多星在轨自主协同系统及其自主任务规划方法

摘要

本发明提供了一种多星在轨自主协同系统及其自主任务规划方法，应用于遥感卫星任务规划技术领域，该多星在轨自主协同系统包括一个主星和至少一个从星，该方法包括：该主星接收地面用户终端直接发送的或多星在轨自主协同卫系统中任一从星转发的观测需求，以及，所有该从星的状态，该主星根据该观测需求和所有该从星的状态，确定待邀标的从星，该待邀标的从星给该主星发送关于该观测需求的投标信息，该主星基于所有该待邀标的从星的投标信息，从所有该待邀标的从星中确定执行观测任务的从星。卫星管控信息的传递从“指令级”向“任务级”转变，使得网络化星群能够根据动态环境和用户实时交互需求进行卫星任务的规划，增强了多星协同的自主性。

权利要求

1.一种多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法，其特征在于，所述多星在轨自主协同系统包括一个主星和至少一个从星，所述方法包括：所述主星接收地面用户终端直接发送的或多星在轨自主协同系统中任一从星转发的观测需求，以及，所有所述从星的状态；

所述主星根据所述观测需求和所有所述从星的状态，确定待邀标的从星；

所述待邀标的从星给所述主星发送关于所述观测需求的投标信息；

所述主星基于所有所述待邀标的从星的投标信息，从所有所述待邀标的从星中确定执行观测任务的从星；

所述主星接收多星协同卫星系统中任一从星转发的观测需求之前，还包括：所述多星在轨自主协同系统中的各卫星根据收集到的所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的卫星资源状态进行计算，得到计算结果；

根据所述计算结果和预设的所述各卫星的权重，对所述多星在轨自主协同系统中所有卫星进行排序，得到选举结果，所述选举结果指示选举成为所述主星的卫星；

所述多星在轨自主协同系统中的各卫星接收临近卫星的广播的所述选举结果；

所述多星在轨自主协同系统中的各卫星在所述选举结果与自身的所述计算结果不一致的情况下，则更新所述多星在轨自主协同系统中所有卫星，在所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的数量增加的情况下，重新执行所述多星在轨自主协同系统中的各卫星根据收集到的所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的卫星资源状态进行计算，得到计算结果；

所述多星在轨自主协同系统中的各卫星在所述选举结果与自身的所述计算结果一致的情况下，则以所述选举结果确定所述主星。

2.根据权利要求1所述的多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法，其特征在于，所述主星根据所述观测需求和所有所述从星的状态，确定待邀标的从星包括：所述主星根据观测需求中的传感器偏好、空间相对位置关系确定招标范围；

所述主星向所述招标范围内的从星转发所述观测需求；

所述招标范围内的从星响应于所述观测需求，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息确定是否投标。

3.根据权利要求2所述的多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法，其特征在于，所述方法还包括：所述招标范围内的从星基于自身当前状态，根据所述观测需求完成观测任务的规划；

所述从星判断所述观测任务是否为应急任务；

在所述观测任务为所述应急任务的情况下，所述从星执行所述应急任务；

在执行所述应急任务后，所述从星给所述主星发送关于所述观测需求的投标信息。

4.根据权利要求2所述的多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法，其特征在于，所述招标范围内的从星响应于所述观测需求，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息确定是否投标包括：所述招标范围内的从星依据当前星历进行外推，根据未来时刻卫星与太阳、地球和感兴趣区域之间的相对位置关系生成对应的任务信息；

所述从星基于所述任务信息，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息进行任务规划，所述任务规划包括轨道外推、可见窗口计算、约束检查和冲突消解；

在所述可见窗口计算、约束检查和冲突消解后检查到有可用任务窗口，则所述从星确定投标。

5.根据权利要求1所述的多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法，其特征在于，所述主星基于所有所述待邀标的从星的投标信息，从所有所述待邀标的从星中确定执行观测任务的从星包括：所述主星解析所述待邀标的从星的投标信息，判断是否有从星抢占执行所述观测任务；

若有从星抢占执行所述观测任务，则所述主星向所述从星发送中标通知，向所述多星在轨自主协同系统中除所述从星之外的其它从星发送中标结果，所述中标结果仅包括抢占执行任务的从星，若有多个从星抢占执行任务，则均中标；

若没有从星抢占执行所述观测任务，则所述主星按照预设评分规则，计算所有所述待邀标的从星的任务评分，根据所述任务评分从所有所述待邀标的从星中确定执行观测任务的从星。

6.根据权利要求5所述的多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法，其特征在于，所述任务评分为f，所述评分规则：f=a+b‑c；

其中，a为所述待邀标的从星的观测收益，b为所述待邀标的从星的观测时延，c为所述待邀标的从星的观测能耗。

7.一种多星在轨自主协同系统，其特征在于，所述多星在轨自主协同系统包括一个主星和至少一个从星；

所述主星，用于接收地面用户终端直接发送的或多星在轨自主协同系统中任一从星转发的观测需求，以及，所有所述从星的状态，根据所述观测需求和所有所述从星的状态，确定待邀标的从星；

所述待邀标的从星，用于给所述主星发送关于所述观测需求的投标信息；

所述主星，还用于基于所有所述待邀标的从星的投标信息，从所有所述待邀标的从星中确定执行观测任务的从星；

所述主星接收多星协同卫星系统中任一从星转发的观测需求之前，还包括：所述多星在轨自主协同系统中的各卫星根据收集到的所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的卫星资源状态进行计算，得到计算结果；

根据所述计算结果和预设的所述各卫星的权重，对所述多星在轨自主协同系统中所有卫星进行排序，得到选举结果，所述选举结果指示选举成为所述主星的卫星；

所述多星在轨自主协同系统中的各卫星接收临近卫星的广播的所述选举结果；

所述多星在轨自主协同系统中的各卫星在所述选举结果与自身的所述计算结果不一致的情况下，则更新所述多星在轨自主协同系统中所有卫星，在所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的数量增加的情况下，重新执行所述多星在轨自主协同系统中的各卫星根据收集到的所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的卫星资源状态进行计算，得到计算结果；

所述多星在轨自主协同系统中的各卫星在所述选举结果与自身的所述计算结果一致的情况下，则以所述选举结果确定所述主星。

说明书

多星在轨自主协同系统及其自主任务规划方法

技术领域

[0001] 本发明涉及遥感卫星任务规划技术领域，尤其涉及一种多星在轨自主协同系统及其自主任务规划方法。

背景技术

[0002] 传统遥感卫星任务规划都是由地面运控系统完成，运控系统收到用户需求后，根据卫星状态和当前任务情况完成任务规划，生成载荷工作指令后上注到卫星执行观测任务。整个控制流程冗长，时效性差，卫星应用效能低下。随着卫星数量的爆发式增长，传统地面测运控日益成为发挥卫星效能的瓶颈。星上自主任务规划可实现卫星在轨直接接收用户需求，并根据卫星实时状态生成观测任务，具有不依赖于地面、时效性高等优点。现有的星上自主任务规划方法主要针对单星，多星协同自主任务规划研究相对较少。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的在于提供一种多星在轨自主协同系统及其自主任务规划方法，采用动态集中式规划方法，基于星间资源状态同步和主星选举实现面向任务的集中式规划，采用支持抢占式的邀标决策方法，实现多星协同自主任务规划。

[0004] 为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种所述多星在轨自主协同系统包括一个主星和至少一个从星，所述方法包括：

[0005] 所述主星接收地面用户终端直接发送的或多星在轨自主协同系统中任一从星转发的观测需求，以及，所有所述从星的状态；

[0006] 所述主星根据所述观测需求和所有所述从星的状态，确定待邀标的从星；

[0007] 所述待邀标的从星给所述主星发送关于所述观测需求的投标信息；

[0008] 所述主星基于所有所述待邀标的从星的投标信息，从所有所述待邀标的从星中确定执行观测任务的从星。

[0009] 可选的，所述主星接收多星协同卫星系统中任一从星转发的观测需求之前，还包括：

[0010] 所述多星在轨自主协同系统中的各卫星根据收集到的所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的卫星资源状态进行计算，得到计算结果；

[0011] 根据所述计算结果和预设的所述各卫星的权重，对所述多星在轨自主协同系统中所有卫星进行排序，得到选举结果，所述选举结果指示选举成为所述主星的卫星；

[0012] 所述多星在轨自主协同系统中的各卫星接收临近卫星的广播的所述选举结果；

[0013] 所述多星在轨自主协同系统中的各卫星在所述选举结果与自身的所述计算结果不一致的情况下，则更新所述多星在轨自主协同系统中所有卫星，在所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的数量增加的情况下，重新执行所述多星在轨自主协同系统中的各卫星根据收集到的所述多星在轨自主协同系统中所有卫星的卫星资源状态进行计算，得到计算结果的步骤；

[0014] 所述多星在轨自主协同系统中的各卫星在所述选举结果与自身的所述计算结果一致的情况下，则以所述选举结果确定所述主星。

[0015] 可选的，所述主星根据所述观测需求和所有所述从星的状态，确定待邀标的从星包括：

[0016] 所述主星根据观测需求中的传感器偏好确定招标范围；

[0017] 所述主星向所述招标范围内的从星转发所述观测需求；

[0018] 所述招标范围内的从星响应于所述观测需求，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息确定是否投标；

[0019] 将确定投标的所述从星确定为所述待邀标的从星。

[0020] 可选的，所述方法还包括：

[0021] 所述招标范围内的从星基于自身当前状态，根据所述观测需求完成观测任务的规划；

[0022] 所述从星判断所述观测任务是否为应急任务；

[0023] 在所述观测任务是否为所述应急任务的情况下，所述从星执行所述应急任务；

[0024] 在执行所述应急任务后，所述从星给所述主星发送关于所述观测需求的投标信息。

[0025] 可选的，所述招标范围内的从星响应于所述观测需求，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息确定是否投标包括：

[0026] 所述招标范围内的从星依据当前星历进行外推，根据未来时刻卫星与太阳、地球和感兴趣区域之间的相对位置关系生成对应的任务信息；

[0027] 所述从星基于所述任务信息，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息进行任务规划，所述任务规划包括轨道外推、可见窗口计算、约束检查和冲突消解；

[0028] 在所述可见窗口计算、约束检查和冲突消解后检查到有可用任务窗口，则所述从星确定投标。

[0029] 可选的，所述主星基于所有所述待邀标的从星的投标信息，从所有所述待邀标的从星中确定执行观测任务的从星包括：

[0030] 所述主星解析所述待邀标的从星的投标信息，判断是否有从星抢占执行所述观测任务；

[0031] 若有从星抢占执行所述观测任务，则所述主星向所述从星发送中标通知，向所述多星在轨自主协同系统中除所述从星之外的其它从星发送中标结果，所述中标结果指示中标的从星；

[0032] 若没有从星抢占执行所述观测任务，则所述主星按照预设评分规则，计算所有所述待邀标的从星的任务评分，根据所述任务评分从所有所述待邀标的从星中确定执行观测任务的从星。

[0033] 可选的，所述任务评分为f，所述评分规则：

[0034] f=a+b‑c；

[0035] 其中，a为所述待邀标的从星的观测收益，b为所述待邀标的从星的观测时延，c为所述待邀标的从星的观测能耗。

[0036] 本发明实施例第二方面提供一种多星在轨自主协同系统，所述多星在轨自主协同系统包括一个主星和至少一个从星；

[0037] 所述主星，用于接收地面用户终端直接发送的或多星在轨自主协同系统中任一从星转发的观测需求，以及，所有所述从星的状态，根据所述观测需求和所有所述从星的状态，确定待邀标的从星；

[0038] 所述待邀标的从星，用于给所述主星发送关于所述观测需求的投标信息；

[0039] 所述主星，还用于基于所有所述待邀标的从星的投标信息，从所有所述待邀标的从星中确定执行观测任务的从星。

[0040] 从上述本发明实施例可知，本发明提供的多星在轨自主协同系统及其自主任务规划方法，采用动态集中式规划方法，基于星间资源状态同步和主星选举实现面向任务的集中式规划，采用支持抢占式的邀标决策方法，实现多星协同自主任务规划。通过建立多星协同自主任务规划机制，赋予了新型遥感卫星星座自主决策、自主通信协调、自主协同任务规划的能力，卫星管控的信息传递从“指令级”向“任务级”转变，使得网络化星群能够根据动态环境和用户实时交互需求进行卫星任务的规划，增强了多星协同的自主性。

附图说明

[0041] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0042] 图1为本发明一实施例提供的多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法的流程示意图；

[0043] 图2‑图5为本发明一实施例提供的多星在轨自主协同系统的卫星资源同步过程的示意图；

[0044] 图6为本发明一实施例提供的多星在轨自主协同系统的卫星资源广播包处理流程的示意图；

[0045] 图7为本发明一实施例提供的多星在轨自主协同系统的自主任务规划的示意图。

具体实施方式

[0046] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0047] 图1为本发明一实施例提供的多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法的流程示意图，该多星在轨自主协同系统包括一个主星和至少一个从星。

[0048] 如图1所示，该方法主要包括以下步骤S101‑S104。

[0049] S101、该主星接收地面用户终端直接发送的或多星在轨自主协同系统中任一从星转发的观测需求，以及，所有该从星的状态。

[0050] S102、该主星根据该观测需求和所有该从星的状态，确定待邀标的从星。

[0051] S103、该待邀标的从星给该主星发送关于该观测需求的投标信息。

[0052] S104、该主星基于所有该待邀标的从星的投标信息，从所有该待邀标的从星中确定执行观测任务的从星。

[0053] 在本发明一实施例中，步骤S101该主星接收多星协同卫星系统中任一从星转发的观测需求之前，图1所示方法还包括以下步骤S201‑S205。

[0054] S201、该多星在轨自主协同系统中的各卫星根据收集到的该多星在轨自主协同系统中所有卫星的卫星资源状态进行计算，得到计算结果。

[0055] S202、根据该计算结果和预设的该各卫星的权重，对该多星在轨自主协同系统中所有卫星进行排序，得到选举结果，该选举结果指示选举成为该主星的卫星。

[0056] S203、该多星在轨自主协同系统中的各卫星接收临近卫星的广播的该选举结果。

[0057] S204、该多星在轨自主协同系统中的各卫星在该选举结果与自身的该计算结果不一致的情况下，则更新该多星在轨自主协同系统中所有卫星，在该多星在轨自主协同系统中所有卫星的数量增加的情况下，重新执行步骤201。

[0058] S205、该多星在轨自主协同系统中的各卫星在该选举结果与自身的该计算结果一致的情况下，则以该选举结果确定该主星。

[0059] 在本发明一实施例中，步骤S102该主星根据该观测需求和所有该从星的状态，确定待邀标的从星包括以下步骤S301‑S304。

[0060] S301、该主星根据观测需求中的传感器偏好确定招标范围。

[0061] S302、该主星向该招标范围内的从星转发该观测需求。

[0062] S303、该招标范围内的从星响应于该观测需求，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息确定是否投标。

[0063] S304、将确定投标的该从星确定为该待邀标的从星。

[0064] 在本发明一实施例中，图1所示方法还包括以下步骤S401‑S404。

[0065] S401、该招标范围内的从星基于自身当前状态，根据该观测需求完成观测任务的规划。

[0066] S402、该从星判断该观测任务是否为应急任务。

[0067] S403、在该观测任务是否为该应急任务的情况下，该从星执行该应急任务。

[0068] S404、在执行该应急任务后，该从星给该主星发送关于该观测需求的投标信息。

[0069] 在本发明一实施例中，上述S303该招标范围内的从星响应于该观测需求，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息确定是否投标包括：该招标范围内的从星依据当前星历进行外推，根据未来时刻卫星与太阳、地球和感兴趣区域之间的相对位置关系生成对应的任务信息；该从星基于该任务信息，根据自身的姿轨状态、载荷任务信息进行任务规划，该任务规划包括轨道外推、可见窗口计算、约束检查和冲突消解；在该可见窗口计算中检查到有可用任务窗口，则该从星确定投标。

[0070] 在本发明一实施例中，上述S104该主星基于所有该待邀标的从星的投标信息，从所有该待邀标的从星中确定执行观测任务的从星包括：该主星解析该待邀标的从星的投标信息，判断是否有从星抢占执行该观测任务；若有从星抢占执行该观测任务，则该主星向该从星发送中标通知，向该多星在轨自主协同系统中除该从星之外的其它从星发送中标结果，该中标结果指示中标的从星；若没有从星抢占执行该观测任务，则该主星按照预设评分规则，计算所有该待邀标的从星的任务评分，根据该任务评分从所有该待邀标的从星中确定执行观测任务的从星。

[0071] 在本发明一实施例中，该任务评分为f，该评分规则：f=a+b‑c，其中，a为该待邀标的从星的观测收益，b为该待邀标的从星的观测时延，c为该待邀标的从星的观测能耗。

[0072] 观测收益定义为需求优先，观测时延依据观测开始时间对各观测窗口进行排序，时间越早，得分越高。观测能耗定义为卫星侧摆和俯仰角度的弧度值。

[0073] 图2‑图5为本发明一实施例提供的多星在轨自主协同系统的卫星资源同步过程的示意图。

[0074] 在星间通信链路的支持下，卫星将自身的姿轨、数据产品在多星协同卫星系统的星群内广播，各卫星收到广播信息后完成资源状态的同步，方便用户接入时获取星群资源信息，同时为多星协同任务规划提供支撑。

[0075] 在多星在轨自主协同系统的自主任务规划方法中，卫星广播发布的资源包括：卫星状态信息、载荷资源信息。卫星状态信息包括本星的轨道、姿态、可用计算、存储、能源等。载荷资源信息包括载荷类型和载荷工作状态等信息。本星发布的资源信息包含资源有效期限，超时后卫星发布的资源信息将失效。

[0076] 可以理解的，卫星和载荷资源数据量较小，适合采用定期广播方式向外发布。

[0077] 卫星资源和传感器资源的JSON格式资源描述如下：

[0078] {“卫星资源信息”：

[0079]    {“发布时间”：“2022‑7‑14 15：00：00”，

[0080]     “时效”：“30min”

[0081] “卫星信息”：

[0082]       {“卫星ID”:”XX‑1”,

[0083]        “轨道根数”：“2022‑07‑14,14:58:00.000,7010956，[0084] 0.00413164123892784,97.9546995162964,288.161675453186，

[0085] 88.8978414535522,151.780542373657”，

[0086]        “存储剩余容量”：“50GB”，

[0087] “剩余电量”：“70%”

[0088] },

[0089]        “载荷资源信息”：

[0090]          {“载荷类型”：“SAR”,

[0091]           “载荷任务状态”：

[0092]             {“任务数”：“n”,

[0093]              “任务”：

[0094]                [“观测地点坐标”：

[0095]                   {“经度”:“x”,

[0096]                    “纬度”:“y”

[0097] },

[0098] “开机时间”：“xxx”，

[0099] “关机时间”：“xxx”，

[0100] ]

[0101]                ...

[0102] }

[0103] }

[0104] }

[0105] }

[0106] 在上述数据格式中，轨道根数包括历元时间、半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和平近点角。

[0107] 资源广播数据包结构如下表1所示。

[0108] 表 1

[0109] 序号 名称 说明1 packetType 数据包类型
2 packetID 由server节点生成的该广播包ID
3 serverID 生成该资源广播包的节点ID
4 senderID 该包上一跳经过的节点ID
5 birthTime 该包的生成时间
6 lifeTime 该包的有效生存时间
7 remainHop 该广播包的剩余跳数
8 reserved 保留字段
9 resourceInfo 卫星资源描述的序列化表示

[0110] 本星资源发布采用单跳方式向临近节点广播本星资源信息，资源信息广播由本地资源信息变化事件或服务请求消息触发。每次资源信息广播相比上一次广播只发送增量信息，从而抑制服务消息的重复递送，避免网络带宽的浪费，加快资源的发现速度。各卫星同时向临近节点转发本星收到的其它卫星资源信息，当卫星网络路由拓扑发生变化时，向新加入节点发送全部资源信息。

[0111] 如图2至图5所示，初始时刻，各卫星生成本卫星待发布的资源信息，A星和B星进行一次资源信息发布后，相互获得对方的资源信息。A星和C星进行一次信息交互后，A星和C星均获得整个网络内3颗星的资源信息。A星与B星再完成一次信息交互后，A星获得整个网络的资源信息。至此，每颗卫星均获取了多星在轨自主协同系统所有卫星的资源信息。

[0112] 图6为本发明一实施例提供的多星在轨自主协同系统的卫星资源广播包处理流程的示意图。

[0113] 如图6所示，卫星收到包含资源信息的数据包后，对数据包进行如图6所示的解析。通过建立星群资源信息目录来保存收到的其它卫星的资源信息。当资源信息过期失效时，将该资源信息在星群资源信息目录中删除。

[0114] 表2

[0115] 名称 大小 含义resourceIndex 4B 标识一个唯一的资源信息路由条目
serverID 1B 标识提供该服务的节点ID
neighborID 1B 表示server节点的资源信息包路由到本卫星节点前经过的最后一跳节点IDexpireTime 4B 资源过期时间
size 4B 发布资源信息大小
resourceInfo ‑ 发布资源信息

[0116] 在本发明中，在星群内进行任务分配时，需要选择一颗主星来进行仲裁，将任务分配给星群内最合适的卫星来执行。主星还能够监控星群中卫星的状态，维护可用卫星信息列表。

[0117] 主星选举过程描述如下：

[0118] 1）各卫星根据收集到的星群内卫星资源状态进行计算，对星群内的卫星按照权重排序，然后将选举结果向星群内广播；

[0119] 2）各卫星接收临近卫星广播的选举结果，并与本星的计算结果进行比较。若一致则转4）；

[0120] 3）若不一致，则更新星群集合，如果卫星数量增多则重新进行计算，并将结果在星群内广播；

[0121] 4）星群内所有卫星达成一致，确定计算结果首位的为主星；

[0122] 5）主星向星群内各星发送心跳信号，各从星收到心跳后进行应答；

[0123] 6）若从星发现心跳信号超时，则重新进入选举流程，转1）。

[0124] 在本发明中，主星权重确定方法可以根据卫星空间相对位置先后、载荷类型、幅宽、卫星机动能力、通信能力等信息对卫星打分，分数越高，成为主星的可能越大。

[0125] 图7为本发明一实施例提供的多星在轨自主协同系统的自主任务规划的示意图。

[0126] 如图7所示，主星收到用户提交的观测需求后，处理过程描述如下：

[0127] 1）主星根据需求信息中的传感器偏好等信息确定招标范围，主星采用邀标方式安排任务，然后向进入邀标范围的从星转发观测需求；

[0128] 2）各从星收到观测需求后，根据姿轨状态、载荷任务信息确定是否投标。若为应急任务，允许先执行任务再投标；

[0129] 3）主星收到各从星的投标信息后，开始评标，确定执行观测任务的从星，并将中标通知发送给该从星；

[0130] 4）收到中标通知的从星执行观测任务。

[0131] 在本发明中，从星自主进行任务规划时，首先需要依据当前星历进行外推，根据未来时刻卫星与太阳、地球和感兴趣区域之间的相对位置关系生成对应的任务信息。任务规划的过程包括轨道外推、可见窗口计算、约束检查和冲突消解4部分。

[0132] 在轨自主任务规划过程首先是轨道外推，卫星轨道推演通常采用J2模型或hpop模型，J2模型简单，运算速度快，精度一般；而hpop模型较为复杂，外推精度高，但运算速度慢。考虑到星上计算能力有限，在本发明中采用J2模型外推轨道。为了保证轨道外推的精度，单次轨道外推时间设定为12小时，采用循环向前递推方式推算轨道。

[0133] 可见窗口计算过程描述如下：

[0134] 1）将轨道时间按纬度幅角为90°分为多个时间段，每个时间段分别计算。

[0135] 2）计算卫星距地心距离从而得到卫星任意时刻对地观测最大夹角Angle1，然后计算观测点相对于卫星的夹角Angle2。如果Angle2 <= Angle1，则卫星和目标同侧。

[0136] 3）如果卫星和目标同侧，则根据卫星与目标夹角范围进行时间窗口计算。首先转换卫星和目标的WGS84坐标系到J2000惯性系坐标，然后计算J2000惯性系到卫星轨道坐标系的矢量差，接下来计算得到传感器（卫星本体）姿态下矢量差，根据矢量差分别求xOz和yOz坐标平面夹角，再将此夹角与视场半角进行比较，从而得到该点可见性，即可见窗口开始时刻。

[0137] 4）算法同步骤3），根据搜索步长，采用二分法查找可见窗口结束时刻。

[0138] 约束检查包括能源存储余量检查、时间余量检查，对于光学卫星还包括太阳高度角检查。

[0139] 多任务冲突消解在每一次观测任务更新后，对所有未被执行的任务作冲突处理约束检查。当冲突发生时，根据观测收益的大小决定可以执行的任务。

[0140] 通过上述计算过程后，如有可用任务窗口，则从星决定投标，如没有窗口，则从星弃标。从星将投标结果发送给主星。

[0141] 从星判断可用任务窗口的观测开始时间，若距离当前时间<=5分钟。则从星决定先执行任务再投标。若距离当前时间>5分钟，则从星等待主星返回评标结果后再进行决策。

[0142] 从星收到评标结果后，若中标，则根据可用任务窗口生成载荷工作指令，发送给星务执行。若未中标，则将可用任务窗口标记为取消。

[0143] 在本发明中，主星收到各从星的投标信息的处理流程如下：

[0144] 1）解析各从星投标信息，判断是否有从星抢占任务执行。若有，向该从星发送中标通知，向其他卫星发送中标结果，评标过程结束。若无，转2）；

[0145] 2）主星判断针对每个任务的投标数量，若流标，则向用户返回规划失败。若仅有1颗从星投标，向该从星发送中标通知，向其他从星发送中标结果。若大于1颗从星投标，则转3；

[0146] 3）主星开始评标，根据评分规则确定中标从星，向该从星发送中标通知，向其他卫星发送中标结果。

[0147] 本发明一实施例还提供了一种多星在轨自主协同系统，该多星在轨自主协同系统包括一个主星和至少一个从星。该主星，用于接收多星协同卫星系统中任一从星转发的观测需求，以及，所有该从星的状态，根据该观测需求和所有该从星的状态，确定待邀标的从星；该待邀标的从星，用于给该主星发送关于该观测需求的投标信息；该主星，还用于基于所有该待邀标的从星的投标信息，从所有该待邀标的从星中确定执行观测任务的从星。

[0148] 可以理解的，该多星在轨自主协同系统可以执行如图1至图7所示的自主任务规划方法。

[0149] 本发明提出的一种多星在轨自主协同系统及其自主任务规划方法，采用动态集中式规划方法，基于星间资源状态同步和主星选举实现面向任务的集中式规划，采用支持抢占式的邀标决策方法，实现多星协同自主任务规划。通过建立多星协同自主任务规划机制，赋予了新型遥感卫星星座自主决策、自主通信协调、自主协同任务规划的能力，卫星管控的信息传递从“指令级”向“任务级”转变，使得网络化星群能够根据动态环境和用户实时交互需求进行卫星任务的规划，增强了多星协同的自主性。

[0150] 需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

[0151] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

[0152] 以上为对本发明所提供的一种多星在轨自主协同系统及其自主任务规划方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。