一种基于主动观测任务的卫星调度方法技术

一种基于主动观测任务的卫星调度方法，基于实时任务需求数据至少获取成像任务的执行区域和执行时间；基于遥感卫星的自身参数、执行区域和执行时间对成像任务进行分类以建立需要至少两个遥感卫星协同完成的成像任务集；在基于执行时间的执行开始时刻和执行结束时刻筛选出每个成像任务分别涉及的至少两个遥感卫星的情况下，将遥感卫星彼此之间重叠的成像时间窗口划分为若干个子成像时间窗口，其中：遥感卫星基于子成像时间窗口按照交替执行成像任务和成像数据下传任务的方式建立初始待观测任务列表。本发明专利技术将各遥感卫星设置为按照交替的方式执行成像任务和数据下传任务，通过提高数据周转的速度的方式能够有效地降低遥感卫星的存储容量的剧增。

A Satellite Scheduling Method Based on Active Observation Mission

A satellite scheduling method based on active observation task is proposed, which obtains at least the execution area and execution time of imaging task based on real-time mission requirement data; classifies imaging tasks based on the parameters, execution area and execution time of remote sensing satellites to establish an imaging task set that requires at least two remote sensing satellites to cooperate; and at the start time and execution time based on execution time. When at the end of each imaging task, at least two remote sensing satellites are screened out, the overlapping imaging time windows of remote sensing satellites are divided into several sub-imaging time windows, in which the remote sensing satellite establishes the initial list of tasks to be observed based on the sub-imaging time windows in the way of alternating imaging tasks and image data downloading tasks. The invention sets remote sensing satellites to perform imaging tasks and data downloading tasks in an alternate manner, and can effectively reduce the dramatic increase of storage capacity of remote sensing satellites by improving the speed of data turnover.

【技术实现步骤摘要】
一种基于主动观测任务的卫星调度方法
本专利技术涉及调度控制
，尤其涉及一种基于主动观测任务的卫星调度方法。
技术介绍
成像卫星的工作流程可以简述如下：接收用户提出的观测需求；根据卫星资源特性，对用户的需求进行预处理，得到标准的规划输入；结合地面站和卫星使用约束，依据特定的优化算法，对输入任务进行规划和调度，得到任务调度方案；将生成的任务调度方案进行计划编排与指令生成，通过地面站将控制指令上注到卫星，卫星执行指令进行成像和数据回放，地面站接收成像数据，数据处理后被反馈给用户。其中用户提交的原始观测需求往往不指定观测资源，成像的时间窗口也不明确，而且很多复杂的用户需求如区域目标成像任务等是难以一次性完成观测的，因此有必要对用户原始的观测需求进行一些处理。一方面需要根据用户观测需求和卫星的能力进行匹配和筛选，确定需求的可选卫星及其对应的成像时间窗口；另一方面需要对复杂成像任务进行分解，生成能够一次性观测的单一子任务。对于不同卫星和不同用户观测需求，该问题有其特殊性。但是预处理的最终目的都是将用户提出的规范化需求转变为指卫星一次成像过程可以完成观测的任务，称为元任务。元任务是卫星可以执行的最小成像任务，它包含了具体的位置和时间信息，可以视为考虑了卫星对地观测几何关系的条带。成像卫星任务规划预处理的一般流程可描述为：根据用户观测需求中的成像时间、成像模式、成像质量、太阳高度角和成像角度初步确定完成需求的可选资源，没有合适资源的用户需求，直接从需求集合中删除。将原始的用户观测需求分解为可一次性完成观测的条带。例如使用时姿向量对观测目标进行分解，首先通过时间姿态转换模块将目标区域顶点坐标转换为时姿向量，然后进入目标分解与合成模块，由全部时姿向量确定目标的特征向量，基于时间姿态的描述方法进行条带划分和条带裁剪，由用户需求和卫星能力约束进行目标静态合成，再通过时间姿态转换模块生成元任务的条带坐标信息。计算每个元任务条带的时间窗口信息。计算条带起点中心点的时间窗口，在根据成像时间段、地影区等用户需求进行窗口的处理，得到经过各个裁剪过程后生成元任务的时间窗口信息。经过预处理的一般过程后，那些没有合适观测资源的观测需求直接被删除了，复杂的观测需求被分解成了可调度的元任务，时间窗口不能满足用户要求的元任务也被删除了，从而使得原问题得到了一定程度的简化，求解时消减了不必要的搜索空间。公开号为CN106228261A的专利文献公开了一种多颗对地观测卫星间任务的系统调度方法和装置，该方法包括：获取每个卫星的初始待观测任务集对应的有向无圈图；该有向无圈图包括每个待观测任务的内容和时序连通关系；通过比对每个卫星的有向无圈图筛选出重叠任务；该重叠任务指可执行卫星的数目至少为两个以上；根据可执行卫星的自身参数预测重叠任务的执行效果；根据预测的执行效果获取重叠任务的实际执行卫星；将除实际执行卫星之外的可执行卫星的初始待观测任务集中的重叠任务删除，生成可执行卫星的最终待观测任务集。本专利技术实施例提高了卫星成像效率和卫星成像资源利用的合理性。该专利技术并不能显著提高卫星调度中针对新增任务的响应速度，同时，其并未涉及如何通过匹配成像时间和成像数据下传时间以在满足地面站及时收到成像数据的同时也能够避免卫星存储容量的剧增。
技术实现思路
如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。针对现有技术之不足，本专利技术提供一种基于主动观测任务的卫星调度方法，地面站基于第三方的实时任务需求数据至少生成用于调度遥感卫星的初始待观测任务列表，所述地面站被配置为至少按照如下步骤生成所述初始待观测任务列表：基于所述实时任务需求数据至少获取成像任务的执行区域和执行时间；基于遥感卫星的自身参数、所述执行区域和所述执行时间对所述成像任务进行分类以建立需要至少两个遥感卫星协同完成的成像任务集；在基于所述执行时间的执行开始时刻和执行结束时刻筛选出每个成像任务分别涉及的至少两个所述遥感卫星的情况下，将所述遥感卫星彼此之间重叠的成像时间窗口划分为若干个子成像时间窗口，通过对遥感卫星彼此之间重叠的成像时间窗口按照具有最大重叠范围的方式进行划分，能够最大程度的减小用于执行相同成像任务的卫星数量，在卫星数量有限的情况下能够有效的提高卫星资源的利用率。所述遥感卫星基于所述子成像时间窗口按照交替执行成像任务和成像数据下传任务的方式建立所述初始待观测任务列表。现有的卫星基于其自身的约束限制而不能够在执行成像任务的同时下传成像数据，并且在卫星调度过程中并未考虑成像数据的下传任务的分配。现有的成像卫星通常在完成成像任务后将成像数据统一下传至地面站。在对例如是灾区进行成像观测时，往往对数据的传输具有实时性要求以提高对灾区事件发展状态的观测，本专利技术通过将若干个遥感卫星配置为交替执行成像任务和数据下传任务的工作模式，能够有效地满足成像数据的时限性要求，同时，在执行某个成像任务的过程中，卫星便能够将执行该成像任务所产生的成像数据全部或部分地传输至地面，进而避免了成像数据增加卫星的存储容量不足导致的约束限制的缺陷。本专利技术通过将遥感卫星的成像任务和数据下传任务同时进行调度，能够更好地避免约束限制的产生，从而提高卫星资源的利用效率。根据一种优选的实施方式，所述自身参数至少包括基于遥感卫星的运行轨道确定的条带覆盖范围，在所述地面站将历史任务需求数据中所涉及的所有执行区域所对应的遥感卫星及遥感卫星的成像时间窗口按照彼此关联的方式存储至数据库的情况下，所述地面站能够按照将实时任务需求数据所涉及的执行区域与数据库中存储的执行区域进行对比匹配的方式避免对遥感卫星的成像时间窗口的重复计算。根据一种优选的实施方式，所述地面站被配置为按照如下方式筛选出每个成像任务分别涉及的至少两个遥感卫星：基于所述执行开始时刻和所述执行结束时刻，按照成像时间窗口与所述执行时间的重叠范围最大的方式分别筛选出第一遥感卫星和第二遥感卫星，其中：在所述第一遥感卫星与所述第二遥感卫星彼此的成像时间窗口无法完全覆盖所述执行时间的情况下，按照成像时间窗口与所述执行时间的重叠范围最大的方式筛选出至少一个第三遥感卫星，所述第三遥感卫星的成像时间窗口不包括所述执行开始时刻和所述执行结束时刻。根据一种优选的实施方式，所述第一遥感卫星、所述第二遥感卫星和所述第三遥感卫星按照以下步骤建立所述初始待观测任务列表：基于成像数据的下传时间将所述第一遥感卫星和所述第三遥感卫星彼此之间重叠的成像时间窗口划分为若干个在时间轴上交替排布的第一子成像时间窗口和第二子成像时间窗口，所述第一遥感卫星按照在第一子成像时间窗口执行所述成像任务并且在第二子成像时间窗口执行所述成像数据下传任务的方式建立所述初始待观测任务列表，所述第三遥感卫星按照在第一子成像时间窗口执行所述成像数据下传任务并且在所述第二子成像时间窗口执行所述成像任务的方式建立所述初始待观测任务列表；基于成像数据的下传时间将所述第二遥感卫星和所述第三遥感卫星彼此之间重叠的成像时间窗口划分为若干个在时间轴上交替排布的第三子成像时间窗口和第四子成像时间窗口，所述第二遥感卫星按照在第三子成像时间窗口执行所述成像任务并且在第四子成像时间窗口执行所述成像数据下传任务的方式建立所述初始待观测任务本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于主动观测任务的卫星调度方法，地面站(2)基于第三方的实时任务需求数据至少生成用于调度遥感卫星(1)的初始待观测任务列表，其特征在于，所述地面站(2)被配置为至少按照如下步骤生成所述初始待观测任务列表：基于所述实时任务需求数据至少获取成像任务的执行区域和执行时间；基于遥感卫星(1)的自身参数、所述执行区域和所述执行时间对所述成像任务进行分类以建立需要至少两个遥感卫星(1)协同完成的成像任务集；在基于所述执行时间的执行开始时刻和执行结束时刻筛选出每个成像任务分别涉及的至少两个所述遥感卫星(1)的情况下，将所述遥感卫星(1)彼此之间重叠的成像时间窗口划分为若干个子成像时间窗口，其中：所述遥感卫星(1)基于所述子成像时间窗口按照交替执行成像任务和成像数据下传任务的方式建立所述初始待观测任务列表。

【技术特征摘要】
1.一种基于主动观测任务的卫星调度方法，地面站(2)基于第三方的实时任务需求数据至少生成用于调度遥感卫星(1)的初始待观测任务列表，其特征在于，所述地面站(2)被配置为至少按照如下步骤生成所述初始待观测任务列表：基于所述实时任务需求数据至少获取成像任务的执行区域和执行时间；基于遥感卫星(1)的自身参数、所述执行区域和所述执行时间对所述成像任务进行分类以建立需要至少两个遥感卫星(1)协同完成的成像任务集；在基于所述执行时间的执行开始时刻和执行结束时刻筛选出每个成像任务分别涉及的至少两个所述遥感卫星(1)的情况下，将所述遥感卫星(1)彼此之间重叠的成像时间窗口划分为若干个子成像时间窗口，其中：所述遥感卫星(1)基于所述子成像时间窗口按照交替执行成像任务和成像数据下传任务的方式建立所述初始待观测任务列表。2.如权利要求1所述的卫星调度方法，其特征在于，所述自身参数至少包括基于遥感卫星(1)的运行轨道确定的条带覆盖范围，在所述地面站(2)将历史任务需求数据中所涉及的所有执行区域所对应的遥感卫星及遥感卫星的成像时间窗口按照彼此关联的方式存储至数据库(3)的情况下，所述地面站(2)能够按照将实时任务需求数据所涉及的执行区域与数据库(3)中存储的执行区域进行对比匹配的方式避免对遥感卫星(1)的成像时间窗口的重复计算。3.如权利要求2所述的卫星调度方法，其特征在于，所述地面站(2)被配置为按照如下方式筛选出每个成像任务分别涉及的至少两个遥感卫星(1)：基于所述执行开始时刻和所述执行结束时刻，按照成像时间窗口与所述执行时间的重叠范围最大的方式分别筛选出第一遥感卫星和第二遥感卫星，其中：在所述第一遥感卫星与所述第二遥感卫星彼此的成像时间窗口无法完全覆盖所述执行时间的情况下，按照成像时间窗口与所述执行时间的重叠范围最大的方式筛选出至少一个第三遥感卫星，所述第三遥感卫星的成像时间窗口不包括所述执行开始时刻和所述执行结束时刻。4.如权利要求3所述的卫星调度方法，其特征在于，所述第一遥感卫星、所述第二遥感卫星和所述第三遥感卫星按照以下步骤建立所述初始待观测任务列表：基于成像数据的下传时间将所述第一遥感卫星和所述第三遥感卫星彼此之间重叠的成像时间窗口划分为若干个在时间轴上交替排布的第一子成像时间窗口和第二子成像时间窗口，所述第一遥感卫星按照在第一子成像时间窗口执行所述成像任务并且在第二子成像时间窗口执行所述成像数据下传任务的方式建立所述初始待观测任务列表，所述第三遥感卫星按照在第一子成像时间窗口执行所述成像数据下传任务并且在所述第二子成像时间窗口执行所述成像任务的方式建立所述初始待观测任务列表；基于成像数据的下传时间将所述第二遥感卫星和所述第三遥感卫星彼此之间重叠的成像时间窗口划分为若干个在时间轴上交替排布的第三子成像时间窗口和第四子成像时间窗口，所述第二遥感卫星按照在第三子成像时间窗口执行所述成像任务并且在第四子成像时间窗口执行所述成像数据下传任务的方式建立所述初始待观测任务列表，所述第三遥感卫星按照在第三子成像时间窗口执行所述成像数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨峰，任维佳，杜志贵，陈险峰，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43