【技术实现步骤摘要】
本申请涉及卫星任务调度，特别是涉及一种基于间隔时间依赖收益的对地观测卫星方法和装置。
技术介绍
1、光学对地观测卫星是通过搭载的光学遥感器(有效载荷)对地球表面和低层大气进行探测以获取相关信息的一类卫星平台。光学对地观测卫星具有覆盖范围广，信息获取精度高，不受空域国界限制，不涉及人员安全等优势，被广泛应用于态势侦察、目标识别、地球资源探测、自然灾害监视、城市规划和农作物监测等领域。
2、卫星运行于一定的轨道，同一轨道圈次内有很多目标可能被观测，每个目标都具有相应的观测时间窗口。为了充分利用宝贵的卫星资源，获取最大数量、最优观测效果的地面目标影像数据，需要对什么时间、对哪些目标进行观测实施合理的规划调度。因此，研究对地观测卫星调度问题，对于提高卫星资源使用效率，满足用户需求具有重要意义。
3、传统的对地观测卫星调度问题研究都是假设目标只需要一次观测即可完成任务，满足用户需求，因此问题建模时假设每个目标最多观测一次。然而随着精确观测的需求，目前至少需要两次观测才能满足任务需求，但是在两次观测时间规划时，如果存在重要目标，在当前性能有限的前提下，无法高效的卫星调度进行规划。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于间隔时间依赖收益的对地观测卫星方法和装置。
2、一种基于间隔圈数模型的卫星调度方法，所述方法包括：
3、获取目标观测任务；所述目标观测任务包括：普通观测任务和精确观测任务；所述精确观测任务在所述普通观测任务之
4、构建卫星观测模型；所述卫星观测模型包括：待观测目标、虚拟起点以及虚拟终点；
5、构建每个待观测目标的间隔时间依赖收益函数；所述间隔时间依赖收益函数表示完成待观测目标观测在预设间隔圈次完成两次观测的收益；
6、根据所述卫星观测模型以及所述间隔时间依赖收益函数，构建最大化收益的目标函数以及约束条件，得到卫星调度优化问题；所述约束条件中约束了目标两次观测相差的圈数最大值以及一个圈次观测目标的需求信息；
7、采用贪婪插入算法对所述卫星调度优化问题进行求解，得到收益最大目标观测的时间组合。
8、在其中一个实施例中，还包括：构建卫星观测模型包括节点集合为n＝{0,1,…,2n}，其中第一次观测的任务集合为t1＝{1,…,n}，第二次观测的任务集合为t2＝{n+1,…,2n}，任务s和e是虚拟的开始点和结束点；在所述卫星观测模型中，每个目标i对应一个持续观测时间di，以及设置圈次集合为o＝{1,2,…,t}；其中，每圈次都从虚拟起点出发，返回虚拟终点；定义bik表示圈次k∈o是否可以观测到任务i，在圈次k上，目标i最多有一个可观测时间窗口是otwik＝[wsik,weik]，每圈次经过目标i和j的转换时间为transkij；圈次k的内存和能量分别为mk和ek，ρkij表示圈次k上任务i和j的转换能量消耗，集合m＝{0,1,2,…,n}表示同一任务两次观测间隔的圈数。
9、在其中一个实施例中，还包括：根据所述卫星观测模型以及所述间隔时间依赖收益函数，构建最大化收益的目标函数为：
10、
11、其中，yim表示目标i完成两次观测所在圈次是否间隔m圈，fi(m)表示间隔时间依赖收益函数。
12、在其中一个实施例中，还包括：构建约束条件包括：观测起点和终点约束、流平衡约束、观测约束、观测收益约束、决策变量约束、观测时间约束、时间窗约束、内存消耗约束、能量消耗约束、目标可见约束以及决策变量取值范围约束。
13、在其中一个实施例中，
14、构建约束条件包括：
15、观测起点和终点约束为：
16、
17、流平衡约束为：
18、
19、其中，xijt和xjit分别表示每圈次t从目标i到目标j和每圈次t从目标j到目标i；
20、观测次数约束为：
21、
22、观测收益约束：
23、
24、决策变量约束为：
25、
26、观测时间约束为：
27、
28、时间窗约束为：
29、
30、
31、内存消耗约束为：
32、
33、能量消耗约束为：
34、
35、目标可见约束为：
36、
37、决策变量取值范围约束为：
38、
39、
40、
41、在其中一个实施例中，还包括：同时对目标i和i+n进行插入，定义未观测目标集和当前可行解集分别为u,s；对观测目标进行随机排序，依次检查集合u中每个目标是否能被贪婪地插入到当前求解结果中；其中，在插入时，先选择一个目标i作为集合u中的起始观测目标，然后在当前可行解中选择目标插入的圈次和序列位置，若将目标i和i+n分别插入圈次k1,k2的两个位置p1,p2，能够满足所有约束条件，则计算收益并将收益信息记录到集合s中，遍历完所有位置后，最终将目标i和i+n插入到集合s中收益最大的位置。
42、一种基于间隔圈数模型的卫星调度问题求解装置，所述装置包括：
43、任务获取模块，用于获取目标观测任务；所述目标观测任务包括：普通观测任务和精确观测任务；所述精确观测任务在所述普通观测任务之后，以及所述普通观测任务与所述精确观测任务执行的时间间隔与所述精确观测任务完成的成功率相关；
44、观测模型构建模块，用于构建卫星观测模型；所述卫星观测模型包括：有向图，所述有向图中的节点包括：待观测目标、虚拟起点以及虚拟终点；
45、收益函数构建模块，用于构建每个待观测目标的间隔时间依赖收益函数；所述间隔时间依赖收益函数表示完成待观测目标观测在预设间隔圈次完成两次观测的收益；
46、求解模块，用于根据所述卫星观测模型以及所述间隔时间依赖收益函数，构建最大化收益的目标函数以及约束条件，得到卫星调度优化问题；所述约束条件中约束了目标两次观测相差的圈数最大值以及一个圈次观测目标的需求信息，采用贪婪插入算法对所述卫星调度优化问题进行求解，得到收益最大目标观测的时间组合。
47、上述基于间隔圈数模型的卫星调度问题求解方法和装置，在处理包含普通观测任务和精确观测任务的目标观测任务时，传统的一次观测即可完成任务方法以无法解决本专利技术的问题，在此基础上，本专利技术通过建立普通观测任务与所述精确观测任务执行的时间间隔与所述精确观测任务完成的成功率相关的关系，从而将时间间隔与间隔圈数相对应，为了更好了研究卫星观测问题，构建了卫星观测模型，然后以卫星观测模型为基础，确定了每个待观测目标的间隔圈数收益函数，对于重要目标的规划，需要保证在指定圈次完成，因此在约束条件中，对收益函数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于间隔时间依赖收益的对地观测卫星调度方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建卫星观测模型，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述卫星观测模型以及所述间隔时间依赖收益函数，构建最大化收益的目标函数以及约束条件，得到卫星调度优化问题，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，构建约束条件包括：观测起点和终点约束、流平衡约束、观测约束、观测收益约束、决策变量约束、观测时间约束、时间窗约束、内存消耗约束、能量消耗约束、目标可见约束以及决策变量取值范围约束。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，构建约束条件包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用贪婪插入算法对所述卫星调度优化问题进行求解，得到收益最大目标观测的时间组合，包括：
7.一种基于间隔圈数模型的卫星调度问题求解装置，其特征在于，所述装置包括：
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，观测模型构建模块还用于构建卫星观测模型包括有向图G＝(N,A)，
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于间隔时间依赖收益的对地观测卫星调度方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建卫星观测模型，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述卫星观测模型以及所述间隔时间依赖收益函数，构建最大化收益的目标函数以及约束条件，得到卫星调度优化问题，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，构建约束条件包括：观测起点和终点约束、流平衡约束、观测约束、观测收益约束、决策变量约束、观测时间约束、时间窗约束、内存消耗约束、能量消耗约束、目标可见约束以及决策变量取值范围约束。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，构建约束条件包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用贪婪插入算法对所述卫星调度优化问题进行求解，得到收益最大目标观测的时间组合，包括：
7.一种基于间隔圈数模型的卫星调度问题求解装置，其特征在于，所述装置包括：
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，观测模型构建模块还用于构建卫星观测模型包括有...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建江，李娇娇，祝江汉，陈杰，罗佳妮，谢浪，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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