一种卫星成像与传输的联合任务规划方法技术

技术编号:13046394 阅读:98 留言:0更新日期:2016-03-23 14:16
本发明专利技术公开了一种卫星成像与传输的联合任务规划方法,其特征是包括:1获得二维成像数据表和二维传输数据表;2使用多算法混合迭代求解,获得规划结果。本发明专利技术能实现从卫星成像传输一体的全局的角度进行规划计算,从而能提供更优化的自动化规划服务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星任务规划
,具体地说是一种带数据中继的卫星成像传输一体化任务规划方法。
技术介绍
卫星是人类制造发射升空的机器,其在一定的轨道上飞行,绕地球运转。成像卫星可通过搭载的成像传感器,对其所经过和覆盖到的地球区域进行成像,并将图像传回给地面站,供地面用户使用。目前,成像卫星在国防、民生等多个应用领域发挥着重要的作用,如环境监测、土地勘察、目标搜索、应急救助等。卫星任务规划是卫星日常管控中重要的环节,用于处理用户对卫星资源的争用,使稀缺的卫星资源尽可能多的满足用户需求。卫星任务规划主要指卫星成像和数据下传两个动作的规划,通过任务规划,制定出各卫星对各任务的成像计划方案和数传计划方案。规划得到的成像计划方案包括卫星对任务的选择问题以及各任务的起止成像时间,规划得到的数传计划方案包括各卫星对各地面站的数传任务分配以及每次数传的起止时间。当前的任务规划技术具有如下缺点:(1)未能很好的考虑成像数传联合规划,即卫星成像与数传是单独进行规划的,而成像和数传为高度耦合的两个动作,单独规划不能从全局的角度开展寻优计算,成像是数传的先决条件,及时数传能使卫星释放存储,从而影响成像规划,而且,单独规划不能从全流程的角度压缩时间,使任务尽早的完成,另外单独规划需要大量的人工辅助处理,未实现自动化的规划服务;(2)数传规划没有考虑数据中继的情况,随着航天技术的发展,使用数据中继卫星进行数据中继已经可行,而当前的规划技术未考虑到数据中继的情况,未充分利用空间资源使数据尽早传回地面以减少用户的等待时间;(3)求解算法为单一求解算法,在单次的求解过程中不能吸收多个算法的优势。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中存在的不足之处,提供一种带数据中继的卫星成像与传输的联合任务规划方法,以期实现从卫星成像传输一体的全局的角度进行规划计算,从而能提供更优化的自动化规划服务。为了达到上述目的,本专利技术所采用的技术方案为:本专利技术一种卫星成像与传输的联合任务规划方法,是应用于由NT个任务Ns个成像卫星NC个中继卫星和NP个地面站构成的任务规划场景中;ti表示第i个任务,1≤i≤NT;sj表示第j个成像卫星,令第j个成像卫星sj的最大存储为Mmax、当前存储为M(sj);所述第j个成像卫星sj带有一个成像传感器,并具有同步成像和传输功能;1≤j≤NS;ck表示第k个中继卫星,1≤k≤NC;pl表示第l个地面站,所述第l个地面站pl能同时接收多个成像卫星或中继卫星传输的成像数据;1≤l≤Np;其特点是,所述联合任务规划方法按如下步骤进行:步骤1:获得二维成像数据表和二维传输数据表:步骤1.1、获得所述Ns个成像卫星对NT个任务的访问时间窗集合D、Ns个成像卫星对NC个中继卫星的访问时间窗集合F以及NC个中继卫星对NP个地面站的访问时间窗集合L;所述Ns个成像卫星对NT个任务的访问时间窗集合D为二维成像-任务数据表,且表头包括:任务,成像卫星,开始成像时间和结束成像时间;所述二维成像-任务数据表的每行数据表示所在行任务的成像候选方案;所述Ns个成像卫星对NC个中继卫星的访问时间窗集合F为二维成像-中继传输数据表,且表头包括:成像卫星、中继卫星、开始传输时间和结束传输时间;所述NC个中继卫星对NP个地面站的访问时间窗集合L为二维中继-地面传输数据表,且表头包括:中继卫星、地面站、开始传输时间和结束传输时间;步骤1.2、为所述二维成像-任务数据表中每个任务的成像候选方案添加编号,从而形成二维成像数据表;遍历所述二维成像数据表,获得每个任务的成像候选方案的总个数;步骤1.3、将所述二维成像-中继传输数据表和二维中继-地面传输数据表进行合并,从而形成二维传输数据表;所述二维传输数据表的表头包括:成像卫星、传输卫星、地面站、开始传输时间和结束传输时间;所述二维传输数据表的每行数据表示所在行卫星的传输候选方案;步骤2:使用多算法混合迭代求解,获得规划结果:步骤2.1、随机生成NG个一维整数向量vm表示第m个向量,1≤m≤NG;并有,表示第m个向量vm中第i个分量,表征第i个任务ti所选择的候选成像方案编号;所述第m个个体vm的长度等于任务的总个数NT;将所述向量集合V中的每一个向量作为一个个体,vm表示第m个个体,则NG个个体形成规模为NG的群体G;令每个个体代表一个解方案;令所述第m个个体vm中第i个分量的取值范围为零到第i个任务ti的候选成像方案总个数之间的整数值,当时,表示第m个个体vm所代表的解方案中,第i个任务ti不执行;步骤2.2、使用遗传算法、蚁群算法和粒子群算法对群体进行混合迭代;步骤2.2.1、设定最大混合迭代次数为NM-U,设定当前迭代次数为α,并初始化α=1;步骤2.2.2、判断α>NM-U是否成立,若是,则终止迭代,获得第NM-U次迭代修正的群体否则,转步骤2.2.3;步骤2.2.3、更新蚁群算法的信息素数据,更新粒子群算法的粒子飞行速度数据;步骤2.2.4、从遗传算法、蚁群算法、粒子群算法中随机选择一个算法,作为第α次迭代的群体智能算法;步骤2.2.5、利用第α次迭代的群体智能算法对群体G进行迭代,获得第α次更新的群体Gα;步骤2.2.6、利用所述第α次更新的群体Gα对Ns个成像卫星进行第α次冲突检测,并对NT个任务进行第α次传输规划,获得第α次修正后的群体G′α;步骤2.2.7、将α+1赋值给α;并返回步骤2.2.2执行;步骤2.3、选择所述第NM-U次迭代修正的群体中适应度最好的个体映射到Ns个成像卫星上,并对NT个任务进行传输规划,获得NT个任务的规划结果,从而实现联合任务规划。本专利技术所述的卫星成像与传输的联合任务规划方法的特点也在于,所述步骤2.2.6中的冲突检测是按如下过程进行:步骤1:构建放弃执行的任务集合T′;步骤2:清空所述第j个成像卫星sj的当前存储M(sj);步骤3、根据第α次更新的群体Gα中的第m个个体vm,α中第i个分量从所述二维成像数据表中获得与第i个分量所对应的第i个任务ti的候选成像方案;所述第i个任务ti的候选成像方案中包括:第i个任务ti、成像卫星satellite(ti)、开始成像时间IS(ti)、结束成像时间IE(ti);从而获得NT个分量所对应的NT个任务的候选成像方案;步骤4、按NT个任务的开始成像时间的先后顺序进行排序,获得排序后的任务列表{z1,z2,...,zi,...zNT本文档来自技高网
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一种卫星成像与传输的联合任务规划方法

【技术保护点】
一种卫星成像与传输的联合任务规划方法,是应用于由NT个任务T={t1,t2,...,ti,...,tNT},]]>Ns个成像卫星S={s1,s2,...,sj,...,sNS},]]>NC个中继卫星C={c1,c2,...,ck,...,cNC}]]>和NP个地面站P={p1,p2,...,pl,...,pNP}]]>构成的任务规划场景中;ti表示第i个任务,1≤i≤NT;sj表示第j个成像卫星,令第j个成像卫星sj的最大存储为Mmax、当前存储为M(sj);所述第j个成像卫星sj带有一个成像传感器,并具有同步成像和传输功能;1≤j≤NS;ck表示第k个中继卫星,1≤k≤NC;pl表示第l个地面站,所述第l个地面站pl能同时接收多个成像卫星或中继卫星传输的成像数据;1≤l≤Np;其特征是,所述联合任务规划方法按如下步骤进行:步骤1:获得二维成像数据表和二维传输数据表:步骤1.1、获得所述Ns个成像卫星对NT个任务的访问时间窗集合D、Ns个成像卫星对NC个中继卫星的访问时间窗集合F以及NC个中继卫星对NP个地面站的访问时间窗集合L;所述Ns个成像卫星对NT个任务的访问时间窗集合D为二维成像‑任务数据表,且表头包括:任务,成像卫星,开始成像时间和结束成像时间;所述二维成像‑任务数据表的每行数据表示所在行任务的成像候选方案;所述Ns个成像卫星对NC个中继卫星的访问时间窗集合F为二维成像‑中继传输数据表,且表头包括:成像卫星、中继卫星、开始传输时间和结束传输时间;所述NC个中继卫星对NP个地面站的访问时间窗集合L为二维中继‑地面传输数据表,且表头包括:中继卫星、地面站、开始传输时间和结束传输时间;步骤1.2、为所述二维成像‑任务数据表中每个任务的成像候选方案添加编号,从而形成二维成像数据表;遍历所述二维成像数据表,获得每个任务的成像候选方案的总个数;步骤1.3、将所述二维成像‑中继传输数据表和二维中继‑地面传输数据表进行合并,从而形成二维传输数据表;所述二维传输数据表的表头包括:成像卫星、传输卫星、地面站、开始传输时间和结束传输时间;所述二维传输数据表的每行数据表示所在行卫星的传输候选方案;步骤2:使用多算法混合迭代求解,获得规划结果:步骤2.1、随机生成NG个一维整数向量vm表示第m个向量,1≤m≤NG;并有,表示第m个向量vm中第i个分量,表征第i个任务ti所选择的候选成像方案编号;所述第m个个体vm的长度等于任务的总个数NT;将所述向量集合V中的每一个向量作为一个个体,vm表示第m个个体,则NG个个体形成规模为NG的群体G;令每个个体代表一个解方案;令所述第m个个体vm中第i个分量的取值范围为零到第i个任务ti的候选成像方案总个数之间的整数值,当时,表示第m个个体vm所代表的解方案中,第i个任务ti不执行;步骤2.2、使用遗传算法、蚁群算法和粒子群算法对群体进行混合迭代;步骤2.2.1、设定最大混合迭代次数为NM‑U,设定当前迭代次数为α,并初始化α=1;步骤2.2.2、判断α>NM‑U是否成立,若是,则终止迭代,获得第NM‑U次迭代修正的群体否则,转步骤2.2.3;步骤2.2.3、更新蚁群算法的信息素数据,更新粒子群算法的粒子飞行速度数据;步骤2.2.4、从遗传算法、蚁群算法、粒子群算法中随机选择一个算法,作为第α次迭代的群体智能算法;步骤2.2.5、利用第α次迭代的群体智能算法对群体G进行迭代,获得第α次更新的群体Gα;步骤2.2.6、利用所述第α次更新的群体Gα对Ns个成像卫星进行第α次冲突检测,并对NT个任务进行第α次传输规划,获得第α次修正后的群体G′α;步骤2.2.7、将α+1赋值给α;并返回步骤2.2.2执行;步骤2.3、选择所述第NM‑U次迭代修正的群体中适应度最好的个体映射到Ns个成像卫星上,并对NT个任务进行传输规划,获得NT个任务的规划结果,从而实现联合任务规划。...

【技术特征摘要】
1.一种卫星成像与传输的联合任务规划方法,是应用于由NT个...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡笑旋朱外明靳鹏程八一夏维罗贺马华伟章密
申请(专利权)人:合肥工业大学
类型:发明
国别省市:安徽;34

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