卫星中继业务调度方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种卫星中继业务调度方法及装置，方法包括：对目标中继卫星的天线的指向方位进行空间建模，得到天线指向坐标系模型；以最大化中继业务调度总收益和最小化天线总设置时间为优化目标，构建基于动态天线设置时间的卫星中继业务调度问题模型；应用卫星中继业务调度问题模型，基于预设的分层筛选及校验策略生成包含有各个中继业务对应的目标天线指向路径序列的卫星中继业务调度方案。本申请能够有效提高卫星中继业务调度的灵活度及有效性，能够有效提升卫星资源的利用率和中继业务调度的效率，并能够提高中继业务调度的成功率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
卫星中继业务调度方法及装置


[0001]本申请涉及中继业务调度
，尤其涉及卫星中继业务调度方法及装置。

技术介绍

[0002]随着航天技术的快速发展，在轨航天器数量的不断增加，航天器数据传输与测控的业务需求与日俱增，数据中继业务在空间网络中占据着越来越重要的地位。目前较为成熟的数据中继网络由部署在地球同步轨道上的跟踪和数据中继卫星(TDRS)在轨星座、一套地面系统和设施以及近地轨道(LEO)用户平台组成。该网络能够为LEO和其他用户平台中的用户航天器提供跟踪服务和高带宽、近乎连续的通信支持。
[0003]然而，相较于中继业务规模的日益庞大，卫星网络在空间环境下时刻面临着网络资源有限且不平衡的影响，因此调度方案的质量将直接影响业务完成的效果以及中继卫星的使用效能，这对中继卫星资源的合理调度提出了更高的要求，需要进一步深入考虑中继卫星与用户需求的实际情况，研究符合实际的中继卫星调度模型以及快速稳定的调度算法。
[0004]在实际的高轨中继卫星系统中，每个中继业务都是由星间链路天线(ILA)来处理的。天线因为在信息传输速率、服务操作模式以及设置时间等方面的不同，分为单址天线(SA)和相控阵多址天线(MA)。其中由于单址天线增益高，是中继卫星提供测控、数传等业务的主要手段。然而，由于天线在转动过程中无法服务其他业务，转动时间即天线设置时间会显著的占用调度周期内有限的资源，进而影响中继卫星系统的服务效率。而现有的中继业务调度模型在求解时，通常将为所有业务预留最大且相同的天线设置时间，这导致系统可调度的资源的浪费，资源利用率低下。同时，在一些基于时间窗的调度方案中，中继业务开始前的天线设置时间被假定为静态或忽略，这与单址天线的动态特征相比是一个较弱的假设。在这种假设下，得到的调度解在真实的动态环境中可能是次优的，甚至是不可行的，调度结果往往与用户实际需要存在偏差。
[0005]因此，当前亟需设计一种能够提高调度效率并保证调度有效性的卫星中继业务调度方式。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本申请实施例提供了卫星中继业务调度方法及装置，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0007]本申请的一个方面提供了一种卫星中继业务调度方法，包括：
[0008]对目标中继卫星的天线的指向方位进行空间建模，得到天线指向坐标系模型；
[0009]以最大化中继业务调度总收益和最小化天线总设置时间为优化目标，构建基于动态天线设置时间的卫星中继业务调度问题模型；
[0010]应用所述卫星中继业务调度问题模型，基于预设的分层筛选及校验策略生成包含有各个中继业务对应的目标天线指向路径序列的卫星中继业务调度方案。
[0011]在本申请的一些实施例中，所述对目标中继卫星的天线的指向方位进行空间建模，得到天线指向坐标系模型，包括：
[0012]获取目标中继卫星的天线指向变化模型，该天线指向变化模型包括：目标中继卫星的覆盖范围、卫星轨道直径和天线指向变化范围对应的天线指向弧面；
[0013]将所述天线指向弧面转化成一个所述天线指向变化范围对应的圆形平面，生成采用平面坐标点描述天线指向的天线指向坐标系；
[0014]定义所述天线指向坐标系对应的参数组，并根据该参数组设置包含有天线设置时间的多个决策变量，以得到对应的天线指向坐标系模型。
[0015]在本申请的一些实施例中，所述天线指向坐标系用于表示位于所述天线指向变化范围对应的圆形平面内的天线指向路径序列，所述天线指向坐标系的原点为天线指向地心时的方向坐标；
[0016]所述天线指向路径序列包括：自所述原点起始的一个天线设置路径和多个顺序连接的路径组，其中，每个所述路径组均包含有顺序连接的一个业务处理路径和一个天线设置路径，最后一个所述路径组中的天线设置路径与原点起始的一个天线设置路径相连且指向所述原点；
[0017]所述天线设置路径用于表示天线设置过程中的天线指向路径；
[0018]所述业务处理路径用于表示中继业务处理过程中的天线指向路径。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述参数组包括：
[0020]有向图G(V,A)，用于表示所述天线指向路径序列，V表示包含有各个节点的节点集，每个所述节点均包括位置信息和时间信息；若所述天线指向路径序列中的中继业务数为n，则|V|＝2n+2，且所述节点包括：所述天线指向路径序列的开始节点、所述天线指向路径序列的结束节点、以及各个所述中继业务的开始节点和结束节点；A表示天线指向路径集合，所述天线指向路径集合包括业务处理路径和天线设置路径；
[0021]天线集合K，包括单址天线集合K
SA
和多址天线集合K
MA
的并集；
[0022]单址天线SA设置的指向速度v
SA
；
[0023]多址天线MA设置时间t
MA
，为一常数；
[0024]业务优先级的集合Q＝{1,
…
,q,
…
,|Q|}|Q|≥1，|Q|表示中继业务的总数，对于每个中继业务i，均有一个预设的优先级q
i
，并且q
i
≥1；
[0025]业务优先级对应的收益集合Λ＝{λ1,
…
,λ
q
,
…
,λ
|Q|
}，对于每个中继业务i，对应优先级的收益为λ
qi
，λ
qi
根据各个优先级的中继业务数量进行计算；
[0026]中继业务集合N，用于根据各个优先级划分子集{N1,N2,
…
,N
|Q|
}，即：N＝{N1,N2,
…
,N
|Q|
}；若只有一个优先级，即|Q|＝1，或者优先级为1，即q＝1，则λ
q
＝1；否则N
γ
表示第γ个子集，λ
γ
表示第γ个子集对应的优先级；
[0027]中继业务i的处理时间p
i
，其中，所述天线指向路径序列的开始节点的处理时间p0和所述天线指向路径序列的结束节点p
2n+1
的处理时间均为0；
[0028]中继业务i的可用天线集合K
i
，由各个可用天线k组成，且每个中继业务的可用天线集合包括单址天线和/或多址天线；
[0029]中继业务i的可用时间窗集合M
i
，中继业务i的第m个可用时间窗表示为
在时间窗内，中继业务i对应的节点的位置由天线k的指向坐标确定，即
[0030]以及，不同的节点之间的路径指向关系，包含有所述有向图G(V,A)中的各节点的出度δ
+
和入度δ
‑
。
[0031]在本申请的一些实施例中，所述决策变量包括：
[0032]第一组变量，用于描述中继业务的处理顺序，表示为一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星中继业务调度方法，其特征在于，包括：对目标中继卫星的天线的指向方位进行空间建模，得到天线指向坐标系模型；以最大化中继业务调度总收益和最小化天线总设置时间为优化目标，构建基于动态天线设置时间的卫星中继业务调度问题模型；应用所述卫星中继业务调度问题模型，基于预设的分层筛选及校验策略生成包含有各个中继业务对应的目标天线指向路径序列的卫星中继业务调度方案。2.根据权利要求1所述的卫星中继业务调度方法，其特征在于，所述对目标中继卫星的天线的指向方位进行空间建模，得到天线指向坐标系模型，包括：获取目标中继卫星的天线指向变化模型，该天线指向变化模型包括：目标中继卫星的覆盖范围、卫星轨道直径和天线指向变化范围对应的天线指向弧面；将所述天线指向弧面转化成一个所述天线指向变化范围对应的圆形平面，生成采用平面坐标点描述天线指向的天线指向坐标系；定义所述天线指向坐标系对应的参数组，并根据该参数组设置包含有天线设置时间的多个决策变量，以得到对应的天线指向坐标系模型。3.根据权利要求2所述的卫星中继业务调度方法，其特征在于，所述天线指向坐标系用于表示位于所述天线指向变化范围对应的圆形平面内的天线指向路径序列，所述天线指向坐标系的原点为天线指向地心时的方向坐标；所述天线指向路径序列包括：自所述原点起始的一个天线设置路径和多个顺序连接的路径组，其中，每个所述路径组均包含有顺序连接的一个业务处理路径和一个天线设置路径，最后一个所述路径组中的天线设置路径与原点起始的一个天线设置路径相连且指向所述原点；所述天线设置路径用于表示天线设置过程中的天线指向路径；所述业务处理路径用于表示中继业务处理过程中的天线指向路径。4.根据权利要求2所述的卫星中继业务调度方法，其特征在于，所述参数组包括：有向图G(V,A)，用于表示所述天线指向路径序列，V表示包含有各个节点的节点集，每个所述节点均包括位置信息和时间信息；若所述天线指向路径序列中的中继业务数为n，则|V|＝2n+2，且所述节点包括：所述天线指向路径序列的开始节点、所述天线指向路径序列的结束节点、以及各个所述中继业务的开始节点和结束节点；A表示天线指向路径集合，所述天线指向路径集合包括业务处理路径和天线设置路径；天线集合K，包括单址天线集合K
SA
和多址天线集合K
MA
的并集；单址天线SA设置的指向速度v
SA
；多址天线MA设置时间t
MA
，为一常数；业务优先级的集合Q＝{1,
…
,q,
…
,|Q|}|Q|≥1，|Q|表示中继业务的总数，对于每个中继业务i，均有一个预设的优先级q
i
，并且q
i
≥1；业务优先级对应的收益集合Λ＝{λ1,
…
,λ
q
,
…
,λ
|Q|
}，对于每个中继业务i，对应优先级的收益为的收益为根据各个优先级的中继业务数量进行计算；中继业务集合N，用于根据各个优先级划分子集{N1,N2,
…
,N
|Q|
}，即：N＝{N1,N2,
…
,N
|Q|
}；若只有一个优先级，即|Q|＝1，或者优先级为1，即q＝1，则λ
q
＝1；否则
N
γ
表示第γ个子集，λ
γ
表示第γ个子集对应的优先级；中继业务i的处理时间p
i
，其中，所述天线指向路径序列的开始节点的处理时间p0和所述天线指向路径序列的结束节...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，刘宏阳，邱雪松，喻鹏，丛琳，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：