分布式的星上自主任务规划方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术实施方式提供一种分布式的星上自主任务规划方法、系统及存储介质，属于遥感监测技术领域。所述方法包括：同步每颗卫星的单星任务集合以组成总任务集合；每颗所述卫星依据时间窗计算方法根据对应的所述单星任务集合形成对应的任务序列；根据预设的任务规划方法对所述任务序列进行处理以得到每颗所述卫星的初始规划方案；迭代计算所述初始规划方案以得到最终的任务规划方案；在每颗所述卫星之间同步所述任务规划方案。该方法、系统及存储介质能够提高多卫星任务规划的自主性和实效性。

【技术实现步骤摘要】
分布式的星上自主任务规划方法、系统及存储介质
本专利技术涉及遥感监测
，具体地涉及一种分布式的星上自主任务规划方法、系统及存储介质。
技术介绍
遥感卫星是利用星载的各种遥感器观测地面目标，获取高分辨率图像的卫星。由于遥感卫星对地观测具有覆盖地域广、持续时间长、不受空域、国界限制等优势，使其在军事侦查、环境保护等方面具有重要作用。目前对任务进行处理的主要方法是：由地面进行规划产生方案然后通过地面站上注到卫星上去执行，或者是由一颗卫星进行多星任务规划，规划完成之后将方案传递给其他卫星执行，这都是属于集中式规划。但是由于集中式规划不利于计算资源的平均，做规划的卫星计算量过于繁重；如果由地面站规划之后再上注，方案的时效性不足，且无法对一些较紧急的任务做出即时响应。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的是提供一种分布式的星上自主任务规划方法、系统及存储介质，该方法、系统及存储介质能够提高多卫星任务规划的自主性和实效性。为了实现上述目的，本专利技术实施方式提供一种分布式的星上自主任务规划方法，所述方法包括：同步每颗卫星的单星任务集合以组成总任务集合；每颗所述卫星依据时间窗计算方法根据对应的所述单星任务集合形成对应的任务序列；根据预设的任务规划方法对所述任务序列进行处理以得到每颗所述卫星的初始规划方案；迭代计算所述初始规划方案以得到最终的任务规划方案；在每颗所述卫星之间同步所述任务规划方案。可选的，每颗所述卫星上预先接收有对应的多个任务，所述同步每颗卫星的任务以组成总任务集合具体包括：集体规划发起星在对应的所述单星任务集合上签名以形成所述总任务集合，并发送给相邻的所述卫星；相邻的所述卫星接收所述总任务集合，在对应的所述单星任务集合上签名；取所述总任务集合和所述单星任务集合的并集以作为新的所述总任务集合；判断所述总任务集合中是否包含其他所有的所述卫星的签名；在判断所述总任务集合中包含其他所有的所述卫星的签名的情况下，确定同步完成；在判断所述总任务集合中缺少任一所述卫星的签名的情况下，将新的所述总任务集合发送给相邻的所述卫星，并执行所述方法的相应步骤，直到判断所述总任务集合中包含其他所有的所述卫星的签名。可选的，所述每颗所述卫星依据时间窗计算方法根据对应的所述单星任务集合形成对应的任务序列具体包括：针对所述单星任务集合中的每个任务，分别依据所述时间窗计算方法计算出所述任务在所述卫星上的第一适应度；根据所述第一适应度和每个所述任务对应的权重确定每颗所述卫星对应的所述任务序列。可选的，所述针对所述单星任务集合中的每个任务，分别依据所述时间窗计算方法计算出所述任务在所述卫星上的第一适应度具体包括：分别获取每个任务的每个时间窗与其他任务的时间窗的重叠个数Numik；根据公式(1)计算所述任务的每个所述时间窗的第二适应度，其中，fijk为任务i在第j颗卫星上的第k个时间窗的第二适应度，Numik为任务i在第j颗卫星上的第k个时间窗与所述单星任务集合中的其他的任务在第j颗卫星上的时间窗的重叠个数；根据公式(2)计算所述第一适应度，其中，Fij为任务i在第j颗卫星的所述第一适应度，TWij为任务i在第j颗卫星的任意时间窗，为任务i在第j颗卫星的时间窗的总数。可选的，所述迭代计算所述初始规划方案以得到最终的任务规划方案具体包括：集体规划发起星将对应的所述任务序列发送至相邻的所述卫星；相邻的所述卫星接收上一个所述卫星发送的所述任务序列；将对应的所述任务序列分别与接收的每个所述任务序列进行比对，寻找两者均包括的重复任务；针对每个所述重复任务，分别计算所述重复任务在对应的所述任务序列和接收的所述任务序列中的所述第一适应度和权重值的乘积的大小；删除所述乘积较小的所述任务序列中的所述重复任务；判断对应的所述任务序列中是否有任务被删除；在判断对应的所述任务序列中有任务被删除的情况下，分别计算在将所述总任务集合中对应的所述任务序列之外的任一所述任务加入被删除的所述任务的时间窗时，系统的整体增益；将所述整体增益最大的所述任务移动至被删除的所述任务的时间窗以更新所述任务序列；判断是否满足迭代终止条件；在判断满足所述迭代终止条件的情况下，确定所述迭代计算完成；在判断不满足所述迭代终止条件的情况下，将更新后的所述任务序列发送至相邻的所述卫星，直到判断满足所述迭代终止条件。可选的，所述分别计算在将所述总任务集合中其余的任一所述任务加入被删除的所述任务的位置时，系统的整体增益具体包括：在其余的所述任务已经被任意所述任务序列包括的情况下，根据公式(3)计算所述整体增益，FZa＝(FaB-FaA)*tva，(3)其中，FZa为已经被任意所述任务序列包括的任务a的所述整体增益，FaB为任务a在当前的卫星B上的所述第一适应度，FaA为任务a在被包括的所述任务序列所对应的卫星A上的所述第一适应度，tva为任务a的所述权重；在其余的所述任务未被任意所述任务序列包括的情况下，根据公式(4)计算所述整体增益，FZb＝FbB*tvb，(4)其中，FZb为未被任意所述任务序列包括的任务b的所述整体增益，FbB为任务b在当前的卫星B上的所述第一适应度，tvb为任务b的所述权重。可选的，所述判断是否满足迭代终止条件具体包括：计算每个所述任务的适应度和权重的乘积；判断所述乘积是否大于或等于预设的阈值；在判断所述乘积大于或等于所述阈值的情况下，确定满足所述迭代终止条件；在判断所述乘积小于所述阈值的情况下，确定不满足所述迭代终止条件。可选的，所述判断是否满足迭代终止条件具体包括：判断迭代次数是否大于或等于预设的次数阈值；在判断所述迭代次数大于或等于所述次数阈值的情况下，确定满足所述迭代终止条件；在判断所述迭代次数小于所述次数阈值的情况下，确定不满足所述迭代终止条件。另一方面，本专利技术还提供一种分布式的星上自主任务规划系统，所述系统包括处理器，所述处理器被配置成执行如上述任一所述的方法。再一方面，本专利技术还提供一种存储介质，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上述任一所述的方法。通过上述技术方案，本专利技术提供的分布式的星上自主任务规划方法、系统及存储介质通过先在每颗卫星之间同步总任务集合，再基于卫星形成的环形拓扑结构进行逐步地迭代计算，使得卫星能够脱离地面站的统一规划，实现自主的任务规划，降低了地面站的负载的同时，减少了地面站与卫星站之间的通信次数，从而减少了通信负载。本专利技术实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式的星上自主任务规划方法，其特征在于，所述方法包括：/n同步每颗卫星的单星任务集合以组成总任务集合；/n每颗所述卫星依据时间窗计算方法根据对应的所述单星任务集合形成对应的任务序列；/n根据预设的任务规划方法对所述任务序列进行处理以得到每颗所述卫星的初始规划方案；/n迭代计算所述初始规划方案以得到最终的任务规划方案；/n在每颗所述卫星之间同步所述任务规划方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式的星上自主任务规划方法，其特征在于，所述方法包括：
同步每颗卫星的单星任务集合以组成总任务集合；
每颗所述卫星依据时间窗计算方法根据对应的所述单星任务集合形成对应的任务序列；
根据预设的任务规划方法对所述任务序列进行处理以得到每颗所述卫星的初始规划方案；
迭代计算所述初始规划方案以得到最终的任务规划方案；
在每颗所述卫星之间同步所述任务规划方案。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每颗所述卫星上预先接收有对应的多个任务，所述同步每颗卫星的任务以组成总任务集合具体包括：
集体规划发起星在对应的所述单星任务集合上签名以形成所述总任务集合，并发送给相邻的所述卫星；
相邻的所述卫星接收所述总任务集合，在对应的所述单星任务集合上签名；
取所述总任务集合和所述单星任务集合的并集以作为新的所述总任务集合；
判断所述总任务集合中是否包含其他所有的所述卫星的签名；
在判断所述总任务集合中包含其他所有的所述卫星的签名的情况下，确定同步完成；
在判断所述总任务集合中缺少任一所述卫星的签名的情况下，将新的所述总任务集合发送给相邻的所述卫星，并执行所述方法的相应步骤，直到判断所述总任务集合中包含其他所有的所述卫星的签名。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每颗所述卫星依据时间窗计算方法根据对应的所述单星任务集合形成对应的任务序列具体包括：
针对所述单星任务集合中的每个任务，分别依据所述时间窗计算方法计算出所述任务在所述卫星上的第一适应度；
根据所述第一适应度和每个所述任务对应的权重确定每颗所述卫星对应的所述任务序列。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述针对所述单星任务集合中的每个任务，分别依据所述时间窗计算方法计算出所述任务在所述卫星上的第一适应度具体包括：
分别获取每个任务的每个时间窗与其他任务的时间窗的重叠个数Numik；
根据公式(1)计算所述任务的每个所述时间窗的第二适应度，



其中，fijk为任务i在第j颗卫星上的第k个时间窗的第二适应度，Numik为任务i在第j颗卫星上的第k个时间窗与所述单星任务集合中的其他的任务在第j颗卫星上的时间窗的重叠个数；
根据公式(2)计算所述第一适应度，



其中，Fij为任务i在第j颗卫星的所述第一适应度，TWij为任务i在第j颗卫星的任意时间窗，为任务i在第j颗卫星的时间窗的总数。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代计算所述初始规划方案以得到最终的任务规划方案具体包括：
集体规划发起星将对应的所述任务序列发送至相邻的所述卫星；
相邻的所述卫星接收上一个所述卫星发送的所述任务序列；
将对应的所述任务序列分别与接收的每个所述任务序列进...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐崇彦，王俊，卫波，夏维，王执龙，王鹏，闫迪，杨欢，赵玉春，
申请(专利权)人：合肥工业大学，北京市遥感信息研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34