一种基于协商对策冲突消解的卫星需求处理系统

摘要

一种基于协商对策冲突消解的卫星需求处理系统，客户端采集模块确定卫星的初步访问轨迹输出给用户；用户向采集单归档模块提交访问需求单；采集单归档模块将产品数据反馈至相应用户，并将剩余合法访问需求单按照优先级排序并存储归档；采集单处理模块按照优先级顺序提取采集单信息，将采集单信息中时间信息和空间信息进行冗余消解，生成采集任务单并发送至卫星任务规划模块；卫星任务规划模块将采集任务单中的观测区域按照卫星成像能力进行条带划分，结合卫星轨道访问特性，生成卫星观测单；指令生成模块将卫星观测单生成遥控指令，上注至卫星；采集单反馈模块从卫星地面数据处理公共管理平台获取卫星观测单对应的数据信息，并将其存储在产品库中。

说明书

技术领域

本发明属于卫星计划编排方法，具体涉及一种基于协商对策冲突消解算法 的卫星需求处理方法。

背景技术

随着国内遥感卫星技术水平提高，应用范围不断扩大，用户对卫星的需求 也越来越多，需求提交的形式也多样，包括电话、传真、网络等。对卫星有效 载荷的任务管控是地面运行系统的管理控制核心，系统对各级别用户需求进行 汇集分析，将用户需求转化为控制高分辨率对地观测系统的控制指令，调度安 排对地观测平台采集获取观测数据和地面系统接收资源完成数据的接收和传 输。并完成对星地系统的监控管理和指挥调度。

地面系统通常划分任务订单处理子系统来实现该项功能，该子系统是受理 用户观测需求的信息枢纽，负责接收不同用户的数据采集需求，生成规范化描 述的系统观测任务；同时对所有任务进行预处理，包括点目标的可见性分析以 及对区域目标的划分，高分辨率对地观测卫星系统对区域目标的覆盖能力分析， 任务冲突性分析等，另外还要对系统任务的执行状态进行跟踪与监控，并对用 户订单信息、订单对应的任务信息及任务的执行状态信息进行综合管理。

上述用户需求处理方法是目前普遍采用的方法，可以完成当前各种用户采 集需求，但也存在以下三方面的问题，一是用户参与及交流度不够，用户需求 的响应时间较长；二是对于描述宽泛的用户需求，特别是要求大量卫星参与目 标任务规划时，任务冲突消解效率不高；三是该方法需要较多的人工参与，增 加了对人员的工作复杂度和出错概率。

在冲突消解方面，一般是依据用户事先确定的目标来设计、选择算法，在 调度的过程中从一定程度上消解了这一阶段可能存在的冲突，如多个时间窗口 对同一目标任务的冲突，多个任务对同一个时间窗口的资源冲突等。对于用户 需求、订单级别等调度的预处理阶段的冲突问题研究较少。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术缺陷，提供一种基于协商对策冲 突消解的卫星需求处理系统，该系统能够方便快捷向用户提供定制的遥感数据。

本发明的技术解决方案是：一种基于协商对策冲突消解的卫星需求处理系 统，包括客户端采集模块、采集单归档模块、采集单处理模块、卫星任务规划 模块、采集单反馈模块；

客户端采集模块利用卫星最新轨道根数确定卫星的初步访问轨迹，并输出 给用户；用户根据卫星的初步访问轨迹向采集单归档模块提交访问需求单；

采集单归档模块对接收的所有的访问需求单进行合法性检查，丢弃非法访 问需求单并反馈至相应用户，并查询产品库中是否存储合法访问需求单对应的 产品数据，若存在，则直接从产品库中将产品数据反馈至相应用户，并将剩余 合法访问需求单按照优先级排序并存储归档；

采集单处理模块按照优先级顺序从已归档的访问需求单中提取采集单信 息，将采集单信息中时间信息和空间信息进行冗余消解，生成采集任务单并发 送至卫星任务规划模块；所述的采集任务单与访问需求单之间具有映射关系；

卫星任务规划模块将采集任务单中的观测区域按照卫星成像能力进行条带 划分，结合卫星轨道访问特性，生成卫星观测单；所述的采集任务单与卫星观 测单之间具有映射关系；

指令生成模块将卫星观测单生成遥控指令，上注至卫星；

采集单反馈模块从卫星地面数据处理公共管理平台获取卫星观测单对应的 数据信息，并将其存储在产品库中。

所述指令生成模块实现步骤如下：

（1）建立遥感卫星遥感指令发送链路规则；

（2）建立卫星正向指令模板库：首先梳理卫星所有工作项目，将每个工作 项目设置索引；然后将卫星每个工作项目分解为基本操作单元,每个基本操作单 元设置索引编号，并为每个基本操作单元的输入参数项进行信息标注；所述的 基本操作单元为遥感卫星工作载荷的不同工作模式；

（3）建立指令模板规则序列库：根据遥感卫星各基本操作单元的工作过程， 将每个基本操作单元的执行步骤、间隔时间、执行码字存储在各自的指令模板 规则序列库中；

（4）根据用户输入的探测计划，调用卫星正向指令模板库，确定本次探测 计划对应的工作项目以及每个工作项目下的基本操作单元；

（5）根据步骤（4）中确定的基本操作单元调用相应的指令模板规则序列 库，根据遥感卫星的指令封装格式将上述确定的工作项目、基本操作单元以及 基本操作单元的执行步骤、间隔时间、执行码字进行封装，生成完整的卫星可 执行的指令序列块；

（6）从上述生成的指令序列块中解析出基本操作单元，判断指令序列块中 基本操作单元的执行步骤、间隔时间是否符合卫星逆向指令参数项模板库中的 约束要求，若不符合，则人工检查用户输入的探测计划以及步骤（3）中建立的 指令模板规则序列库，修改后从步骤（4）开始重新执行；否则转步骤（7）；

（7）将符合约束条件的指令序列块存储，并按照步骤（1）中建立的遥感 指令发送链路规则发送至卫星指令上注中心，由卫星指令上注中心上传至卫星。

所述的卫星逆向指令参数项模板库包括指令码字序号、指令码字序列、指 令内容、指令约束时序要求和指令模板关联要求；所述的指令内容与基本操作 单元对应；

将卫星工作载荷不同工作模式下的约束条件转换成约束公式，存储在指令 约束时序要求中；根据用户输入的探测计划，将基本操作单元每个执行步骤的 执行先后顺序存储在指令模板关联要求中。

所述步骤（1）中遥感指令发送链路规则采用“三判二”的链路机制，即对 于每个指令序列块，均发送三次，抽取其中的两个指令序列块进行CRC比对， 将比对通过的指令序列块发送。

本发明与现有技术相比有益效果为：

（1）本发明客户端采集模块利用卫星最新轨道根数确定卫星的初步访问轨 迹，并输出给用户，既为用户提供了提取数据需求的依据，方便了用户对数据 观测时间的初步把握，又可以为服务端的卫星计划编排减轻了初级需求单的消 解压力，提高用户获取数据的可行性和成功率。

（2）本发明将接收的访问需求单进行整合归并考虑任务单需求种类、卫星 工作约束、数据存储限制、数据下传限制等因素。针对用户类型多样的采集需 求，基于协商对策的冲突消解算法能更好发挥其优势作用，对任务规划中调度 预处理阶段中在卫星资源参数层产生的冲突问题进行优化协商处理，进而生成 满足卫星载荷约束、地面站接收约束等各种约束条件的观测任务计划和数据接 收计划。

附图说明

图1为本发明系统组成框图；

图2为本发明客户端需求采集流程；

图3为本发明任务单接收流程；

图4为本发明任务单处理流程；

图5为本发明任务规划流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。本发明一种基于协商对策冲突 消解的卫星需求处理系统，如图1所示，包括客户端采集模块、采集单归档模 块、采集单处理模块、卫星任务规划模块、采集单反馈模块；各模块协同工作 既为用户提供了提取数据需求的依据，方便了用户对数据观测时间的初步把握， 又可以为服务端的卫星计划编排减轻了初级需求单的消解压力。

（一）客户端采集模块

客户端采集模块利用卫星最新轨道根数确定卫星的初步访问轨迹，并输出 给用户；用户根据卫星的初步访问轨迹向采集单归档模块提交访问需求单；如 图2所示：

客户端采集模块可以设计为BS结构或者CS结构，包括卫星资源选择、 时间选择、区域选择、结果展示、提交任务等元素，见表1，用户可以通过人 机交互界面选择相应参数，客户端采集模块根据用户的选择，利用卫星最新轨 道根数确定卫星的初步访问轨迹，即可以采用HPOP轨道预报算法完成卫星过 境时间计算，卫星观测覆盖时间计算，卫星进出地球阴影区时刻，卫星的星下 点轨迹和卫星传感器的扫描覆盖区等预报。

表1客户端计划编排人机界面元素说明

用户提交的访问需求单主要分为常规采集任务单、用户采集任务单和快反 采集任务单，三类访问需求单的优先级顺序为快反采集任务单高于用户采集任 务单高于常规采集任务单，访问需求单内部数据见表2：

表2采集任务单内部数据表

（二）采集单归档模块

如图3所示，采集单归档模块对接收的所有的访问需求单进行合法性检查， 丢弃非法访问需求单并反馈至相应用户，并查询产品库中是否存储合法访问需 求单对应的产品数据，若存在，则直接从产品库中将产品数据反馈至相应用户， 并将剩余合法访问需求单按照优先级排序并存储归档；

优先级排序首先将所有的访问需求单进行分类，按照快反采集任务单高于 用户采集任务单高于常规采集任务单的原则进行排序；然后将同类访问需求单 下根据用户自定义的优先级进行排序。

（三）采集单处理模块

采集单处理模块按照优先级顺序从已归档的访问需求单中提取采集单（即 采集任务单）信息，将采集单信息中时间信息和空间信息进行冗余消解，生成 采集任务单并发送至卫星任务规划模块；所述的采集单与访问需求单之间具有 映射关系；采集单主要基于协商对策的任务冲突消解算法生成，协商对策求解 的基本思想是，如果对策的各方都能遵守一些共同的准则来选择对策的解，那 么只要这些准则对各方都是“合理的”和“可接受的”，他们就可以在不必存在 一个真实仲裁人的情况下，按着满足某个“仲裁程序”来求得协商对策解。其 工作流程主要包含以下环节（附图4）：

（1）采集单提取；按照采集单采集时间参数索引出在较短时间周期内将参 与规划的采集单，再按照采集单的优先级进行分类。

（2）采集单显示；将采集单的采集区域在地图界面中显示。

（3）采集单冗余处理；人工选择采集单，将空间重叠及时间重叠采集单按 照约定的任务冲突消解算法进行计算，删除重复冗余的采集单。

（4）采集单输出；将上一步中冲突消解前后的采集单建立映射关系，根据 轨道计算与预报，判断冲突消解后的采集单是否具有可见时间窗口，若无，则 标记为无法完成的采集任务单；若有，则将该消解后的采集任务单作为卫星任 务规划模块的输入。

（5）采集单查询与反馈；将冲突消解前后的采集单状态标识，给用户的反 馈查询。

（四）卫星任务规划模块

卫星任务规划模块将采集任务单中的观测区域按照卫星成像能力进行分解 成单个“元任务”，即将一个大区域的采集任务，结合卫星轨道访问特性，分解 成多个按照卫星的幅宽为基本单元的元任务。

由于采集任务单安排的不确定性，以及受到卫星本身的能量约束等，同时 每个任务计划要采用动作所消耗的能量难以量化，所以要求对任务规划算法进 行不断的迭代寻优。再本次算法实现中每次选取未安排任务队列中优先级最高 的任务，根据元任务合成收益值最大的原则选取下一个将要处理的元任务，并 在单个任务观测安排完毕以后马上安排任务回传，然后检查观测任务和回传任 务是否符合所有约束，以此来决定任务的取舍。任务规划算法的描述如下，总 体流程图如附图5所示。

Step1：获取采集单处理模块输出的采集任务单，并将其分解为元任务；

Step2：读取元任务信息；

Step3：对记录元任务进行扩段处理，即当某一任务超出地面站可接收范围时， 采用记录模式，将短的元任务条带扩展为符合卫星覆盖条带的长条带；

Step4：按照优先级从高到低的顺序排列元任务，形成元任务列表；

Step5：按优先级最高的规则选取当前任务Ti，检查是否任务已经执行完毕， 如果是转则Step9；

Step6：按照规则决定当前任务Ti是否安排观测，如果安排转Step7，否则转 Step4；

Step7：判断Ti是否为记录任务，如果是记录任务，则按规则检查离Ti最近的 回传窗口是否能安排回传，如果能安排转Step8，否则转Step4；

Step8：检查Ti的电量、存储以及各种约束，满足则则将任务Ti放入观测方案 列表中；

Step9：检查是否还有可用的回传窗口，若有则安排常规任务，并对Ti进行约 束检查，通过约束检查的Ti则可以放入观测方案列表中.，若没有则输出最终规 划方案。

（五）指令生成模块

指令生成模块将卫星观测单生成遥控指令，上注至卫星；具体实现步骤如 下：

（1）建立遥感卫星遥感指令发送链路规则；为保证在链路发送过程中数据 的有效性和可靠性，在链路协议上采用“三判二”的链路机制，即对于每个指 令任务，均发送三次，抽取其中的两个指令数据块进行CRC（校验和）比对， 若结果一致，则可确保发送指令数据的100%正确性。

（2）建立卫星正向指令模板库；

首先梳理卫星所有工作项目，一般包括实传成像、记录成像、回放、侧摆 成像、载荷参数调整等。

然后将每个工作项目分解为基本操作单元，例如实传成像包括A相机实传 成像、B相机实传成像；侧摆成像包括整星正角度侧摆和整星负角度侧摆；载 荷参数调整包括A相机调焦、B相机增益调整等。

再次，为每个基本操作单元设置索引编号（即模板编号），同时将基本操作 单元输入参数项等信息标注，下表1为模板库实例：

例如：实现侧摆-8度实传成像的工作任务，则将调用模板号为M[1]、M[2]、 M[1+n]三个模板共同完成该项任务，同时也将获取完成该项工作任务所需的参 数个数和参数内容。

（3）建立指令模板规则序列库；

该规则序列库的主要内容是建立每个基本操作单元的指令项序列，详细约 定各操作项的执行步骤、间隔时间、指令码字等，用于完成单个工作任务项。 下表2为A相机实时成像M[1]指令模板规则序列库实例：

序号 时序要求 指令代号 指令名称 指令码字 Cod[1][1] T[1]=T-100 KARS[1] 数传分系统加电 02EAAAAH Cod[1][2] T[2]=T-60 KARS[2] 编码单元开机 60AAAAAH Cod[1][3] T[3]=T-26 KARS[3] 压缩编码器开机 5B3AAAAH Cod[1][i] T[i]=T KARS[4] A相机实时成像开 00B3AAAH …… …… …… …… ……

将各种载荷工作项目编目入库，各指令码字、执行步骤及间隔时间等分别 建立对应数据库表结构，同时，可以定期对指令模板进行维护、添加宏动作与 指令映射维护等。

（4）根据卫星观测单，调用卫星正向指令模板库，确定本次观测对应的工 作项目以及每个工作项目下的基本操作单元；

（5）根据步骤（4）中确定的基本操作单元调用相应的指令模板规则序列 库，根据遥感卫星的指令封装格式将上述确定的工作项目、基本操作单元以及 基本操作单元的执行步骤、间隔时间、执行码字进行封装，生成完整的卫星可 执行的指令序列块；

不同遥感卫星有类似的指令封装格式，一般为有效数据区的前后分别封装 上块头和快尾，生成固定长度的完整指令数据帧。下表3为其通常的封装结构：

例如：实现侧摆-8度实传成像的工作任务，则将调用模板号为M[1]、M[2]、 M[1+n]三个模板共同完成该项任务，其有效指令数据为：01AA106033E1 0104FF09AA D835E10104FF0A AA。封装后的指令块为：B1B269DC 325F01AA106033E10104FF09AA D835E10104FF0A AA9225AA  AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA  AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA。

（6）从上述生成的指令序列块中解析出基本操作单元，判断指令序列块中 基本操作单元的执行步骤、间隔时间是否符合卫星逆向指令参数项模板库中的 约束要求，若不符合，则人工检查用户输入的探测计划以及步骤（3）中建立的 指令模板规则序列库，修改后从步骤（4）开始重新执行；否则转步骤（7）；

卫星逆向指令参数项模板库包括指令码字序号、指令码字序列、指令内容、 指令约束时序要求和指令模板关联要求；所述的指令内容与基本操作单元对应； 指令约束时序要求中存储约束公式，该约束公式根据卫星工作载荷不同工作模 式下的约束条件转换而成，比如相机的开机指令应晚于开机指令至少40s，即 可以用表3中指令约束时序要求中T[1]-T[2]<-40s来表示。

指令模板关联要求中存储基本操作单元每个执行步骤的执行先后顺序。例 如M[1]为模板号，Cod[1][i]=InCod[j]表示正向表2中的指令模板规则序列库的 指令代码应和逆向模板库指令码字序列相同。

根据不同卫星的特性，约束条件还包括使用的正向指令模板号、指令的可 变参数数量、参数的取值约束等。

下表4为逆向指令参数模板库实例。

（7）将符合约束条件的指令序列块存储，并按照步骤（1）中建立的遥感 指令发送链路规则发送至卫星指令上注中心，由卫星指令上注中心上传至卫星。

（六）采集单反馈模块

采集单反馈模块从卫星地面数据处理公共管理平台获取卫星观测单对应的 数据信息，并将其存储在产品库中。采集单反馈模块可以根据获取的卫星观测 单对应的数据信息确定卫星观测单的处理状态及完成情况，并反馈至用户。

卫星地面数据处理公共管理平台为卫星数据处理地面系统信息交互及监控 平台，为卫星领域公知平台。

本发明为用户提供方便、透明、快捷的数据采集渠道和结果，可用于遥感 卫星的业务化运行。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。