【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数传与成像联合调度多星任务规划，具体是涉及一种面向区域目标的数传与成像联合调度多星任务规划方法。
技术介绍
1、卫星集群是一种通过模仿自然界中蜂群、鸟群和鱼群等生物集群，借助信息共享和协调行动等手段实现卫星间的能力互补，通过集群中个体简单行为在整体上实现复杂群体行为的卫星群体工作模式。
2、群体行为(swarming behavior)是自然界中常见的现象，典型的例子如编队迁徙的鸟群、结队巡游的鱼群、协同工作的蚁群、聚集而生的细菌群落等等。这些现象的共同特征是一定数量的自主个体通过相互合作和自组织，在集体层面上呈现出有序的协同运动和行为。随着卫星技术的蓬勃发展、一箭多星技术的成熟应用、商业航天公司的兴起，卫星的研制、发射和部署的成本进一步降低，多星、多传感器的综合应用逐渐成为了卫星应用的主流趋势，卫星集群自同步运维技术成为航天领域的研究热点之一。
3、其中，进行高效的集群星间任务分配，设计高效的多星多对地观测任务执行方案是卫星集群自同步高效协同的一项关键技术。随着对地观测卫星数量的增多与对地观测任务的几何倍数增长，传统的通过人工进行卫星集群对地观测任务编排的方法已经不能适应现代卫星集群的高效协同要求。现有成像卫星多星任务规划方法没有综合考虑数传调度和星上能源约束，难以满足成像卫星集群对大范围区域目标观测任务规划。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：现有成像卫星多星任务规划方法没有综合考虑数传调度和星上能源约束，难以满足成像卫星集群对
2、因此，本专利技术提出面向区域目标的数传与成像联合调度多星任务规划方法。本专利技术采用结构体编码方法生成多星对区域目标成像的条带选择方案，并采用多层编码方法生成卫星集群数传方案，实现了成像卫星集群的成像与数传联合调度。该方法在未来卫星集群自主化、智能化运维中有潜在的工程应用价值。本专利技术的技术方案如下：
3、面向区域目标的数传与成像联合调度多星任务规划方法，包括以下步骤：
4、s1、卫星集群与多目标的可见窗口预报；
5、s2、卫星集群对区域目标的可选观测条带动态分解；
6、s3、建立异质多星协同任务规划约束满足模型；
7、s4、设定优化算法参数；
8、s5、异质多星多任务多层编码种群初始化
9、初始化异质多星多任务多层编码种群；采用结构体编码对观测任务方案进行编码，每个区域目标对应多次观测，每次观测任务由一个三元组组成，观测任务的表达公式为：
10、oti＝<si,wi,θi>.，
11、上式中，si表示执行当前观测任务的卫星，wi表示该卫星对该区域的观测窗口，θi表示该卫星对该区域目标在该可见窗口内的观测侧摆角；
12、采用双层编码对数传任务方案进行编码，第一层编码为任务序列，第二层编码为可选卫星资源序列，当待观测目标数量为n且目标ti在一个规划周期内的重访次数要求为mj时，的整数序列；
13、s6、解码与任务完成率计算，获取最大任务完成率的可行任务方案；
14、s7、对异质多星多任务多层编码种群进行遗传操作；
15、s8、优化终止判断；
16、s9、最优解输出。
17、作为本专利技术的另一个方面，步骤s1包括以下内容：预报卫星集群中各个卫星的星载传感器与各个区域目标之间的可见窗口，并将可见窗口进行结构化存储，将存储后的可见窗口用于任务序列的解码以及冲突判断。
18、作为本专利技术的另一个方面，步骤s2包括以下内容：采用基于高斯投影的区域目标动态分解方法，根据卫星过境区域目标时的星下点轨迹以及卫星成像条带宽度，将区域目标分解为多个成像卫星可选条带。
19、作为本专利技术的另一个方面，步骤s3包括以下内容：
20、建立异质多星协同任务规划约束满足模型，即csp模型，csp模型的表述公式为：
21、e＝<t,s,w,con,obj>.，
22、上式中，t表示协同任务集合，s表示参与任务规划与执行观测任务的资源卫星集合，con表示调度方法需要满足的约束条件，obj表示各种优化目标函数的集合。
23、作为本专利技术的另一个方面，种优化目标函数包括数传任务优化目标函数和成像卫星优化目标函数；
24、数传任务优化目标函数为：
25、
26、上式中，fitness(i)代表数传任务优化目标函数值，completetask代表数传任务成功安排的子任务的数量，totaltask代表待安排的所有数传子任务的数量；
27、成像卫星优化目标函数为：
28、
29、上式中，表示网格中发现目标概率，表示网格覆盖统计结果，表示区域目标外的网格，α表示网格的横向序号，β表示网格的纵向序号。
30、作为本专利技术的另一个方面，步骤s4中，优化算法参数包括种群规模、最大遗传代数、代沟、交叉概率、变异概率。
31、作为本专利技术的另一个方面，步骤s6包括以下内容：将编码形成的可行解方案解码形成调度计划，按照启发式规则将冲突任务窗口进行消解，获取最大任务完成率的可行任务方案。
32、作为本专利技术的另一个方面，任务完成率的计算过程为：计算所有区域目标的覆盖率f1，以及完成的数传任务占所有待执行数传任务的比率f2，两者取加权平均f＝α1f1+α2f2(α1+α2＝1)，将f作为任务完成率，其中α1为第一比例参数，α2为第二比例参数。
33、作为本专利技术的另一个方面，步骤s7包括以下内容：
34、基于线性排列适应度的方法，采用轮盘赌策略对异质多星多任务多层编码种群中的个体染色体染色体进行选择，淘汰适应度位于异质多星多任务多层编码种群后10％的个体染色体；
35、对异质多星多任务多层编码种群中个体染色体之间进行交叉操作，随机两两个体染色体交换部分基因序列，并对交叉过程产生的不合法的解进行修复；
36、异质多星多任务多层编码种群中个体染色体的基因发生变异，改变任务先后顺序或执行某任务的资源，并对变异过程中产生的冗余或缺失的个体染色体进行修复。
37、作为本专利技术的另一个方面，步骤s8包括以下内容：根据当前种群的收敛情况并判断优化是否终止；若种群中的个体染色体相似度大于0.99，表明优化算法提前收敛，则终止优化进入下一步；若当前优化过程已达到最大遗传代数，则终止优化进入下一步；否则，进入步骤s6。
38、作为本专利技术的另一个方面，步骤s9包括以下内容：对任务完成率最高的可行任务方案进行解码，输出最优的任务编排方案，即所有卫星的成像方案以及数传方案。
39、本专利技术的有益效果是：
40、(1)本专利技术建立了考虑光照、能源与星上存储容量的csp(约束满足)模型，约束描述简单明确；利用结构体编码与多层编码方法实现成像卫星对区域本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.面向区域目标的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下内容：预报卫星集群中各个卫星的星载传感器与各个区域目标之间的可见窗口，并将可见窗口进行结构化存储，将存储后的可见窗口用于任务序列的解码以及冲突判断。
3.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下内容：采用基于高斯投影的区域目标动态分解方法，根据卫星过境区域目标时的星下点轨迹以及卫星成像条带宽度，将区域目标分解为多个成像卫星可选条带。
4.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下内容：
5.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤S4中，优化算法参数包括种群规模、最大遗传代数、代沟、交叉概率、变异概率。
6.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下内容：将编码形成的可行解方案解码形成调
7.如权利要求6所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述任务完成率的计算过程为：计算所有区域目标的覆盖率f1，以及完成的数传任务占所有待执行数传任务的比率f2，两者取加权平均f＝α1f1+α2f2(α1+α2＝1)，将f作为任务完成率，其中α1为第一比例参数，α2为第二比例参数。
8.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤S7包括以下内容：
9.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤S8包括以下内容：根据当前种群的收敛情况并判断优化是否终止；若种群中的个体染色体相似度大于0.99，表明优化算法提前收敛，则终止优化进入下一步；若当前优化过程已达到最大遗传代数，则终止优化进入下一步；否则，进入步骤S6。
10.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤S9包括以下内容：对任务完成率最高的可行任务方案进行解码，输出最优的任务编排方案，即所有卫星的成像方案以及数传方案。
...【技术特征摘要】
1.面向区域目标的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤s1包括以下内容：预报卫星集群中各个卫星的星载传感器与各个区域目标之间的可见窗口，并将可见窗口进行结构化存储，将存储后的可见窗口用于任务序列的解码以及冲突判断。
3.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下内容：采用基于高斯投影的区域目标动态分解方法，根据卫星过境区域目标时的星下点轨迹以及卫星成像条带宽度，将区域目标分解为多个成像卫星可选条带。
4.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下内容：
5.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤s4中，优化算法参数包括种群规模、最大遗传代数、代沟、交叉概率、变异概率。
6.如权利要求1所述的数传与成像联合调度多星任务规划方法，其特征在于，所述步骤s6包括以下内容：将编码形成的可行解方案解码形成调度计划，按照启发...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，秦嘉豪，刘佳，王一舟，郝雅波，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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