一种适用于遥感卫星成像的调度系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于遥感卫星成像的调度系统，至少包括任务调度模块，所述任务调度模块配置为：基于成像任务的执行区域建立与所述成像任务关联的遥感卫星第一列表；至少基于所述遥感卫星的执行时间确定能够执行相应成像任务的遥感卫星第二列表，并基于遥感卫星第二列表和遥感卫星第一列表确定重叠任务集；至少基于所述遥感卫星的自身参数获取所述重叠任务集的执行效用以确定所述遥感卫星的调度指令，其中，至少基于所述遥感卫星的剩余存储容量与完成未来执行任务所需的存储容量的差值的绝对值确定所述执行效用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于遥感卫星成像的调度系统本专利技术是申请号为201811321889.8，申请日为2018年11月07日，申请类型为专利技术，申请名称为一种基于前瞻预测的任务调度方法的分案申请。
本专利技术涉及调度控制
，尤其涉及一种基于前瞻预测的任务调度方法。
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CN102298540B的专利文献公开了综合效益优先的任务调度方法，首先将任务区域划分条带，然后计算各任务的最佳观测时刻。根据当前任务与最后一个已安排任务之间的姿态机动时间，判断如果当前任务安排在最佳观测时间点与最后一个已安排任务是否冲突，如果冲突，当前任务不用前瞻且不能安排，如果不冲突，则对当前任务进行前瞻，获取前瞻结果。对于前瞻结果为保留但对后续任务有影响的任务，判断当前任务是否能安排在该当前任务的可见时间窗口内，如果不能则对下一个任务进行处理。对于能够安排在最佳观测时刻点或者可见窗口之内的当前任务写入卫星动作序列，最后输出所有任务的处理结果作为任务调度的结果。该专利技术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的问题。
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前瞻预测的任务调度方法，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调度指令，所述地面站基于所述实时任务需求数据获取当前成像任务的执行区域和执行时间并被配置为至少按照如下步骤生成所述调度指令：在所述当前成像任务需要至少两个遥感卫星协同完成的情况下，至少确定第一遥感卫星和第二遥感卫星彼此之间重叠的成像时间窗口，并将所述重叠的成像时间窗口划分为至少两个长度彼此不同的子成像时间窗口。获取所述第一遥感卫星和所述第二遥感卫星各自的相对于所述当前成像任务的至少一个未来执行任务的执行效用，其中：所述第一遥感卫星和所述第二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生成所述调度指令。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。本专利技术还基于遥感卫星的实时状态对其执行下一个成像任务时的执行效用进行预测，按照划分出的子成像时间窗口长度不相同的方式对成像时间窗口的重叠范围进行划分，并且将预测的执行效用较低的遥感卫星配置为在较长的子成像时间窗口内完成数据下传任务，进而能够保证在遥感卫星执行完成当前成像任务后能够拥有较多的剩余存储容量以提高其在执行下一个成像任务时的执行效用。根据一种优选实施方式，在所述第一遥感卫星执行其未来执行任务的执行效用高于所述第二遥感卫星的情况下，执行效用较低的遥感卫星被配置为：在长度较长的子成像时间窗口内完成所述成像数据下传任务，并在长度较短的子成像时间窗口内完成所述成像任务；执行效用较高的遥感卫星被配置为：在长度较长的子成像时间窗口内完成所述成像任务，并在长度较短的子成像时间窗口内完成所述成像数据下传任务。根据一种优选实施方式，所述地面站至少按照如下步骤获取所述执行效用：预测遥感卫星在完成所述当前成像任务时的自身参数，所述自身参数至少包括遥感卫星的存储容量状态信息；至少基于遥感卫星的剩余存储容量与完成所述未来执行任务所需的存储容量的差值的绝对值确定所述执行效用，其中：所述执行效用按照所述差值的绝对值增大的方式达到最优状态。根据一种优选实施方式，基于所述执行时间的执行开始时刻和执行结束时刻，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所述第一遥感卫星和所述第二遥感卫星，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。根据一种优选实施方式，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进行调度：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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于遥感卫星成像的调度系统，至少包括任务调度模块(4)，其特征在于，所述任务调度模块(4)配置为：/n基于成像任务的执行区域建立与所述成像任务关联的遥感卫星第一列表；/n至少基于所述遥感卫星(1)的执行时间确定能够执行相应成像任务的遥感卫星第二列表，并基于遥感卫星第二列表和遥感卫星第一列表确定重叠任务集；/n至少基于所述遥感卫星(1)的自身参数获取所述重叠任务集的执行效用以确定所述遥感卫星(1)的调度指令，其中，/n至少基于所述遥感卫星(1)的剩余存储容量与完成未来执行任务所需的存储容量的差值的绝对值确定所述执行效用。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于遥感卫星成像的调度系统，至少包括任务调度模块(4)，其特征在于，所述任务调度模块(4)配置为：
基于成像任务的执行区域建立与所述成像任务关联的遥感卫星第一列表；
至少基于所述遥感卫星(1)的执行时间确定能够执行相应成像任务的遥感卫星第二列表，并基于遥感卫星第二列表和遥感卫星第一列表确定重叠任务集；
至少基于所述遥感卫星(1)的自身参数获取所述重叠任务集的执行效用以确定所述遥感卫星(1)的调度指令，其中，
至少基于所述遥感卫星(1)的剩余存储容量与完成未来执行任务所需的存储容量的差值的绝对值确定所述执行效用。


2.一种遥感卫星成像的调度系统，至少包括任务调度模块(4)，其特征在于，所述任务调度模块(4)配置为：
基于彼此关联的执行区域信息、成像卫星以及成像窗口时间对成像任务进行初步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；
基于所述成像任务集所对应的执行时间筛选出至少两个遥感卫星(1)，其中，所述至少两个遥感卫星(1)彼此组成的成像时间窗口能够完全覆盖成像任务所对应的执行时间；
基于筛选出的所述至少两个遥感卫星(1)的彼此重叠的时间窗口进行划分以生成若干子成像时间窗口，并基于所述子成像时间窗口长度的长短调度至少两颗遥感卫星(1)交替执行成像任务和成像数据下传任务。


3.一种遥感卫星成像的调度系统，至少包括任务调度模块(4)，其特征在于，所述任务调度模块(4)配置为：
基于成像任务信息筛选至少两个遥感卫星(1)，并基于所述至少两个遥感卫星(1)相对于当前执行的成像任务确定所述至少两个遥感卫星(1)各自对应的未来执行任务；
基于所述至少两个遥感卫星(1)各自完成当前成像任务后的自身状态对其各自对应的未来执行任务的执行效用进行预测，从而能够基于所述执行效用对所述至少两个遥感卫星(1)各自对应的未来执行任务进行排序，其中，
至少基于遥感卫星(1)的剩余存储容量与完成未来执行任务所需的存储容量的差值的绝对值确定所述执行效用。


4.根据权利要求1至3任一所述的调度系统，其特征在于，所述任务调度模块(4)配置为：
预测遥感卫星(1)在完成所述当前成像任务时的自身参数，所述自身参数至少包括遥感卫星(1)的存储容量状态信息；
至少基于遥感卫星(1)的剩余存储容量与完成所述未来执行任务所需的存储容量的差值的绝对值确定所述执行效用，其中：
所述执行效用按照所述差值的绝对值增大的方式达到最优状态。


5.根据权利要求4所述的调度系统，其特征在于，所述任务调度模块(4)配置为：
基于所述执行区域按照所述执行区域落入遥感卫星的条带覆盖范围的方式建立由与其直接关联的所有遥感卫星(1)所限定的所述遥感卫星第一列表；
按照所述执行时间与遥感卫星(1)的成像时间窗口存在重叠的方式从所述遥感卫星第一列表中筛选出能够执行所述成像任务的遥感卫星以建立所述遥感卫星第二列表；
在成像任务所对应的遥感卫星第二列表中的遥感卫星的数量大于等于二的情况下将该成像任务作为重叠任务，其中，
在所述重叠任务集中...

【专利技术属性】
技术研发人员：任维佳，杨峰，杜志贵，向晓霞，
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