一种基于多元信息融合的卫星工作策略优化方法及装置与流程

本发明涉及一种基于多元信息融合的卫星工作策略优化方法及装置，属于对地观测遥感卫星领域。

背景技术：

1、遥感卫星随着敏捷机动能力的提升，成像模式日益复杂、灵活性强、成像效率高，其在轨能够完成的成像任务数量相比当前遥感卫星可以大幅提高，为了确保任务的顺利执行，任务规划系统不可或缺。对应遥感卫星大量复杂任务的自主任务规划系统对多用户提出的多种观测需求进行解析并合理编排任务，满足多任务、长周期、高实时性的要求，对于提升遥感卫星在轨运行的自主性和智能性起着至关重要的作用。此外，卫星的统筹管理要耗费大量的人力，操作复杂，需要天地一体的任务规划系统的支持，以实现尽量少的人工干预下遥感卫星的自主运行，自主任务规划是遥感卫星自主运行的核心。

2、近几年随着计算机性能提升，卫星成像模式的日趋复杂，任务规划系统随应用需求兴起，关于单个和多个航天器的任务实现的规划方法和技术研究很多，但是在整体任务规划方案智能化程度不高，其中一个重要原因是将规划与执行分开，由于未考虑到实际执行时的外部环境和航天器系统状态和故障的影响，导致任务规划结果执行失败，没有将任务的规划-执行进行全过程的闭环规划，自主任务修复或是自主重规划能力不足。

3、目前针对卫星自身及周围环境态势的多变，仅仅依靠信号回传地面控制中心等待指令，对复杂的任务将很难得到最有效率的处理，需要卫星拥有一定的自主策略判断能力问题。同时，卫星的任务类数据中包括星上存储任务，需要卫星拥有一定的自主策略判断能力。卫星在轨遇到异常情况时，也需要具有更加高效的自主处置能力。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提升了卫星的效能。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于多元信息融合的卫星工作策略优化方法，包括：

4、输入对地遥感任务的信息，包含任务列表以及卫星任务执行能力评估；

5、根据输入的信息完成任务列表的更新；

6、对输入的信息进行融合、提取，获得卫星状态信息，包括卫星健康状态信息、卫星的能源状态信息、卫星的位置姿态信息、以及卫星上各类传感器采集的或设备自主生成的状态参数信息；

7、将卫星状态信息输入到深度q-网络，该网络设定一个值函数q，采用随机梯度下降的方法进行q值最大化，从而获得最优策略；

8、将确定的最优策略，进行网络反馈输入，并将最优策略进行任务决策和任务分发。

9、一种基于多元信息融合的卫星工作策略优化装置，包括：

10、第一模块，用于输入对地遥感任务的信息，包含任务列表以及卫星任务执行能力评估；

11、第二模块，根据第一模块输入的信息完成任务列表的更新；

12、第三模块，对输入的信息进行融合、提取，获得卫星状态信息，包括卫星健康状态信息、卫星的能源状态信息、卫星的位置姿态信息、以及卫星上各类传感器采集的或设备自主生成的状态参数信息；

13、第四模块，将卫星状态信息输入到深度q-网络，该网络设定一个值函数q，采用随机梯度下降的方法进行q值最大化，从而获得最优策略；

14、第五模块，将确定的最优策略，进行网络反馈输入，并将最优策略进行任务决策和任务分发。

15、本发明一实施例中，卫星任务执行能力评估包括卫星的轨道机动能力、卫星姿态机动能力及能源供给能力。

16、本发明一实施例中，最优策略包括：

17、任务队列的范围及优先次序；

18、原始图像的处理策略，包括图像是否压缩和/或是否提取目标信息；

19、数据存储与分发策略，包括图像存储方式，以及数据存储系统中需要分发的数据及其相应的分发路径和接收方；

20、自主轨道机动策略，包括不机动、时间优先机动、燃料优先机动中的一个或多种；

21、姿态机动策略，包括快速机动快速到位的不同档位、任务结束后姿态回零/姿态保持。

22、本发明一实施例中，卫星任务执行能力评估指基于卫星的各状态参数数据，对卫星的基础能力进行评估。

23、本发明一实施例中，输入的信息包括待观测区域的气象预报、星间预报、卫星载荷实时预报。

24、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

25、(1)本发明基于多元信息融合的卫星工作策略优化方法将人工智能相关技术应用到卫星上，通过多元信息的采集、大数据的训练、自学习，使卫星管理任务的过程变得智能化，提高目标侦察、环境态势感知等复杂任务的处理速度，最终可服务于单星任务与星座/星群使命的实现。

26、(2)特定目标观测卫星需感知的信息包含目标观测信息、环境感知信息(包含自身状态信息和外部环境信息)、还有任务信息，基于多元信息融合的卫星工作策略优化方法所涉及到的方法均为逻辑判断算法，即根据各方面获取的参数信息、依据设定的组合判断条件，生成对应的控制变量与参数，执行任务更高效。

27、(3)卫星在轨飞行期间，由于自身及周围环境态势的多变，仅仅依靠信号回传地面控制中心等待指令，对复杂的任务将很难得到最有效率的处理，基于多元信息融合的卫星工作策略优化方法使卫星在拥有一定的自主策略判断能力的基础上，找到最优的工作策略。

28、(4)卫星在加入自主策略优化后，本发明能够逐步调整自己的决策策略，随着运行周期的增加，能够更好地提升平均观测收益，从而在整体层面达到对系统能力利用的优化。

技术特征：

1.一种基于多元信息融合的卫星工作策略优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的卫星工作策略优化方法，其特征在于，卫星任务执行能力评估包括卫星的轨道机动能力、卫星姿态机动能力及能源供给能力。

3.根据权利要求1所述的卫星工作策略优化方法，其特征在于，最优策略包括：

4.根据权利要求1所述的卫星工作策略优化方法，其特征在于，卫星任务执行能力评估指基于卫星的各状态参数数据，对卫星的基础能力进行评估。

5.根据权利要求1所述的卫星工作策略优化方法，其特征在于，输入的信息包括待观测区域的气象预报、星间预报、卫星载荷实时预报。

6.一种基于多元信息融合的卫星工作策略优化装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的卫星工作策略优化装置，其特征在于，卫星任务执行能力评估包括卫星的轨道机动能力、卫星姿态机动能力及能源供给能力。

8.根据权利要求6所述的卫星工作策略优化装置，其特征在于，最优策略包括：

9.根据权利要求6所述的卫星工作策略优化装置，其特征在于，卫星任务执行能力评估指基于卫星的各状态参数数据，对卫星的基础能力进行评估。

10.根据权利要求6所述的卫星工作策略优化装置，其特征在于，输入的信息包括待观测区域的气象预报、星间预报、卫星载荷实时预报。

技术总结
一种基于多元信息融合的卫星工作策略优化方法及装置，用于提升卫星的效能，属于对地观测遥感卫星领域。为优化卫星的任务执行策略，使卫星的效能得到最大化，本发明采用深度强化学习的方法，基于环境而行动，以期获得最大效益，使用样本来优化行为，使用函数近似来描述复杂环境，优化卫星的任务执行策略，使卫星的机动能力和自主能力得到最大化发挥。本发明设计了基于多元信息融合的策略自学习模型。考虑卫星在轨飞行过程，具有高维的状态空间，适合采用深度强化学习的方法求解最优策略。

技术研发人员：李雨廷,王跃,于龙江,余婧,姜洋,范立佳,刘亚利,高阳,汪精华,张少雄,阳焱,修义
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25