考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法，包括获取待观测目标序列并对其进行预处理；构建时间依赖转换时间的敏捷卫星调度模型；将预处理后的待观测目标序列输入敏捷卫星调度模型，并对敏捷调度模型进行求解；将步骤3中的求解结果输出，得到敏捷卫星的调度方案。由于考虑连续观测任务之间的姿态转换时间的时间依赖性，使所构建的敏捷卫星调度模型能更好地满足调度需求，所求解得到的调度方案其调度效率更高。在求解过程中，通过预计算每个时间窗口的不可达最早和最晚时间，以及同一圈次任意一对观测窗口间最早开始时间和最晚开始时间，在尝试进行插入操作时减少了多次重复计算，减少了计算时间，提高了调度效率。

【技术实现步骤摘要】
考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法
本专利技术涉及卫星调度
，尤其涉及一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法。
技术介绍
对地观测卫星(EOSs)是能够根据各种观测需求获取地球表面特定区域图像的空间平台系统。随着科技与经济的发展，EOSs已经被应用于许多经济社会的各方各面，诸如自然资源勘探、灾难预警、气候变化分析等等。考虑到发射卫星的不菲成本，高效可靠的EOSs的调度方法对提高卫星观测系统性能起着非常关键的作用。对地观测卫星的调度，是指给定一组不同收益值的待观测目标，从中选出部分目标进行调度，生成成像调度方案，从而最大化观测收益，同时满足卫星能力约束。成像调度方案，即是对于每个被调度的观测目标，确定其观测开始时间。为区别起见，将确定了观测开始时间的一次观测活动定义为任务。一般来说，传统的EOS只具备侧摆能力，卫星只能在待观测目标的上空拍摄图像，任意两个目标之间的姿态转换时间可提前计算，因此对EOS的调度问题相对简单，可高效完成调度任务。但这也意味着，对于分布紧密的多个观测目标，EOS系统的观测能力有限。相比而言，作为新一代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：获取待观测目标序列并对其进行预处理；/n步骤2：构建时间依赖转换时间的敏捷卫星调度模型；/n步骤3：将预处理后的待观测目标序列输入敏捷卫星调度模型，并对敏捷调度模型进行求解；/n步骤4：将步骤3中的求解结果输出，得到敏捷卫星的调度方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取待观测目标序列并对其进行预处理；
步骤2：构建时间依赖转换时间的敏捷卫星调度模型；
步骤3：将预处理后的待观测目标序列输入敏捷卫星调度模型，并对敏捷调度模型进行求解；
步骤4：将步骤3中的求解结果输出，得到敏捷卫星的调度方案。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述敏捷卫星调度模型的构建方法是：
目标函数为：



表示最大化调度任务的总收益，
其中：为决策变量，为1时表示第i个待观测目标调度在圈次k上，否则为0，pi表示第i个待观测目标的收益，T表示观测目标集合，O表示调度周期内的圈次集合；
约束条件为：
























约束(2)表示多圈唯一性约束，即每个观测目标在所有圈次内最多只能观测一次；
约束(3)代表流平衡约束，连接了决策变量和

为决策变量，为1时表示观测完i观测目标后接着观测j观测目标，否则为0，i，j为观测目标索引，i，j∈T∪{s，e}，其中{s，e}是指虚拟的起始目标和终止目标；
约束(4)和(5)规定了调度方案起始于虚拟目标s，终止于虚拟目标e；
约束(6)规定了连续两个观测之间的时间间隔不小于转换时间长度，ik表示在圈次k对观测目标i的观测任务，为整数决策变量，代表观测目标i在圈次k的观测开始时间，di表示观测目标i的观测持续时长，表示最小姿态转换时间，即在圈次k，给定观测目标i的观测开始时间下一个观测目标j的最早到达时刻对应的姿态转换时间，M表示最大正整数；
约束(7)代表了可见时间窗口约束，即每个任务的观测开始时间必须在其可见时间窗口范围内；表示目标i在圈次k的可见时间窗口开始时间，表示目标i在圈次k的可见时间窗口结束时间，目标i在圈次k的可见时间窗口时间范围；
约束(8)指观测目标只能调度到有其可见时间窗口的圈次上；为二进制参数，为1时表示目标i在圈次k有可见时间窗，否则为0；
约束(9)代表了模型中决策变量的取值范围。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3中对敏捷卫星调度模型求解的方法是贪婪随机迭代局部搜索启发式算法。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述贪婪随机迭代局部搜索启发式算法的具体步骤是：
步骤3.1：预先计算同一圈次任意一对可见时间窗口VTWj-1、VTWj上，相对于前一个可见时间窗口上每一个观测开始时刻后一个时间窗口上的最早开始时间esj，以及相对于后一个可见时间窗口上每一个观测开始时刻前一个时间窗口上的最晚开始时间lsj-1；
步骤3.2：设置贪婪随机迭代局部搜索算法中随机因子Greed的初始值为StartGreed，并初始化当前解为空；
步骤3.3：初始化内循环的迭代次数，初始化扰动因子参数向量Sd和Rd；
步骤3.4：调用扰动算子，在当前解位于圈次k的任务序列中从位置Sd(k)开始删除Rd(k)个连续的已调度任务，Sd(k)表示参数向量Sd的第k个元素，即移除子序列在圈次k的已调度任务序列中的起始位置，Rd(k)表示参数向量Rd的第k个元素，即圈次k的移除子序列规模大小；
步骤3.5：调用插入算子，依次将未调度的待观测目标尝试插入到当前解中，直至当前解无可行插入，对每个圈次k,计算该圈次上所有可见待观测目标i在当前圈次k的已调度任务序列所有可行插入位置，存入中，若则仅保留代价cost最小的插入位置，并将其存于Lk中，所述Lk用于存放圈次k上的所有未调度目标的可行插入，其中每个未调度目标最多只有一个可行插入；
步骤3.6：对Lk中所有插入按照对应观测目标的收益从大到小排序，仅保留前(1-Greed)·|Lk|个插入，采用轮盘赌的方式，随机选择一个插入并执行到当前解中，更新插入位置之后每个任务的最早...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓路，彭观胜，何磊，沈大勇，吕济民，王术，王涛，张忠山，陈盈果，陈宇宁，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43