一种针对多星多任务的任务规划方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本说明书实施例提供一种针对多星多任务的任务规划方法、装置及存储介质。所述方法包括：基于观测任务对卫星的观测窗口的需求构建至少一个窗口组合；根据不同优先级的观测任务的完成情况确定目标函数；综合窗口调用情况、任务规划情况、卫星能力约束、不同窗口组合之间的冲突关系和目标函数，构建多星任务规划模型；利用多星任务规划模型，计算当前窗口组合序列所对应的所有邻域序列的目标函数值；基于目标函数值的大小选取不存在于禁忌列表中的邻域序列作为下一窗口组合序列；重复执行计算不同邻域序列的目标函数值、选取下一窗口组合序列的步骤以完成任务规划。上述方法保证任务整体的执行效率，确保高优先级任务的优先处理，有利于实际应用。有利于实际应用。有利于实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种针对多星多任务的任务规划方法、装置及存储介质


[0001]本说明书实施例涉及卫星任务规划
，特别涉及一种针对多星多任务的任务规划方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]对地观测卫星可以利用多种观测设备，在绕地轨道上对地球表面的目标实施观察或跟踪以获取影响、电磁参数信息，在多种领域中均发挥着重要的作用。尽管在轨卫星数量与日俱增，但对地观测的需求也在不断增加，针对有限的卫星观测资源，存在大量的观测任务需要被执行。因此，针对当前存在的观测任务需要有效进行规划以高效地利用卫星资源。
[0003]目前在规划卫星观测任务时，往往会考虑观测任务的优先级来确定任务的执行顺序。但是，单纯考虑任务的优先级高低容易导致高优先级任务固定地占用卫星资源，无法基于全局进行调整，难以保证卫星资源的高效利用。而将任务优先级量化为具体数值，在通过线性加权的方式进行任务规划，虽然保证了整体收益，但存在放弃少量高优先级任务而完成更多低优先级任务的情况，不符合实际应用中执行高优先级任务的紧迫程度。因此，目前亟需一种能够兼顾卫星资源的整体利用情况和高优先级任务的优先处理的技术方案。

技术实现思路

[0004]本说明书实施例的目的是提供一种针对多星多任务的任务规划方法、装置及存储介质，以解决如何在任务规划时兼顾卫星整体利用情况和高优先级任务的优先处理的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出一种针对多星多任务的任务规划方法，包括：基于观测任务对卫星的观测窗口的需求构建至少一个窗口组合；所述卫星包括至少一种观测窗口；根据不同优先级的观测任务的完成情况确定目标函数；所述目标函数的函数值针对高优先级的观测任务的完成数量存在大小关系；综合窗口调用情况、任务规划情况、卫星能力约束、不同窗口组合之间的冲突关系和所述目标函数，构建多星任务规划模型；利用所述多星任务规划模型，计算当前窗口组合序列所对应的所有邻域序列所对应的目标函数值；所述邻域序列表示对所述当前窗口组合序列进行调整后得到的窗口组合序列；所述当前窗口组合序列用于覆盖相应的任务；基于目标函数值的大小选取不存在于禁忌列表中的邻域序列作为下一窗口组合序列；所述禁忌列表用于表示固定期限内被选取过的窗口组合序列；重复执行计算不同邻域序列的目标函数值、选取下一窗口组合序列的步骤以完成任务规划。
[0006]本说明书实施例还提出一种针对多星多任务的任务规划装置，包括：窗口组合构建模块，用于基于观测任务对卫星的观测窗口的需求构建至少一个窗口组合；所述卫星包括至少一种观测窗口；目标函数确定模块，用于根据不同优先级的观测任务的完成情况确定目标函数；所述目标函数的函数值针对高优先级的观测任务的完成数量存在大小关系；模型构建模块，用于综合窗口调用情况、任务规划情况、卫星能力约束、不同窗口组合之间
的冲突关系和所述目标函数，构建多星任务规划模型；目标函数值计算模块，用于利用所述多星任务规划模型，计算当前窗口组合序列所对应的所有邻域序列所对应的目标函数值；所述邻域序列表示对所述当前窗口组合序列进行调整后得到的窗口组合序列；所述当前窗口组合序列用于覆盖相应的任务；窗口组合序列选取模块，用于基于目标函数值的大小选取不存在于禁忌列表中的邻域序列作为下一窗口组合序列；所述禁忌列表用于表示固定期限内被选取过的窗口组合序列；任务规划完成模块，用于重复执行计算不同邻域序列的目标函数值、选取下一窗口组合序列的步骤以完成任务规划。
[0007]本说明书实施例还提出一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被执行时实现上述针对多星多任务的任务规划方法的步骤。
[0008]由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例基于观测任务对卫星的观测窗口的需求构建窗口组合，并根据不同优先级的观测任务的完成情况确定目标函数，使得计算得到的目标函数值能够体现出高优先级观测任务的完成情况。之后，综合窗口调用情况、任务规划情况、不同窗口组合之间的冲突关系和所述目标函数，构建多星任务规划模型，使得模型能够综合窗口的利用情况、任务的执行情况、冲突情况和任务的执行情况。利用多星任务规划模型计算目标函数值后，基于目标函数值的大小能够选取出当前最适合的窗口组合序列变化情况，进而根据所确定的不同的窗口组合序列的执行顺序完成任务规划。通过上述方法，不仅考虑了卫星资源的利用情况，保证了整体的执行效率，也使得高优先级的任务能够优先得到处理，符合实际应用的需求，同时方法逻辑清晰简单，缩短了任务规划所消耗的时间，实现了卫星任务的快速有效的规划。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1为本说明书实施例一种针对多星多任务的任务规划方法的流程图；
[0011]图2为本说明书实施例一种禁忌搜索算法的流程示意图；
[0012]图3为本说明书实施例一种任务规划总数随迭代次数变化情况的对比示意图；
[0013]图4为本说明书实施例一种最高优先级任务规划情况的对比示意图；
[0014]图5为本说明书实施例一种次高优先级任务规划情况的对比示意图；
[0015]图6为本说明书实施例一种1000任务优化时长的对比示意图；
[0016]图7为本说明书实施例一种3000任务优化时长的对比示意图；
[0017]图8为本说明书实施例一种针对多星多任务的任务规划装置的模块图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
[0019]为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出一种针对多星多任务的任务规划方法。如图1所示，所述针对多星多任务的任务规划方法包括以下具体实施步骤。
[0020]S110：基于观测任务对卫星的观测窗口的需求构建至少一个窗口组合。
[0021]首先，为了保证后续任务规划过程的有效实施，防止因为其他外界因素对计算过程造成干扰，限定有以下假设：
[0022]1)通信资源充足，不考虑数据传输过程。
[0023]2)所有卫星对任务的可见时间窗口均已进行离散化处理，离散间隔为任务观测的最短时长。其后统称离散化后的卫星对任务可见时间窗口为观测窗口。
[0024]3)待规划的观测窗口均满足其所覆盖观测任务所需的成像分辨率要求。
[0025]首先，卫星上设置有相应的传感设备，相应的，不同卫星基于自身位置以及所设置的传感设备具有不同的观测窗口，不同的观测窗口可以针对不同的观测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对多星多任务的任务规划方法，其特征在于，包括：基于观测任务对卫星的观测窗口的需求构建至少一个窗口组合；所述卫星包括至少一种观测窗口；根据不同优先级的观测任务的完成情况确定目标函数；所述目标函数的函数值针对高优先级的观测任务的完成数量存在大小关系；综合窗口调用情况、任务规划情况、卫星能力约束、不同窗口组合之间的冲突关系和所述目标函数，构建多星任务规划模型；利用所述多星任务规划模型，计算当前窗口组合序列所对应的所有邻域序列所对应的目标函数值；所述邻域序列表示对所述当前窗口组合序列进行调整后得到的窗口组合序列；所述当前窗口组合序列用于覆盖相应的任务；基于目标函数值的大小选取不存在于禁忌列表中的邻域序列作为下一窗口组合序列；所述禁忌列表用于表示固定期限内被选取过的窗口组合序列；重复执行计算不同邻域序列的目标函数值、选取下一窗口组合序列的步骤以完成任务规划。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于观测任务对卫星的观测窗口的需求构建至少一个窗口组合，包括：对不同窗口组合进行向量化；其中，包括：构建窗口组合与观测窗口的包含关系矩阵对不同窗口组合进行向量化；其中，包括：构建窗口组合与观测窗口的包含关系矩阵确定不同窗口组合对观测任务的覆盖情况；其中，包括：构建窗口组合与观测任务的覆盖关系矩阵3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据不同优先级的观测任务的完成情况确定目标函数，包括：确定不同观测任务的优先级；所述优先级通过独热编码的方式表示；构建目标函数为式中，为任务优先级，p
i
为第i项优先级，t
i
∈{0,1},i＝1,
…
,N
T
，t
i
＝1时表示观测任务i已安排观测，t
i
＝0表示观测任务i未完成观测；目标函数目标函数基于所对应的字典序具有大小关系为f1≤f2当且仅当f1与f2的前
n
个分量相同，且在第n+1个分量上f1更小或n＝K。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同窗口组合之间的冲突关系用于表示不同窗口组合之间变换时是否存在时间冲突；所述不同窗口组合之间的冲突关系通过以下方式确定：利用公式h
ju
＝tws
j
‑
twe
u
‑
d
ju
计算冗余时间，式中，h
ju
为冗余时间，tws
j
为观测窗口j的起始时间，twe
u
为观测窗口u的结束时间，d
ju
为卫星
s
从观测窗口j调整到观测窗口
u
所需的过渡时间；根据冗余时间定义窗口冲突关系指示量；其中，所述窗口冲突关系指示量为
式中，根据窗口冲突关系指示量确定窗口冲突约束；其中，所述窗口冲突约束为所述窗口冲突约束用于限定所确定的任务规划在转换窗口时不存在冲突。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卫星能力约束包括卫星存储约束和能量约束；所述卫星存储约束用于表示卫星的最大存储容量对观测数据占用的存储容量的约束；所述能量约束用于表示卫星所支持的最大能量对卫星利用观测窗口进行观测所消耗的能量的约束；其中，卫星存储约束表示为m
js
为卫星
s
在窗口j上获取观测数据所占用的存储容量，w
j
∈{0,1},j＝1,
…
,N
W
，当w
j
＝1时表示窗口j被使用，w
j<...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹林，甘海平，宋沛然，杜康宁，郭亚男，田澍，张帆，赵宗民，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：