之间相对位置关系等；
决策智能体模块，用于通过决策模型确定建立联系的所有卫星智能体的角色，制定卫星智能体的组合方案以及制定空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型的体系能力构成和重构策略；其中，体系能力是空间马赛克可重构系统两级系统混合控制结构模型中所有卫星智能的综合能力；重构策略是指根据任务需要和变化，合理搭配分布式卫星系统中卫星的种类，形成最佳任务执行能力；
规划智能体模块，用于根据接收到的任务，通过任务分配模型对确定角色后的卫星智能体给予任务分配，通过任务规划模型制定与执行分配的任务对应的任务规划方案；
控制智能体模块，用于根据规划智能体模块发送的任务规划方案生成控制指令，将所述控制指令发送到效应智能体模块进行指令执行；同时发送到规划智能体模块，对卫星智能体的各个模块自主运行进行协调；
效应智能体模块，用于对接收到的指令进行任务执行，对外动作输出和信息输出。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤包括：
卫星智能体的结构模型中的感知智能体模块接收到空间环境中其他卫星智能体的信号，效应智能体模块发出联系信号，与其他卫星智能体建立联系，构成分布式卫星系统。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三，具体包括：将建立联系的所有卫星智能体的有效载荷的能力根据预存储的类型进行归类，再将归类后的卫星智能体的有效载荷能力进行马赛克能力拆分，得到马赛克能力模块。


5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述马赛克能力拆分的步骤，具体包括：
卫星有效载荷的能力为光学有效载荷能力时，马赛克能力拆分为宽幅成像能力、窄幅成像能力、高分辨率成像能力、红外成像能力和高光谱成像能力等；
卫星有效载荷的能力为合成孔径雷达(SAR)有效载荷能力时，根据工作模式，马赛克能力拆分为广域GMTI能力、同时SAR/GMTI能力、条带SAR能力和聚束SAR能力；
卫星有效载荷的能力为电子侦察能力时，按照其侦察对象进行马赛克能力拆分为雷达信号侦察能力、通信信号侦察能力、测控信号侦察能力；
卫星有效载荷的能力为通信有效载荷能力时，按照其业务频段分别马赛克能力拆分为UHF、L、S、C、X、Ku、Ka频段能力。
卫星有效载荷的能力为气象有效载荷能力时，按照其载荷类型马赛克能力拆分为微波遥感能力、可见光遥感能力...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新洪，胡港旋，张国辉，孙飞，张骞，安继萍，张治彬，满万鑫，陶海成，丁文哲，杨可韬，汪洲，杨露，苏海霞，周思引，王训，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京;11