基于协同进化算法的卫星任务调度方法技术

本发明专利技术提供了一种基于协同进化算法的卫星任务调度方法，涉及卫星任务调度技术领域，方法包括：获取输入任务集合，根据输入任务集合获得具有明确可用资源并且能够直接进行任务调度的卫星任务集合；根据所述卫星任务集合，以最大化任务收益率为优化目标，在资源和时间约束下构建卫星任务调度问题模型；通过预设的协同进化算法对所述卫星任务调度问题模型进行求解，获取最优的卫星任务调度方案，本发明专利技术以更好的收敛性和求解效率，能够在单次运行中为决策者提供一组高质量且多样化的卫星任务调度方案。任务调度方案。任务调度方案。

【技术实现步骤摘要】
基于协同进化算法的卫星任务调度方法


[0001]本文件涉及卫星任务调度
，尤其涉及一种基于协同进化算法的卫星任务调度方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的不断进步以及卫星系统应用的普及，在轨卫星的类型、数目及用户所提卫星任务需求都不断增多，增加了卫星任务调度问题的复杂性和求解难度。在有限的时间范围和特定的约束条件下，实现对卫星载荷和站网资源的合理配置与优化调度，对保障卫星使命任务和管控需求具有重要意义。
[0003]卫星任务调度问题的根本特征是对目标与资源间的通信进行优化调度，其核心是解决“多目标见资源”时目标间的冲突问题和“多资源见目标”时资源间的竞争问题。传统卫星任务调度方法聚焦问题的组合优化和强约束特性，致力于消解任务间冲突，在可接受的运行时间内获得优秀的单解。在卫星轨道运动的周期性、重访性和任务时空分布的共同作用下，部分任务存在多个冗余空闲资源。这表明“多资源见目标”中资源对任务的竞争使得卫星任务调度问题存在多组最优解或局部最优解。而大多测运控资源调度方法侧重于定位单一全局最优解，忽略了问题中可能存在多组最优资源调度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于协同进化算法的卫星任务调度方法，其特征在于，包括：S1、获取输入任务集合，根据输入任务集合获得具有明确可用资源并且能够直接进行任务调度的卫星任务集合；S2、根据所述卫星任务集合，以最大化任务收益率为优化目标，在资源和时间约束下构建卫星任务调度问题模型；S3、通过预设的协同进化算法对所述卫星任务调度问题模型进行求解，获取最优的卫星任务调度方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1具体包括：获取输入任务集合R
I
＝{1，2，...，r
I
...，|R
I
|}，其中，每个输入任务r
I
＝{t
ID
，rst，ret，dur，p}由所请求任务目标编号t
ID
、任务最早开始时间rst、任务最晚截止时间ret、任务持续时间dur以及任务优先级p定义；在资源可用性约束下根据所述输入任务集合获得具有明确可用资源并且能够直接进行任务调度的卫星任务集合R＝{1，2，...，r...，|R|}，其中，每个卫星任务r＝{t
ID
，a
ID
，ast，aet，dur，p，swi}由所请求任务目标编号t
ID
、可用资源编号a
ID
、可用时间窗开始时间ast、可用时间窗结束时间aet、任务持续时间dur和任务优先级p以及相邻任务间最小切换时间swi定义。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2具体包括：根据所述卫星任务集合构建任务收益率最大化模型：其中，R表示卫星任务集合，p
r
为任务r的优先级，为二元整数变量，其值为1表示任务r在其第k个可用时间窗资源上被执行，该可用时间窗由资源a提供，否则为0；所述卫星任务调度问题模型中包含执行唯一性约束：其中，K表示可用时间窗资源集合；所述卫星任务调度问题模型中包含目标唯一性约束：其中为二元整数变量，其值为1表示目标s于t时刻在资源a上被执行，否则为0，T表
示离散化后的整个卫星任务调度时间集合，A表示可用资源集合，S表示目标卫星集合；所述卫星任务调度问题模型中包含资源唯一性约束：其中为二元整数变量，其值为1表示目标s于t时刻在资源a上被执行，否则为0；所述卫星任务调度问题模型中包含任务切换时间约束：其中st
r
，et
r
为任务r的开始执行和结束执行时间，swi
a
表示资源a上相邻任务间最小切换时间，r1和r2表示两个不同的任务。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3具体包括：S31、通过两个具有弱协同进化关系的种群分别优化卫星任务调度问题模型和卫星任务调度问题模型松弛后的辅助问题，获取调度方案，并基于调度方案的收敛度和多样性更新种群；S32、用精英存档策略检测和存储潜在最优方案，并基于替换策略提升种群质量；S33、经过预定次数的迭代和更新后，从精英存档策略存储的潜在最优方案中选择一组最优卫星任务调度方案作为最终输出。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S31具体包括：种群中每个个体的基因编码为：X＝{x1，x2，...，x
r
，...，x
R
}；其中x
r
＝k表示任务r在其第k个可用时间窗上被执行，若未执行，则x
r
＝0，x
R
表示任务R是否执行的标识符；将上一代收敛性种群P
C
和随机选择的N/2个精英解作为P
C
的交配池，将上一代多样性种群P
D
作为P
D
的交配池；基于锦标赛法从P
C
的交配池和P
D
的交配池中选择亲本进行配对，并对配对后的亲本进行交叉及变异操作产生子代方案；将上一代收敛性种群P
C
新生成子种群...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟，熊明晖，刘德生，简平，刘正，赵凯，韩驰，于小岚，刘亚丽，贾卓娅，李超，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：