基于时间窗分割的卫星任务调度方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于时间窗分割的卫星任务调度方法和系统，涉及卫星调度领域。包括以下步骤：获取卫星任务的可见时间窗；对可见时间窗进行离散化处理，得到观测时间窗；基于观测时间窗对卫星任务进行实数编码，得到卫星任务序列；基于卫星任务序列获取卫星任务种群；基于预设的两代竞争取优算法对卫星任务种群进行交叉操作；基于双基因变异方法对交叉操作后的卫星任务种群进行变异操作，得到卫星任务调度方案。本发明专利技术提高了卫星观测任务时的效率。

【技术实现步骤摘要】
基于时间窗分割的卫星任务调度方法和系统
本专利技术涉及卫星调度
，具体涉及一种基于时间窗分割的卫星任务调度方法和系统。
技术介绍
随着科技的发展，人们对于航空航天领域不断的进行探索和开发，各种飞行器和卫星被制造并广泛应用于各种领域，例如通过卫星对地面进行监测。用户和地面站说明任务需求，地面站将任务上注给卫星，卫星围绕地面，并对任务目标进行观测，从而得到用户需要的信息。因此利用卫星实现任务观测是当前的一大研究热点。随着卫星技术不断地发展，敏捷对地观测卫星随之问世，它可以在俯仰、偏航和旋转三个维度上转动对地面目标进行成像，增加了卫星对任务的观测机会，使卫星在一个轨道圈次内对某一待观测任务产生多个时间窗，这就使得卫星不必要运行到目标正上方也能够执行观测任务。因此现有技术多采用敏捷对地观测卫星对各种任务进行观测。然而本申请的专利技术人发现，由于敏捷对地观测卫星会使得卫星在一个圈次内对任务时间窗存在多种选择，但敏捷对地观测卫星无法选择最好的观测方式进行任务观测，导致卫星观测的效率较低。
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种基于时间窗分割的卫星任务调度方法，其特征在于，所述调度方法由计算机执行，包括：/nS1、获取卫星任务的可见时间窗；/nS2、对所述可见时间窗进行离散化处理，得到观测时间窗；/nS3、基于所述观测时间窗对卫星任务进行实数编码，得到卫星任务序列；/nS4、基于所述卫星任务序列获取卫星任务种群；/nS5、基于预设的两代竞争取优算法对所述卫星任务种群进行交叉操作；/nS6、基于双基因变异方法对交叉操作后的卫星任务种群进行变异操作，得到卫星任务调度方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于时间窗分割的卫星任务调度方法，其特征在于，所述调度方法由计算机执行，包括：
S1、获取卫星任务的可见时间窗；
S2、对所述可见时间窗进行离散化处理，得到观测时间窗；
S3、基于所述观测时间窗对卫星任务进行实数编码，得到卫星任务序列；
S4、基于所述卫星任务序列获取卫星任务种群；
S5、基于预设的两代竞争取优算法对所述卫星任务种群进行交叉操作；
S6、基于双基因变异方法对交叉操作后的卫星任务种群进行变异操作，得到卫星任务调度方案。


2.如权利要求1所述的调度方法，其特征在于，在S2中，所述对所述可见时间窗进行离散化处理，包括：
判断每个卫星任务的可见时间窗是否有重叠部分；
若所有的可见时间窗都没有重叠，则将可见时间窗的最中间长度作为对应卫星任务的观测时间窗；
若所述可见时间窗之间存在重叠部分，则对所述可见时间窗进行分割，分割方法包括：
基于卫星任务的观测时长对所述可见时间窗进行分割，得到每个卫星任务对应的若干个观测时间窗。


3.如权利要求1所述的调度方法，其特征在于，在S3中，所述基于所述观测时间窗对卫星任务进行实数编码，包括：
利用实数a.b对所述观测时间窗和卫星任务进行实数编码表示；
其中，整数部分a表示按照可见时间窗中间位置排序的第a个卫星任务，小数部分b表示第a个卫星任务的第b个观测时间窗；a.b表示第a个卫星任务在第b个观测时间窗上执行观测。


4.如权利要求1所述的调度方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：
S401、基于预设的约束条件，分别在所述卫星任务序列的前50％和后50％各随机生成一段任务序列；
S402、将随机生成的两段任务序列连接起来，形成一条完整的染色体；
判断染色体连接处的两个连续任务是否满足时间约束条件，若满足条件，则保留这条染色体；若不满足条件，则重新生成染色体；
S403、重复执行S401和S402，直到生成预设规模m条染色体的初始种群，即为卫星任务种群。


5.如权利要求4所述的调度方法，其特征在于，所述预设的约束条件包括：



OTWis+peri＝OTWie
VTWis≤OTWis＜OTWie≤VTWie
其中：
ai为0/1的二元变量，当取1时表示第i个任务在卫星上被执行；当取0时表示第i个任务在卫星上不被执行；
N表示卫星任务的数量；
peri表示卫星执行第i个任务的观测时长；
OTWis表示卫星执行第i个任务的观测时间窗的开始时间；
OTWie表示卫星执行第i个任务的观测时间窗的结束时间；
VTWis表示卫星对第i个任务的可见时间窗的开始时间；
VTWie表示卫星对第i个任务的可见时间窗的结束时间；
所述时间约束条件为：



其中：
cij表示卫星对于两个连续观测任务之间的姿态调整时间；

表示卫星执行第j个任务的观测时间窗的开始时间。


6.如权利要求4所述的调度方法，其特征在于，步骤S5具体包括以下步骤：
S501、依次两两选择两条染色体A、B作为父代染色体；
S502、随机生成一个待观测任务作为父代染色体的交叉点，染色体A的交叉点为a，染色体B的交叉点为b；
截取父代染色体A中交叉点a之前的的序列A1，并截取父代染色体B中交叉点b之后的的序列B2，按顺序将序列A1、交叉点a和序列B2连接，得到子代染色体C；
截取父代染色体A中交叉点a之后的的序列A2，并截取父代染色体B中交叉点b之前的的序列B1，按顺序将序列B1、交叉点b和序列A2连接，得到子代染色体D；
若两条父代染色体中不包含待观测任务，表示待...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳鹏，唐晓茜，胡笑旋，罗贺，王国强，马华伟，夏维，张歆悦，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34