[发明专利]一种基于约束可满足技术的深空探测自主任务规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于约束可满足技术的深空探测自主任务规划方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

在深空环境下，深空探测器根据空间环境的感知和认识及深空探测器本身的能力和状态，利用计算机软件技术、人工智能技术等，依据一段时间内的任务目标，对若干可供选择的动作及所提供的资源约束施行推理，自动地生成一组时间有序动作序列，称一个“规划”(plan)，该规划一旦执行，便可以将探测器的状态成功转移到期望的目标状态。

目前NASA，ESA已经将自主规划技术成功的应用于深空探测器探测任务中。但是由于近年来深空探测任务飞行距离越来越远，星上负载越发复杂，负载之间的复杂约束关系以及超远距离探测所带来的新的通信、能源约束为深空探测自主规划技术带来了新的挑战。

约束可满足技术作为人工智能领域中另一条处理约束的主要途径，因具有剪枝能力强、处理效率高、能够解决复杂问题等特点在日常生产生活中都具有广泛的应用。采用约束可满足技能解决规划问题也进行一定的探索，例如MC Cooper,M de Roquemaurel等人对加权约束可满足规划的最优解问题进行了研究。R.Bartak在图规划的基础上对并行活动之间的时间线进行了研究。在此基础上，Nina，Majid等人开发了基于并行规划的TCPP规划器。该规划器采用状态转移图的结构，将规划问题转化为状态转移图并通过约束可满足技术进行求解，当获得可行解后在状态转移图对应的节点上提取规划动作序列。

发明内容

针对深空探测器自主任务规划问题，本发明公开的一种基于约束可满足技术的深空探测自主任务规划方法要解决的技术问题是，能够克服现有深空任务中约束复杂、约束间耦合关系强等难点，提高深空探测器自主任务规划的效率，满足探测器实时性要求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种基于约束可满足技术的深空探测自主任务规划方法，包括如下步骤：

步骤1，建立深空探测器系统模型。

自主规划任务涉及到深空探测器系统模型SYS中的m个活动单元：

SYS＝{var₁,var₂,...var_i,...var_m},1≤i≤m

其中var_i代表深空探测器系统中第i个活动单元；

深空探测器系统活动状态指m个活动单元可能存在的状态集合，设第i个活动单元的状态集合为表示第i个活动单元的n-1个可能的状态，则整个探测器系统的状态集合为S_sys＝{D₁,D₂,...D_i,...D_m}；

步骤2，建立深空探测器约束模型。

深空探测器约束模型用一个四元组表示：

C＝(S₀,G,A,CAP)

其中，初始状态约束S₀表示深空探测器在规划前所处的状态；目标状态约束G对应要完成的任务目标后，深空探测器系统预期应处于的状态，且G∈S_sys；动作约束A＝{A₁,A₂,...,A_i,...,A_m}代表深空探测器系统中m个活动单元能够执行的动作集合，其中代表第i个活动单元能够执行的动作数，不同的活动单元对应不同的x值，且在规划过程中，每个活动单元在同一时刻只执行一个动作，不同的活动单元之间的动作具有并行性；能量约束CAP＝{cap₁,cap₂,...,cap_α}代表系统中存在的α个活动单元对能量消耗的限制，其中cap_i∈(0,β),β∈(0,+∞)不同的活动单元对应不同的β值；

步骤3，根据步骤2中的约束模型对步骤1中的深空探测器系统模型进行分层。

定义层值k＝m，因此深空探测器系统模型SYS转化为多层系统SYS＝{sys¹,sys²,...,sys^k}，每层的变量分别为：同时定义变量level代表当前的层数；

步骤4，规划任务初始化。

第一次进行活动单元选取时，输入为深空探测器系统模型的当前状态约束S₀，目标状态约束G，以及当前层数level＝1；