3. 卫星任务需求建模
卫星任务规划的第一步不是排程，而是把“用户想要什么”翻译成“系统能计算什么”。任务需求建模就是完成这次翻译：把一段自然语言或业务意图，转成结构化、可量化、可比较、可映射到资源的需求对象。若这一步含糊，后续的冲突检测与协调就失去了共同基准——两个任务到底争的是同一台相机、同一个测控弧段，还是同一段星上存储，将无法判断。
3.1 任务需求描述方法
工程上通常采用“任务—观测/服务请求—资源需求”三层描述。最上层是任务，表达业务目标，例如“对某区域完成一次灾情普查”；中间层是请求，把目标拆成一次或多次可执行动作，携带时间窗、目标位置、载荷模式等；最下层是资源需求，明确该动作需要哪些具体资源、占用多久、以什么约束使用。
一个可计算的需求描述至少应包含以下字段：任务标识、目标（点目标经纬度或区域多边形）、期望时间窗（最早开始、最晚结束）、持续时间、载荷与工作模式、分辨率或速率等质量指标、优先级、时效性要求、可拆分性、以及数据落地要求（实时下传或延时存储）。这些字段并非都要用户填写，很多可由系统按任务类型自动补全默认值，但模型必须能表达它们。
描述方法上，推荐使用“结构化字段 + 约束表达式”的组合。结构化字段负责常规参数，约束表达式负责特殊逻辑，例如“成像时太阳高度角大于15°且侧摆角不超过30°”。这样既保证批量任务可自动解析，又保留对特殊任务的表达能力。
3.2 任务优先级与时效性建模
优先级和时效性是冲突协调中最关键的两个维度。优先级回答“谁更重要”，时效性回答“什么时候必须做”。二者不能混为一谈：一个高优先级任务可能时间窗很宽，一个低优先级任务却可能稍纵即逝。
优先级建议采用有限等级而非连续值，便于规则解释和人工干预。例如分为四级：紧急（1）、重要（2）、常规（3）、可延迟（4）。等级越低数值越小、优先级越高。优先级可由任务类型、用户等级、事件性质加权得出，但最终应落在一个明确等级上，避免“优先级=0.73”这类难以解释的中间值。
时效性建模的核心是时间窗与截止惩罚。设任务时间窗为 [e, l]，其中 e 为最早可开始时刻，l 为最晚可结束时刻。若任务必须在 l 前完成，则 l 是硬截止；若允许超时但质量下降，则引入惩罚函数。常用做法是定义时效价值函数 V(t)：在理想时段内取最大值，随时间推移递减，超过硬截止后降为零。规划器在冲突时比较“优先级 × 时效价值”，而不是只看优先级。
对于周期性任务，如每天固定过境的导航增强播发，时间窗可由轨道周期和地面可见性自动生成，时效性表现为“每个周期内必须完成一次”，而不是单次绝对时刻。建模时需区分单次任务与周期任务，否则会把重复需求误判为多个独立冲突。
3.3 需求到资源需求的映射
需求到资源的映射是建模的落地环节。映射的基本逻辑是：动作类型决定资源类别，工作模式决定资源参数，持续时间决定占用时长，时间窗决定可用区间。以成像任务为例，一次光学成像请求会映射为：相机资源（光学载荷）、姿态机动资源（侧摆与稳定时间）、星上存储资源（图像数据量）、数传资源（下传窗口与速率）。
映射过程中要显式记录“资源占用区间”和“资源占用模式”。占用区间是时间维度，例如相机从 t1 到 t2 被占用；占用模式是能力维度，例如相机处于高分辨率模式，不能同时执行宽幅模式。只有区间和模式都明确，冲突检测才能判断两个任务是否真正互斥。
下面这张图给出从任务需求到资源需求的映射关系，以及四类典型任务在资源需求上的差异。图中左侧是需求描述字段，中间是映射规则，右侧是实际占用的资源对象。
3.4 典型任务场景的需求特征
四类典型任务在需求特征上差异明显，建模时不能套用同一套默认参数。
成像任务的核心是“目标—时间—质量”三角。目标决定可见性窗口，时间窗通常较短（低轨卫星对某点可见仅数分钟），质量由分辨率、幅宽、侧摆角和光照条件共同决定。需求建模时要特别记录侧摆角上限和太阳高度角下限，因为它们直接决定任务能否执行。成像任务还常带数据落地要求：若星上存储不足或数传窗口不匹配，即使成像成功，数据也可能丢失。
通信任务的核心是“链路—带宽—时延”。需求通常表现为一段时间内需要多少带宽、覆盖哪些地面区域、允许多大时延。与成像不同，通信任务往往可拆分、可重排，时效性要求相对宽松，但连续性要求高。建模时需把“总数据量”和“速率要求”分开，前者决定占用时长，后者决定资源模式。
导航任务的核心是“周期—连续—稳定”。导航增强播发、星历注入等任务具有强周期性，需求不是单次事件，而是“每个周期内完成一次”。其时间窗由轨道和地面可见性决定，优先级通常较高且稳定。建模时要用周期任务模板，避免把每天的播发拆成独立任务后产生大量伪冲突。
科学探测任务的核心是“长时—大容量—高约束”。深空探测或对地科学观测往往需要连续观测数十分钟甚至数小时，产生大量数据，对星上存储和数传资源占用显著。其时间窗可能很宽，但观测几何、定标条件等约束严格。建模时需重点描述观测序列的连续性和数据完整性要求，因为一旦中断，整段观测可能作废。
综合来看，任务需求建模不是一次性填表，而是随着任务类型和协调策略不断细化的过程。先把字段定义清楚，再把优先级与时效性量化，最后通过映射规则落到具体资源上，后续的冲突检测与协调才有可靠的计算基础。