[发明专利]一种基于状态驱动的航天器地外天体采样操控系统及方法

权利要求书

1.一种基于状态驱动的航天器地外天体采样操控系统，其特征在于，包括：信息调度规划子系统、数据综合子系统和接口控制子系统；

所述接口控制子系统通过数据链路与目标航天器采样系统连接，完成对目标航天器采样系统的状态信息获取以及向目标航天器采样系统转发控制指令；信息调度规划子系统负责收集数据综合子系统及接口控制子系统传递的任务执行要求，并按照任务要求分解为目标航天器采样系统可执行的指令控制序列，从而目标航天器采样系统根据该指令控制序列完成相应的动作，同时判断当前动作执行是否满足状态要求，并根据执行结果和状态确定和实施下一步的动作操控；其中，所述信息调度规划子系统包括：采样动作规划模块、任务调度模块和人机交互模块；所述数据综合子系统包括：经验数据库；

所述人机交互模块用于收集地面操作人员输出的任务级指令，地面操作人员在人机交互模块对应的界面上选择采样点，人机交互模块将所选采样点的位置、坡度信息发送给采样动作规划模块；

所述采样动作规划模块服务器通过人机交互模块获取任务级指令，按照指令中所选采样点的位置和坡度信息，对任务级指令进行功能分解生成采样策略表；

所述采样动作规划模块根据采样策略表与经验数据库进行交互搜索对应的系统功能操作序列表，并进一步分解为模块化操作序列直至分解为原子指令执行序列，形成由原子指令构成的任务控制程序；

此处，对该操控系统所使用的知识表达进行定义如下：

p＝{s_p,a,e_a,P} (1)

式中，p为该操控系统的操作动作，由s_p、a、e_a、P四元素组成，s_p为执行该操作动作的初始状态集合，a为该操作动作的控制方法集合，e_a为该操作动作执行完成后的预期状态集合，P为执行该操作所需时间及相应的成功概率描述；通过该知识表达方法，操控系统对模块化操作序列和原子指令的执行条件、执行方法、预期结果以及历史执行情况进行了描述和组织，在操控系统中进行数据处理、信息索引、数据交换和呈现展示，均以该知识表达为基础进行转换和表达；

则原子指令构成的任务控制程序表示为；

依次检查上述原子指令执行序列的各操作节点p_i的初始状态与上一操作节点p_i-1执行后的预期状态是否一致，若则继续搜索下一操作节点p_i；若采样动作规划模块则在经验数据库中搜索所有满足初始状态的原子指令或模块化操作序列，并按照对应知识表达式中的P元素中的执行时间和成功概率进行排序，采用二叉树搜索并排序，找到成功概率大于设定阈值Θ且执行时间最优的序列p_m,p_m+1,......,p_m+l，使之满足且插入该序列形成新原子指令执行序列P＝p₁,p₂,...,p_i-1,p_m,p_m+1,......,p_m+l,p_i,......,p_i+k，之后继续从p_i操作节点处检查原子指令执行序列，直至原子指令执行序列检查验证完毕，向任务调度管理模块提出任务执行申请；

任务调度管理模块接收到任务执行申请，并获得原子指令执行序列P＝p₁,p₂,...,p_i-1,p_i,......,p_i+m，依次按原子指令执行序列以状态驱动的方式执行其中的操作节点；当执行到某一操作节点p_i时，检查当前操作节点的初始状态要求与目标航天器的当前状态s_c是否满足s_p∈s_c，若是则执行当前节点要求的动作并监视目标航天器的当前状态s_c，在给定时间内且s_p+1∈s_c时继续执行下一操作节点，若在给定时间内则提示地面操作人员目标航天器状态异常，并向采样动作规划模块提交指令，搜索并规划一个临时操作序列P_E＝p_E1,p_E2,...,p_Ej满足且由地面操作人员编辑选择并确认是否执行，执行成功后将该临时操作序列存入经验数据库中，任务调度管理模块按照临时操作序列P_E＝p_E1,p_E2,...,p_Ej执行完成后，继续以状态驱动的方式执行任务序列P＝p₁,p₂,...,p_i-1,p_i,......,p_i+m中后续的操作节点，直至任务序列中的操作节点执行完成。