一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法及装置，方法包括构建卫星任务规划相关的数据库；读取数据库中的数据，并对数据进行预处理；对数据及卫星关系数据进行抽象，获取逻辑资源数据；定义约束变量；基于约束变量和任务调度模型的假设，建立任务调度模型；在任务调度模型中应用规划算法，执行规划算法的迭代过程，对逻辑资源数据进行约束处理；在迭代过程满足规划算法的终止准则时，获取满足终止准则的最优解，把解码最优解得到的规划方案作为二维姿态机动卫星任务规划的最优方案。本发明专利技术针对具有二维姿态机动能力的卫星，利用任务规划方法，为在轨运行的卫星制定合理的载荷调度方案，形成相应对策模式，给出最佳规划方案。

A method and device for task planning of two dimensional attitude maneuver satellite

The invention relates to a method and a device for studying the technology of two-dimensional attitude maneuvering satellite mission planning, which includes constructing a satellite mission planning related database, reading the data in the database and preprocessing the data, abstracting the data and satellite relationship data to obtain logical resource data, and defining constraint variables. Based on the assumptions of constrained variables and task scheduling model, a task scheduling model is established. In the task scheduling model, a planning algorithm is applied to execute the iterative process of the planning algorithm and constrain the logical resource data. When the iterative process meets the termination criteria of the planning algorithm, the optimal solution satisfying the termination criteria is obtained. The decoding optimal solution is used as the optimal scheme for the mission planning of two-dimensional attitude maneuvering satellite. Aiming at satellites with two-dimensional attitude maneuvering capability, the invention uses mission planning method to formulate reasonable load dispatching scheme for satellites in orbit, forms corresponding countermeasure mode, and gives optimal planning scheme.

【技术实现步骤摘要】
一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法及装置
本专利技术涉及卫星任务规划领域，尤其涉及一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法与装置。
技术介绍
伴随着航天遥感卫星技术的快速发展，卫星传感器分辨率的提高，卫星应用范围越来越广，对空间信息需求的用户也越来越多。敏捷卫星能够以俯仰、滚动以及偏航灵活的姿态机动调整能力获得更大范围、更加高效的对地观测能力倍受各国青睐，成为研究的重点。敏捷卫星的工作任务首先要求卫星要具有大角度姿态快速机动的能力，例如遥感卫星对目标区域的快速扫描、沿星下点轨迹的左右侧摆成像、三轴稳定卫星从对日定向到对地捕获等姿态机动控制过程。由于具有敏捷姿态机动能力，这些卫星不仅能够沿轨道前进方向进行前视和后视成像，一次过境即可对星下点轨迹上的区域目标进行多方位扫描，进一步经过数据处理就可得到无明显时间差的立体图像；而且同时还能够以一定角度进行左右侧视或侧摆成像，从而获得所需的非星下点目标数据，这就大大提高了工作效率，相当于延长了卫星工作寿命。随着敏捷卫星数量的增加、用户数目和用户类型的不断增多、用户任务需求量的快速增大，敏捷卫星任务规划问题需要进行更多的研究。对敏捷卫星进行任务规划是在有限的规定时间内对任务进行合理分配，任务规划算法是敏捷卫星任务规划的核心内容，也是很多学者的研究重点，进一步研究敏捷卫星任务规划算法依然是十分必要的。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术对二维姿态机动卫星观测任务进行智能规划。针对具有二维姿态机动能力(俯仰、侧摆)的卫星，综合考虑各种约束、目标的优先级别、接收资源、任务观测要求、用户特定要求等因素，利用任务规划方法，为在轨运行的卫星制定合理的载荷调度方案，形成相应的对策模式，给出最佳规划方案；并基于不同的算法实现一个二维姿态机动卫星任务规划软件，以可视化的方式对这些算法进行分析和比较。第一方面，本专利技术为解决上述技术问题所采用的一种技术方案为：一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法，包括如下步骤：步骤S1：构建卫星任务规划相关的数据库；步骤S2：读取所述数据库中的数据，并对所述数据进行预处理；步骤S3：对所述数据库中的数据及卫星关系数据进行抽象，获取逻辑资源数据；步骤S4：定义约束变量；步骤S5：基于所述约束变量和任务调度模型的假设，建立任务调度模型；步骤S6：在所述任务调度模型中应用规划算法，执行所述规划算法的迭代过程，对所述逻辑资源数据进行约束处理；步骤S7：当执行所述迭代过程满足所述规划算法的终止准则时，获取满足所述规划算法的终止准则对应的最优解，把解码所述最优解得到的规划方案作为二维姿态机动卫星任务规划的最优方案。第二方面，本专利技术为解决上述技术问题所采用的一种技术方案为：一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的装置，包括数据库模块、任务规划模块、算法比较分析模块和约束检验模块，所述数据库模块中存储着任务规划所需的数据，为任务规划提供数据支撑；所述任务规划模块利用规划算法进行任务规划，具体包括：读取所述数据库模块中的数据，并对所述数据进行预处理；对所述数据库模块中的数据及卫星关系数据进行抽象，获取逻辑资源数据；定义约束变量；基于所述约束变量和任务调度模型的假设，建立任务调度模型；在所述任务调度模型中应用规划算法，执行所述规划算法的迭代过程，对所述逻辑资源数据进行约束处理；当执行迭代过程满足所述规划算法的终止准则时，获取满足所述规划算法的终止准则对应的最优解，把解码所述最优解得到的规划方案作为二维姿态机动卫星任务规划的最优方案；所述算法比较分析模块用于比较所述规划算法的性能，对不同的规划算法分别规划完成后所得的规划方案，从运算时间、收敛变化情况以及综合评价值三方面对各个规划算法的性能进行比较；所述约束检验模块用于对所述规划方案进行检验，对所述规划方案进行约束变量的检验。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：(1)采用四种不同的规划算法进行任务规划，为在轨运行的卫星制定合理的载荷调度方案，给出最佳的规划方案；(2)从运算时间、收敛变化情况以及综合评价值三方面对不同的规划算法的性能进行比较，得出评价结论；(3)任务规划完成后，对规划结果进行约束检验，有利于得到更优的规划方案。附图说明图1是本专利技术的逻辑架构设计；图2是本专利技术二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法流程图；图3a是本专利技术中任务、载荷与卫星之间的关系；图3b是本专利技术中卫星、地面及其天线之间的关系；图4是本专利技术中卫星实际观测任务与可见时间窗口关系；图5是本专利技术的算法优化流程；图6是本专利技术的算法优化流程；图7是本专利技术的约束处理流程；图8是本专利技术的任务条带覆盖情况；图9是本专利技术的条带插入示例图；图10是本专利技术的线段树示意图；图11是本专利技术的选择策略；图12是本专利技术中基于时间轴贪婪算法处理示意图；图13是本专利技术中基于时间轴贪婪算法处理流程示意图；图14是本专利技术中基于成像质量选取策略处理示意图；图15是本专利技术中成像片段和观测元任务位置关系示意图；图16是本专利技术中成像片段和观测元任务位置关系示意图；图17是本专利技术中成像片段和观测元任务位置关系示意图；图18是本专利技术中成像片段和观测元任务位置关系示意图；图19是本专利技术中成像片段和观测元任务位置关系示意图；图20是本专利技术的数传模式约束消解图；图21是本专利技术中单圈次工作时间示意图；图22是本专利技术中约束检验处理流程；图23是本专利技术中主从式模型的并行演化计算架构图；图24是本专利技术中孤岛模型的并行演化计算架构图；图25是本专利技术中二维姿态机动卫星任务规划软件；图26是本专利技术中数据库配置示意图；图27是本专利技术中批号选择示意图；图28是本专利技术中按时间查看批号数据示意图；图29是本专利技术中算法参数设置示意图；图30是本专利技术中按预案时间甘特图显示预案信息示意图；图31是本专利技术中稳定性分析选择图；图32是本专利技术中稳定性分析结果图；图33是本专利技术装置的组成示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，进一步方便本领域普通技术人员更好地理解本专利技术的实质，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。如图1所示，本专利技术的总体方案可以从数据层、模型层、算法层、应用层四个层次进行实施。数据层：提供二维姿态机动卫星任务规划所必需的物理数据。卫星任务规划需要大量的数据输入输出，为提高运算效率，需提供具有一定独立性的数据管理方法。为此构建卫星任务规划相关的数据库，其中以目标特性库、载荷特性库、卫星特性库为主体，此外也包括一些辅助性的数据。模型层：实现二维姿态机动卫星任务规划所需的建模过程。首先完成物理数据访问模型的构建，提供对下层物理数据的基本操作运算，也即访问数据库以获取数据；其次完成逻辑资源抽象模型，对资源库中各种物理数据信息及其关系数据进行抽象，统一描述为逻辑资源数据；最后建立面对逻辑资源的卫星任务规划模型，该模型也是演化计算所直接作用的模型。算法层：实现针对二维姿态机动卫星任务规划的智能求解方法。通过模型层提供的规划模型，将任务规划转化为适用于任务规划算法求解的优化问题，利用4种优化算法进行求解，包括差分演化算法、禁忌搜索算法、模拟退火算法、粒子群算法；同时在优化算法中嵌套贪心算法等算法来求解观测任务之间的指令模板冲突问题。内容主要包括：基础算法的选取、解的编码方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：构建卫星任务规划相关的数据库；步骤S2：读取所述数据库中的数据，并对所述数据进行预处理；步骤S3：对所述数据库中的数据及卫星关系数据进行抽象，获取逻辑资源数据；步骤S4：定义约束变量；步骤S5：基于所述约束变量和任务调度模型的假设，建立任务调度模型；步骤S6：在所述任务调度模型中应用规划算法，执行所述规划算法的迭代过程，对所述逻辑资源数据进行约束处理；步骤S7：当执行所述迭代过程满足所述规划算法的终止准则时，获取满足所述规划算法的终止准则对应的最优解，把解码所述最优解得到的规划方案作为二维姿态机动卫星任务规划的最优方案。

【技术特征摘要】
1.一种二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：构建卫星任务规划相关的数据库；步骤S2：读取所述数据库中的数据，并对所述数据进行预处理；步骤S3：对所述数据库中的数据及卫星关系数据进行抽象，获取逻辑资源数据；步骤S4：定义约束变量；步骤S5：基于所述约束变量和任务调度模型的假设，建立任务调度模型；步骤S6：在所述任务调度模型中应用规划算法，执行所述规划算法的迭代过程，对所述逻辑资源数据进行约束处理；步骤S7：当执行所述迭代过程满足所述规划算法的终止准则时，获取满足所述规划算法的终止准则对应的最优解，把解码所述最优解得到的规划方案作为二维姿态机动卫星任务规划的最优方案。2.如权利要求1所述的二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法，其特征在于：还包括对所述规划方案的约束检验，所述约束检验包括最小观测时长检测、侧摆角检测、观测元任务检测、地面天线接收约束检测、指令模板检测、单圈侧摆次数检测、组合任务有效荷载工作时间检测、最大固存限制检验。3.如权利要求1所述的二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法，其特征在于：所述步骤S1中构建的数据库包括基础资源数据和扩展资源数据；所述基础资源数据用于为卫星对地观测任务规划算法的可行性、正确性验证提供数据支撑，包括存放于观测元任务信息表、接收元任务信息表、地影区信息表、元任务俯仰角表、用户需求管理_用户观测需求表中的基本数据；所述扩展资源数据用于为二维姿态机动卫星对地观测任务规划算法的应用性、有效性、其面对复杂约束的性能验证提供数据支撑，包括存放于任务处理配置信息表、任务规划优化参数表、任务规划预案信息表、充电任务规划预案表、观测任务规划预案信息表、接收任务规划预案信息表、任务规划配置表、观测任务规划方案表、接收任务规划方案表、充电任务规划方案表、初始能源表和结束能源表中的扩展资源数据。4.如权利要求1所述的二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法，其特征在于：所述步骤S4中定义的约束变量包括观测时间冲突约束、数传固存约束、数传模式约束、指令模板约束、工作时间约束、文件下传约束、能源约束。5.如权利要求4所述的二维姿态机动卫星任务规划技术研究的方法，其特征在于：所述观测时间冲突约束处理，采用的是基于冲突量的贪心策略、基于时间轴的贪...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵曼，李晖，陈金勇，彭会湘，张超，吴杰，董理君，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42