考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度方法、系统、存储介质和电子设备，涉及多星应急任务调度技术领域。本发明专利技术中，获取卫星资源集合和待观测的应急任务集合，所述卫星资源集合中任一卫星上的初始任务调度序列均为常规任务；根据所述应急任务集合，采用精英选择策略确定一待调度应急任务；根据所述初始任务调度序列和待调度应急任务，结合预设的考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度模型，获取多星应急任务调度序列。设计精英选择策略选择待调度应急任务，保证收益值高的任务能被优先安排调度，收益值较低的任务也具有观测机会，利于整体寻优。利于整体寻优。利于整体寻优。

Multi satellite emergency task scheduling method and system considering minimum disturbance and maximum return

【技术实现步骤摘要】
考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度方法和系统


[0001]本专利技术涉及多星应急任务调度
，具体涉及一种考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度方法、系统、存储介质和电子设备。

技术介绍

[0002]随着卫星技术的不断发展和用户对遥感需求的不断提高，对地观测卫星在战争、地震、火山爆发和森林火灾等应急事件中扮演着越来越重要的角色，成为获取信息的重要手段。实际观测过程中，高动态、高时效任务即时产生，即任务必须在规定期限内完成，否则将会丧失观测价值。
[0003]对地观测卫星对应急任务观测需要满足时间窗、能量、侧摆角等多方面的约束，在任务观测需求远大于卫星资源数量的现实情况下，有效的任务调度方法能够提高卫星资源利用率和任务完成率。针对应急条件下对地观测任务时敏度高、动态性强的特点，一般采用启发式算法解决卫星应急任务调度问题。
[0004]但是常规应急任务观测研究中，在选择应急任务进行调度时，基于应急任务权重的贪婪准则为常用准则，但容易导致权重较低的应急任务难以调度，不利于整体寻优。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度方法、系统、存储介质和电子设备，解决了权重较低的应急任务难以调度的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]一种考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度方法，包括：
[0010]S1、获取卫星资源集合和待观测的应急任务集合，所述卫星资源集合中任一卫星上的初始任务调度序列均为常规任务；
[0011]S2、根据所述应急任务集合，采用精英选择策略确定一待调度应急任务；
[0012]S3、根据所述初始任务调度序列和待调度应急任务，结合预设的考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度模型，获取多星应急任务调度序列。
[0013]优选的，所述S2中，采用精英选择策略确定一待调度应急任务包括：
[0014]S21、判断所述应急任务集合是否为空，若否，随机从所述应急任务集合中至少选择两个应急任务；若是，结束任务选择；
[0015]S22、比较所选择的各个应急任务的优先度；
[0016]S23、选择优先度值较高的应急任务作为所述待调度应急任务；
[0017]S24、将未被选择的剩余应急任务放回，更新所述应急任务集。
[0018]优选的，所述S3中考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度模型，包括：
[0019]考虑多星任务调度的最大化观测收益的第一目标函数：
[0020][0021]考虑多星任务调度的最小化扰动的第二目标函数：
[0022][0023]其中，S＝{S1,S2...S
j
...S
J
}，表示卫星资源集合，J为卫星资源的数量；ET＝{t1,
…
,t
i
,
…
,t
NE
}，表示应急任务集合，NE为应急任务数量；Seq
j
＝{t1,
…
,t
i
′
…
,t
nj
}，表示任一卫星s
j
上已知的n
j
个常规任务；
[0024]表示决策变量：
[0025][0026]p
i
表示应急任务t
i
的观测收益；
[0027]fd表示不同类型扰动的权重；表示应急任务的调度导致卫星s
j
上常规任务t
i
′
的第d种扰动；D表示扰动类型数量。
[0028]优选的，所述S3中考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度模型，还包括约束条件：
[0029][0030][0031][0032][0033][0034]其中，公式(4)表示任一应急任务是不可分且非抢占的，一个任务最多被观测一次；K表示卫星s
j
在一个观测周期内的轨道圈次数；
[0035]公式(5)表示任务观测开始时间不大于任务观测结束时间；表示卫星s
j
上卫星传感器对应急任务t
i
的观测时间窗开始时间；表示卫星s
j
上卫星传感器对应急任务t
i
的观测时间窗结束时间；
[0036]公式(6)表示连续观测任务时间间隔约束；表示卫星s
j
上卫星传感器观测任务t
i
及其紧后任务t
i+1
间的姿态转换时间；表示卫星s
j
上卫星传感器对应急任务t
i
的紧后任务t
i+1
的观测时间窗开始时间；
[0037]公式(7)表示卫星姿态转换时间分为姿态稳定时间和姿态调整时间之和；τ
j
表示
卫星s
j
上卫星传感器姿态稳定时间；分别表示卫星s
j
上卫星传感器对应急任务t
i
及其紧后任务t
i+1
的观测侧摆角度；v
j
表示卫星s
j
上卫星传感器姿态转换时的转换速度；
[0038]公式(8)表示卫星最大开机时间约束；span
j
表示卫星s
j
上卫星传感器最长开机时间。
[0039]优选的，所述第一目标函数中的p
i
具体为指数型时间依赖性观测收益函数：
[0040]定义ECT
i
表示应急任务t
i
的期望完成时间，观测收益p
i
对所述期望完成时间ECT
i
具有时间依赖性；
[0041]当时，应急任务在期望完成时间之前完成，观测收益不变：其中表示为应急任务t
i
的最大观测收益；
[0042]当时，应急任务在期望完成时间之后完成，收益随时间指数递减并收敛，观测收益为：观测收益为：其中，表示为应急任务t
i
的最小观测收益；α>0为指数衰减常数。
[0043]优选的，所述S3中，获取多星应急任务调度序列包括：
[0044]S301、将根据所述精英选择策略确定的待调度应急任务定义为t
i1
，令t
i1
的候选时间窗集
[0045]S302、采用候选时间窗选择策略，在t
i1
所有可见时间窗里选择两个可见时间窗放入CVTW
i1
中；
[0046]S303、判断若是，从CVTW
i1
中随机选择一个候选时间窗，转入S304；否则，转入步骤S310；
[0047]S304、判断所选择的候选时间窗的任一常规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度方法，其特征在于，包括：S1、获取卫星资源集合和待观测的应急任务集合，所述卫星资源集合中任一卫星上的初始任务调度序列均为常规任务；S2、根据所述应急任务集合，采用精英选择策略确定一待调度应急任务；S3、根据所述初始任务调度序列和待调度应急任务，结合预设的考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度模型，获取多星应急任务调度序列。2.如权利要求1所述的多星应急任务调度方法，其特征在于，所述S2中，采用精英选择策略确定一待调度应急任务包括：S21、判断所述应急任务集合是否为空，若否，随机从所述应急任务集合中至少选择两个应急任务；若是，结束任务选择；S22、比较所选择的各个应急任务的优先度；S23、选择优先度值较高的应急任务作为所述待调度应急任务；S24、将未被选择的剩余应急任务放回，更新所述应急任务集。3.如权利要求1或者2所述的多星应急任务调度方法，其特征在于，所述S3中考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度模型，包括：考虑多星任务调度的最大化观测收益的第一目标函数：考虑多星任务调度的最小化扰动的第二目标函数：其中，S＝{S1，S2...S
j
...S
J
}，表示卫星资源集合，J为卫星资源的数量；ET＝{t1，...，t
i
，...，t
NE
}，表示应急任务集合，NE为应急任务数量；Seq
j
＝{t1，...，t
i
′
...，t
nj
}，表示任一卫星s
j
上已知的n
j
个常规任务；表示决策变量：p
i
表示应急任务t
i
的观测收益；fd表示不同类型扰动的权重；表示应急任务的调度导致卫星s
j
上常规任务t
i
′
的第d种扰动；D表示扰动类型数量。4.如权利要求3所述的多星应急任务调度方法，其特征在于，所述S3中考虑最小扰动和最大收益的多星应急任务调度模型，还包括约束条件：还包括约束条件：还包括约束条件：
其中，公式(4)表示任一应急任务是不可分且非抢占的，一个任务最多被观测一次；K表示卫星s
j
在一个观测周期内的轨道圈次数；公式(5)表示任务观测开始时间不大于任务观测结束时间；表示卫星s
j
上卫星传感器对应急任务t
i
的观测时间窗开始时间；表示卫星s
j
上卫星传感器对应急任务t
i
的观测时间窗结束时间；公式(6)表示连续观测任务时间间隔约束；表示卫星s
j
上卫星传感器观测任务t
i
及其紧后任务t
i+1
间的姿态转换时间；表示卫星s
j
上卫星传感器对应急任务t
i
的紧后任务t
i+1
的观测时间窗开始时间；公式(7)表示卫星姿态转换时间分为姿态稳定时间和姿态调整时间之和；s
j
表示卫星s
j
上卫星传感器姿态稳定时间；分别表示卫星s
j
上卫星传感器对应急任务t
i
及其紧后任务t
i+1
的观测侧摆角度；v
j
表示卫星s
j
上卫星传感器姿态转换时的转换速度；公式(8)表示卫星最大开机时间约束；span
j
表示卫星s
j
上卫星传感器最长开机时间。5.如权利要求4所述的多星应急任务调度方法，其特征在于，所述第一目标函数中的p
i
具体为指数型时间依赖性观测收益函数：定义ECT
i
表示应急任务t
i
的期望完成时间，观测收益p
i
对所述期望完成时间ECT
i
具有时间依赖性；当时，应急任务在期望完成时间之前完成，观测收益不变：其中表示为应急任务t
i
的最大观测收益；当时，应急任务在期望完成时间之后完成，收益随时间指数递减并收敛，观测收益为：其中，表示为应急任务t
i
的最小观测收益；α＞0为指数衰减常数。6.如权利要求4所述的多星应急任务调度方法，其特征在于，所述S3中，获取多星应急任务调度序列包括：S301、将根据所述精英选择策略确定的待调度应急任务定义为t
i1
，令t
i1
的候选时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡笑旋，程一玲，唐玉芳，伍艺，李康，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：