(2)受测控影响小。规划过程位于航天器上,规划所需的状态信息和控制所需的指令序列均在航天器内部传递,减少了与地面中心的交互,在特殊情况下,任务目标可以由航天器自主产生,此时,航天器甚至可以在无地面干预的条件下保持较长时间的正常运行,降低了对测控的依赖。
(3)动态响应特性强。规划过程可以实时获取航天器各设备的状态信息,当指令执行出现偏差或遇到突发事件时,规划过程可以迅速实施重规划,根据外部条件动态调整之前的指令序列,指令执行的灵活性很强,极大地提高了航天器的自主能力。
3 基于任务目标的航天器控制实现
为了实现基于任务目标的控制,需要解决两个基本问题:任务目标的定义、任务目标和控制指令的转换方法。
3.1 任务目标的定义
航天器由多个分系统构成,如热控分系统、姿轨控分系统、通信分系统等,各分系统又包含一系列设备,如通信分系统包括天线、功率放大器、调制解调器等,因此,设备是航天器实现具体功能的原子单位,对航天器的控制本质上是对各设备的控制,航天器任务目标的完成依赖于各设备基本功能的实现。
设备在不同的时间段可能处于不同的状态,分别表示不同的工作模式,如功率放大器包括关机模式、开机模式等。设备执行控制指令后状态发生变化,工作模式也随之改变,把最常见的工作模式称为默认工作模式,表示设备不接收指令时所处的状态,如关机模式为功率放大器的默认工作模式。在航天器控制过程中,发送指令使设备从默认工作模式转移到完成任务所需的工作模式,任务完成后再恢复到默认工作模式,因此,可以用工作模式来定义任务目标,如下所示。
任务目标:某一时间区间内设备所处的工作模式。
根据定义,任务目标可以用三元组<设备Device,时间区间Interval,工作模式Mode>来表述,记作Goal:Mode,其中,设备表示任务目标的执行对象,时间区间表示任务目标的执行时段,工作模式表示任务目标的状态要求。
3.2 任务目标与控制指令的转换
在基于任务目标的控制模式下,航天器各设备最终执行的仍然是控制指令,因此,本节对任务目标和控制指令的转换方法展开研究。以一个简单的对地成像系统为例,设定该系统包括成像仪、温控器和旋转机构三台设备,其中,成像仪用于对地观测,温控器对成像仪的温度进行控制以防止其受损,旋转机构根据观测目标的方位把成像仪旋转到合适角度进行观测。
在该成像系统中,设定以下三条约束条件:(1)温控器在成像仪开机3分钟前关闭,防止成像仪温度过高造成损害。(2)温控器在成像仪关机5分钟后开启,防止成像仪温度过低造成损害。(3)成像仪在旋转机构停止旋转2分钟后可以拍照,防止旋转机构抖动引起成像质量下降。
成像系统中各设备的控制指令如表1所示。