【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星观测，尤其涉及一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法及系统。
技术介绍
1、对地观测卫星配备了不同的光学传感器来探测地球表面并获得相关信息，是作为一种对地面成像的重要手段，根据姿态机动能力和工作机理的不同，对地观测卫星可分为常规对地观测卫星和敏捷对地观测卫星两种，与只具有侧摆机动能力的常规对地观测卫星相比，敏捷对地观测卫星具有侧摆、俯仰和偏航三自由度机动能力，并呈现出更强观测任务规划能力，随着航天技术与卫星技术迅速进步,敏捷对地观测卫星作为一类新型对地观测卫星因成本低、研制周期短、姿态机动能力强、调整精度高,成为了各航天大国竞相研制的对象。
2、敏捷对地观测卫星智能任务规划的优化过程，不仅要在拟调度的观测集合中确定一个可行的观测子序列，而且要对子序列中的每个观测求解观测的开始时间(以整数秒为单位间隔)，所以该问题既是组合优化问题，又是整数规划问题。
3、近年来，具有限定条件(满足fifo性质)的半敏捷对地观测卫星的任务规划，均采用基于排列编码的启发式算法，取得了较好的效果，但现有的编码和启发式迭代算法仅仅针对半敏捷观测卫星，依赖于以限定条件为前提的插入操作，无法推广到全敏捷卫星，且对于敏捷观测卫星，当前极少采用连续进化算法的原因在于相邻观测存在非线性的切换时间，即约束难于处理导致解码困难且计算复杂度高，另外，进化算法要求对种群中的每一个个体进行选择、变异、边界检查、解码、计算目标函数等一系列操作，计算开销大，导致求解较差，因此，本专利技术提出一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法及系统，解决目前半敏捷对地观测卫星的任务规划中，现有的编码和启发式迭代算法仅仅针对半敏捷观测卫星，无法推广到全敏捷卫星，以及解码困难且计算复杂度高，计算开销大，导致求解较差的问题。
2、为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，包括以下步骤：
3、步骤一：在连续实数空间上，设计描述敏捷对地观测卫星智能任务规划解的连续编码表示；
4、步骤二：基于步骤一中的编码表示，构建求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的最小子图模型，以降低问题求解的复杂度；
5、步骤三：给出构建最小子图及搜索最优路径的性质和定理；
6、步骤四：根据步骤二中的最小子图模型和步骤三中的性质，设计双向遍历构建最小子图和动态规划搜索最优路径的并行解码及求解算法；
7、步骤五：基于步骤四中的连续编码与解码技术，使用差分进化算法框架，将实数编码解码算法用于全敏捷对地观测卫星任务规划的求解，并设计与问题特征相关的变异和交叉算子。
8、进一步改进在于：所述步骤一中，设计连续编码表示的具体步骤为：用一个实数值表示一个特定的任务观测，整数部分表示执行任务观测时可见时间窗的选取，小数部分表示在所选定时间窗内的具体观测时间，以及将实数解向量转换为整数解向量的计算方法。
9、进一步改进在于：所述步骤二中，将问题求解映射为图论问题求解，并构建了求解问题的最小子图模型，具体包括最小子图的定义、性质和特征。
10、进一步改进在于：所述步骤四中，所述构建最小子图算法中整体上按照拓扑排序遍历每个顶点，表示为前向遍历。
11、进一步改进在于：所述步骤四中，所述构建最小子图算法中，在前向遍历基础上，对当前顶点按拓扑排序的反向顺序搜索并绘制指向当前顶点的边，表示为后向遍历。
12、进一步改进在于：所述步骤四中，所述搜索最优路径时，利用有向无环图的最优子结构性质，采用动态规划方法解算最优目标和求解最优路径。
13、进一步改进在于：所述步骤五中，设计与问题特征相关的变异和交叉算子时，保留最长路径上分量值的特定交叉操作。
14、一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的系统，包括：
15、连续编码设计模块，用于设计描述敏捷对地观测卫星智能任务规划解的连续编码表示，使得连续进化算法能够运用于问题的求解；
16、最小图模型构建模块，运用双向遍历法，构建求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的最小子图模型；
17、并行求解算法设计模块，用于设计构建最小子图和搜索最优路径并行求解的动态规划算法；
18、变异和交叉算子设计模块，用于设计与问题特征相关的变异和交叉算子；
19、性质和定理设计模块，用于给出构建最小子图及搜索最优路径必备的性质和定理并证明实数编解码算法的正确性；
20、敏捷对地观测卫星任务规划求解模块，适用于全敏捷和半敏捷对地观测卫星任务规划的求解。
21、本专利技术的有益效果为：本专利技术基于背景问题图模型存在的性质和规律，在构建最小图模型、搜索图、解码成可行观测序列等多环节进行了优化和并行化，减少了计算开销，且图解码算法本身就是一种精确优化方法，在提升解的质量上具有很好的效果，能用于全敏捷对地观测卫星任务规划的求解。
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1.一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤一中，设计连续编码表示的具体步骤为：用一个实数值表示一个特定的任务观测，整数部分表示执行任务观测时可见时间窗的选取，小数部分表示在所选定时间窗内的具体观测时间，以及将实数解向量转换为整数解向量的计算方法。
3.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤二中，将问题求解映射为图论问题求解，并构建了求解问题的最小子图模型，具体包括最小子图的定义、性质和特征。
4.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤四中，所述构建最小子图算法中整体上按照拓扑排序遍历每个顶点，表示为前向遍历。
5.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤四中，所述构建最小子图算法中，在前向遍历基础上，对当前顶点按拓扑排序的反向顺序搜索并绘制指向当前顶点的边，表示为后向遍历。>
6.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤四中，所述搜索最优路径时，利用有向无环图的最优子结构性质，采用动态规划方法解算最优目标和求解最优路径。
7.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤五中，设计与问题特征相关的变异和交叉算子时，保留最长路径上分量值的特定交叉操作。
8.应用于权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤一中，设计连续编码表示的具体步骤为：用一个实数值表示一个特定的任务观测，整数部分表示执行任务观测时可见时间窗的选取，小数部分表示在所选定时间窗内的具体观测时间，以及将实数解向量转换为整数解向量的计算方法。
3.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤二中，将问题求解映射为图论问题求解，并构建了求解问题的最小子图模型，具体包括最小子图的定义、性质和特征。
4.根据权利要求1所述的一种求解敏捷对地观测卫星智能任务规划的方法，其特征在于：所述步骤四中，所述构建最小子图算法中整体上按照拓扑排序遍历...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，张广辉，雷磊，李明贵，魏晨轩，石子阳，杨天梁，李腾，王雷，马也，刘一谷，
申请(专利权)人：河北农业大学，
类型：发明
国别省市：
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