一种基于混沌的卫星数传资源调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混沌的卫星数传资源调度方法，属于卫星资源调度领域。该方法包括：根据卫星数传任务集合构建数传序列栅格；根据卫星数传序列栅格采用混沌规则生成混沌数传序列集合；计算混沌数传序列集合中各元素收益值，并根据卫星数传使用约束对混沌数传序列中各元素进行约束检验；选取收益值最大的前N个元素作为混沌数传序列集合新的元素，剩余其他元素采用交叉和混沌变异产生新的元素并加入到混沌数传序列集合中；判断是否达到预设的迭代次数，若是则终止算法并输出分配的数传窗口集合，否则继续迭代。本发明专利技术可支持大规模星群、星座数传资源调度场景，降低了算法复杂度的同时，提高了求解的精确性。提高了求解的精确性。提高了求解的精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混沌的卫星数传资源调度方法


[0001]本专利技术属于卫星资源调度领域，具体涉及一种基于混沌的卫星数传资源调度方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，近年来卫星的种类和数量都呈现出突飞猛进的趋势，卫星所携带的载荷功能也越来越强大，不仅能获取空间、地面态势情报，还能获取气象、海洋、森林火灾等信息。因此，研究卫星数据何时快速高效的传输到地面接收站的技术就显得十分重要。
[0003]针对卫星数传任务调度问题，已经有了一些研究成果，有些方法基于随机搜索算法，这类方法一般按照预先定义的指标，在众多求解空间中进行搜索，一方面搜索耗时代价过大，计算复杂度极高，同时该类算法很容易陷入局部最优解，使得数传调度方案并不能满足决策者要求，另一方面，基于贪婪规则的卫星数传任务调度算法具有较低时间复杂度，能以较快的速度返回任务安排结果，但该算法基于局部寻优策略，对于约束条件较多的复杂任务冲突问题，只能兼顾单类因素，不能从全局约束条件给出最优结果。因此，如何快速、准确的调度卫星数传任务，满足卫星数传要求，亟需要考虑算法时间代价和结果精确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种快速、准确，同时具有较低计算复杂度的卫星数传资源调度方法，通过在方案寻优的不同阶段引入混沌优化操作，降低了算法复杂度，同时提高了求解的精确性。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：一种基于混沌的卫星数传资源调度方法，包括以下步骤：步骤1，根据卫星数传任务集合构建数传序列栅格；步骤2，根据卫星数传序列栅格采用混沌规则生成混沌数传序列集合；步骤3，计算混沌数传序列集合中各元素收益值，并根据卫星数传使用约束对混沌数传序列中各元素进行约束检验；步骤4，选取收益值最大的前N个元素作为混沌数传序列集合的新元素，剩余元素采用交叉和混沌变异产生新的元素并加入到混沌数传序列集合中；步骤5，判断是否达到预设的迭代次数，若是则结束并输出分配的数传窗口集合，否则返回步骤3。
[0006]进一步地，步骤1中的数传序列栅格A
mn
为：其中，dw
mn
为对应卫星与相应地面站的数传窗口集合，m、n取值分别为对应卫星和地面站数量；如果卫星与地面站之间无可用数传窗口，则对应的数传矩阵元素为空集。
[0007]进一步地，步骤2具体方式如下：
步骤2a，将数传序列栅格A
mn
中每个元素按接收窗口大小从大到小排序；步骤2b，选择{dw
mn
}集合中接收窗口最大的元素dw
ijk
，并对栅格A
mn
中每行和每列其它所有元素集合与dw
ijk
进行冲突检验，其中每一行表示对应卫星过所有地面站可见时段，每一列表示对应地面站对所有卫星可见时段；冲突检验的条件如下：条件a，{dw
k1
}∩{dw
k2
}∩...{dw
ki
}≠
∅
；条件b，{dw
1k
}∩{dw
2k
}∩...{dw
ik
}≠
∅
；其中，条件a表示对于任意卫星同一接收窗口允许多站联合接收，条件b表示对于任意地面站同一接收窗口只允许接收一颗卫星数据，条件a、b分别保证了为每颗卫星分配的数传窗口无冲突；如果dw
ijk
满足条件a和条件b，则将dw
ijk
加入分配的数传窗口集合DW(S
i
)中，并从{dw
mn
}集合中删除该元素，否则将该元素加入冲突任务集C中，重复步骤2b得到最终的冲突任务集合C；步骤2c，将冲突任务集合C中每个元素按接收窗口大小从大到小排序，排序后的冲突任务集合为C
order
={Recv1,Recv2,Recv3,
…
Recv
p
}，Recv
p
为冲突接收窗口，排序后冲突任务集合C
order
中的任务序列顺序保持不变；步骤2d，基于混沌规则生成实数混沌变量集合；所述混沌规则采用logistic模型：X
n+1
=X
n
*R*(1
‑
X
n
)，其中，X
n
∈[0,1]，R∈[0,4]；根据logistic模型产生P个不同轨迹的实数混沌变量集合C
p
={X1,X2,X3,
…
X
P
}，X
P
∈[0,1]；步骤2e，将排序后冲突任务集合C
order
和实数混沌变量集合C
p
进行映射，映射规则为：将实数混沌变量X
P
的值大小在实数混沌变量集合C
p
中出现的顺序号，作为排序后冲突任务集合C
order
中对应顺序号的接收窗口Recv
p
的执行顺序。
[0008]进一步地，步骤3中的元素收益值为：其中，收益值f由数传任务接收时长表征，C
ij
=1表示任务task
ij
调度成功，C
ij
=0表示任务task
ij
调度失败，Tran
ij
表示接收窗口时长。
[0009]进一步地，步骤4的具体方式为：从排序后冲突任务集合C
order
中选取收益值最大的前N个任务，通过反映射，得到实数混沌变量集合C
p
中对应的实数混沌变量，并将它们加入到混沌数传序列集合C
p
’
中；对实数混沌变量集合C
p
中剩余的实数混沌变量，采用交叉和混沌变异产生新的元素，并加入到混沌数传序列集合C
p
’
中；其中，交叉规则如下：随机产生(1, p)区间的一个正整数作为交叉点，将两个混沌序列C
i
和C
j
在交叉点位置的混沌变量进行交换，i, j<P
‑
N，得到新的混沌序列C
i
’
和C
j
’
；混沌变异规则如下：随机选择集合C
k
={X1,X2,X
m
,
…
X
P
}中的变量X
m
，k<P
‑
N，经混沌变异后得到X
m
=X
m
+f
’
*
X
’
，其中，f
’
表示X
m
对应的数传窗口时长收益比，X
’
为利用logistic模型产生的混沌变量。
[0010]本专利技术相比现有技术具有如下优点：1、本专利技术通过混沌的遍历性，在全局范围内求解最优资源调度方案，提高了数传资源调度结果的精确性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混沌的卫星数传资源调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据卫星数传任务集合构建数传序列栅格；步骤2，根据卫星数传序列栅格采用混沌规则生成混沌数传序列集合；步骤3，计算混沌数传序列集合中各元素收益值，并根据卫星数传使用约束对混沌数传序列中各元素进行约束检验；步骤4，选取收益值最大的前N个元素作为混沌数传序列集合的新元素，剩余元素采用交叉和混沌变异产生新的元素并加入到混沌数传序列集合中；步骤5，判断是否达到预设的迭代次数，若是则结束并输出分配的数传窗口集合，否则返回步骤3。2.根据权利要求1所述的一种基于混沌的卫星数传资源调度方法，其特征在于，步骤1中的数传序列栅格A
mn
为：其中，dw
mn
为对应卫星与相应地面站的数传窗口集合，m、n取值分别为对应卫星和地面站数量；如果卫星与地面站之间无可用数传窗口，则对应的数传矩阵元素为空集。3.根据权利要求2所述的一种基于混沌的卫星数传资源调度方法，其特征在于，步骤2具体方式如下：步骤2a，将数传序列栅格A
mn
中每个元素按接收窗口大小从大到小排序；步骤2b，选择{dw
mn
}集合中接收窗口最大的元素dw
ijk
，并对栅格A
mn
中每行和每列其它所有元素集合与dw
ijk
进行冲突检验，其中每一行表示对应卫星过所有地面站可见时段，每一列表示对应地面站对所有卫星可见时段；冲突检验的条件如下：条件a，{dw
k1
}∩{dw
k2
}∩...{dw
ki
}≠
∅
；条件b，{dw
1k
}∩{dw
2k
}∩...{dw
ik
}≠
∅
；其中，条件a表示对于任意卫星同一接收窗口允许多站联合接收，条件b表示对于任意地面站同一接收窗口只允许接收一颗卫星数据，条件a、b分别保证了为每颗卫星分配的数传窗口无冲突；如果dw
ijk
满足条件a和条件b，则将dw
ijk
加入分配的数传窗口集合DW(S
i
)中，并从{dw
mn
}集合中删除该元素，否则将该元素加入冲突任务集C中，重复步骤2b得到最终的冲突任务集合C；步骤2c，将冲突任务集合C中每个元素按接收窗口大小从大到小排序，排序后的冲突任务集合为C
order
={Recv1,Recv2,Recv3,
…
Recv
p
}，Recv
p
为冲突接收窗口，排序后冲突任务集合C
order
中的任务序列顺序保持不变；步骤2d，基于混沌规则生成实数混沌变量集合；所述混沌规则采用logistic模型：X
n+1
=X
n

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雁军，陈站华，刘洪刚，高朝晖，谷宏志，陈金勇，张超，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：