基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法及装置

本发明涉及空间在轨服务，具体涉及一种基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法及及装置。

背景技术：

1、对地观测卫星利用星载传感器获取地球表面信息，广泛应用于土地资源普查、抗灾救援、军事侦察等多个领域。对地观测卫星的观测需要依据提前进行观测任务规划，传统的卫星任务规划依赖于地面集中式处理，地面运控系统收到用户提交的观测需求后进行需求筹划和任务规划，然后通过地面测控站网将任务规划结果通过测控链路上传给对应卫星，卫星收到地面上注的规划结果后在指定时间以指定模式开展数据获取，完成对地观测。

2、随着卫星遥感在社会、军事及专用行业领域应用的不断拓展，大量在轨卫星运行将成为常态，这对遥感卫星的任务规划提出了新的挑战。面向大量在轨卫星，传统的以地面为中心的任务规划模式难以承受，越来越多的应用需要在轨卫星具备在轨临机响应能力，如目标连续跟踪能力、目标接力观测能力等都需要多颗卫星具有自主任务规划能力，因此需要研究卫星自主任务规划问题。卫星自主任务规划问题是一个多约束、高冲突的复杂组合优化问题，由于卫星上的计算、存储和能源资源都严重受限，传统地面任务规划方法成果难以直接应用。

3、现有方法首先针对多星自主在轨任务协同问题，将一次完整的任务规划分解为招标、投标和评标3个过程，收到用户观测需求的卫星为响应该次用户需求的主星，主星面向用户需求进行任务分解，将分解形成的任务向多个从星进行发送，该阶段为招标。受到招标信息的从星根据自身轨道状态、能源状态、任务列表等自主决策是否进行任务响应，并将是否响应的结果发送给主星，该阶段为投标。主星根据收到的多颗卫星的投标信息进行综合决策，选择合适的卫星完成用户需求，并向所有卫星广播决策结果，该阶段为评标。该方法中，从星完全根据主星任务要求和自身资源状态进行响应，即主星和从星的资源都能够被该观测需求进行无偿使用，从星是否对主星招标信息进行投标完全取决于该卫星是否具备主星要求的能力。

4、然而，随着在轨观测卫星的持续发展，未来具备在轨观测能力的卫星将会大量发射，不同卫星将来自不同的用户和组织，为了发挥所有卫星的资源能力，不同体系之间的卫星将提供互联互通和资源共享能力，实现用户需求的最大化满足。但是这些卫星节点可能来自不同的组织，虽然组成一个开放的对等网络，但由于每个组织中节点的目标不同，加之节点自身资源如处理能力、电池能量等受限，节点不可避免地存在一定的自私性，即卫星节点试图多享用其他节点的资源和服务，而少共享自己的资源和服务，从而达到节省自身资源的目的。因此，如果在任务规划中不考虑卫星的自私性，将造成有一些卫星获取其它卫星系统的资源，而不付出任务代价，最终整个体系中的卫星将都不愿意共享自身的资源，体系的资源使用效率将大大下降。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，包括：s11，获取待处理在轨任务，并进行评估得到买方虚拟交易额度估价；s12，将待处理在轨任务和买方虚拟交易额度估价发送给潜在协同卫星；其中，各协同卫星隶属于同一虚拟交易额度流通体系；s13，获取潜在协同卫星发送的响应信息；其中，响应信息包含协同卫星评估得到的卖方虚拟交易额度估价；s14，对各响应信息进行综合评估，确定目标协同卫星；其中，目标协同卫星用于处理待处理在轨任务。

2、根据本发明的实施例，s11中评估得到买方虚拟交易额度估价包括：根据待处理在轨任务需要观测的区域的大小、在轨任务剩余完成时长、任务传感资源的紧缺度、具有的虚拟交易额度总数中的至少一个方面进行评估，得到买方虚拟交易额度估价。

3、根据本发明的实施例，s11中根据下式进行评估得到买方虚拟交易额度估价pb：

4、

5、其中，fs表示待处理在轨任务需要观测的区域的大小，ft表示待处理在轨任务剩余完成时长的倒数，fr表示对于在轨任务发起卫星该任务传感资源的紧缺度的倒数，wb表示在轨任务发起卫星具有的虚拟交易额度总数，α是在轨任务发起卫星出价函数的系数。

6、根据本发明的实施例，s12中各协同卫星与待处理在轨任务发起卫星隶属于同一虚拟交易额度流通体系；虚拟交易额度流通体系的虚拟交易额度总量固定。

7、根据本发明的实施例，s13中协同卫星评估得到的卖方虚拟交易额度估价根据待处理在轨任务相较于协同卫星视场范围的大小、在轨任务需消耗时长与剩余可用资源时长比值、协同卫星传感资源的紧缺度、收到在轨任务的卫星的在轨任务收益期望值中的至少一个方面进行评估得到。

8、根据本发明的实施例，s13中协同卫星评估得到的卖方虚拟交易额度估价ps根据下式进行计算：

9、

10、其中，gs表示待处理在轨任务观测区域相较于协同卫星视场范围的相对大小，gt表示待处理在轨任务需消耗时长与剩余可用资源时长比值，gr表示协同卫星资源的紧缺度，ws表示协同卫星处理在轨任务的收益期望值，β表示协同卫星定价函数的系数。

11、根据本发明的实施例，s14中对各响应信息进行综合评估包括：s141，比较买方虚拟交易额度估价与卖方虚拟交易额度估价；若买方虚拟交易额度估价大于等于卖方虚拟交易额度估价，则进入步骤s142；否则，本次协同交易失败；s142，对符合买方虚拟交易额度估价大于等于卖方虚拟交易额度估价条件的所有协同卫星，进行任务完成质量评价，确定目标协同卫星。

12、根据本发明的实施例，s14之后还包括：s15，将确定目标协同卫星的结果向潜在协同卫星进行广播。

13、本发明第二方面提供了一种基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，包括：s21，获取待处理在轨任务和买方虚拟交易额度估价；s22，对待处理在轨任务进行评估得到本星的卖方虚拟交易额度估价；s23，向在轨任务发起卫星发送响应信息；其中，响应信息包含卖方虚拟交易额度估价，在轨任务发起卫星与本星隶属于同一虚拟交易额度流通体系；s24，获取在轨任务发起卫星发送的确定目标协同卫星的结果，判断是否协同处理待处理在轨任务。

14、本发明第三方面提供了一种基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同装置，包括：评估模块，用于获取待处理在轨任务，并进行评估得到买方虚拟交易额度估价；发送模块，用于将待处理在轨任务和买方虚拟交易额度估价发送给潜在协同卫星；其中，各协同卫星隶属于同一虚拟交易额度流通体系；获取模块，用于获取潜在协同卫星发送的响应信息；其中，响应信息包含协同卫星评估得到的卖方虚拟交易额度估价；确定模块，用于对各响应信息进行综合评估，确定目标协同卫星；其中，目标协同卫星用于处理待处理在轨任务。

15、本发明在卫星之间的任务协同过程中引入了基于虚拟交易额度的激励机制，来解决不同组织卫星之间存在的自私行为，从而提高整个天基体系资源的整体利用效率，发挥不同组织之间卫星之间的优势互补能力。

技术特征：

1.一种基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，s11中评估得到买方虚拟交易额度估价包括：

3.根据权利要求2所述的基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，s11中根据下式进行评估得到买方虚拟交易额度估价pb：

4.根据权利要求1所述的基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，s12中所述各协同卫星与所述待处理在轨任务发起卫星隶属于同一虚拟交易额度流通体系；所述虚拟交易额度流通体系的虚拟交易额度总量固定。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，s13中所述协同卫星评估得到的卖方虚拟交易额度估价根据待处理在轨任务相较于协同卫星视场范围的大小、在轨任务需消耗时长与剩余可用资源时长比值、协同卫星传感资源的紧缺度、收到在轨任务的卫星的在轨任务收益期望值中的至少一个方面进行评估得到。

6.根据权利要求5所述的基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，s13中所述协同卫星评估得到的卖方虚拟交易额度估价ps根据下式进行计算：

7.根据权利要求1所述的基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，s14中对各响应信息进行综合评估包括：

8.根据权利要求1所述的基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，s14之后还包括：

9.一种基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法，其特征在于，包括：

10.一种基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同装置，其特征在于，包括：

技术总结本发明提供了一种基于虚拟交易额度的卫星在轨任务协同方法及装置，涉及空间在轨服务技术领域，可解决现有天基体系资源的整体利用效率低下的问题。该方法包括：S11，获取待处理在轨任务，并进行评估得到买方虚拟交易额度估价；S12，将待处理在轨任务和买方虚拟交易额度估价发送给潜在协同卫星；其中，各协同卫星隶属于同一虚拟交易额度流通体系；S13，获取潜在协同卫星发送的响应信息；其中，响应信息包含协同卫星评估得到的卖方虚拟交易额度估价；S14，对各响应信息进行综合评估，确定目标协同卫星；其中，目标协同卫星用于处理待处理在轨任务。本发明的方法提高了整个天基体系资源的整体利用效率，发挥不同组织之间卫星之间的优势互补能力。技术研发人员：陈旺,周晓,胡玉新受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/27