一种通过前瞻取舍任务的方法技术

一种通过前瞻取舍任务的方法，步骤为：(1)根据相机幅宽将任务区域划分条带；(2)根据卫星的最大俯仰角和最大滚动角以及任务条带信息计算卫星对各条带的可见时间区间，然后按照可见时间窗口的开始时刻排序得到任务序列；(3)采用弦截法计算任务序列中每个任务条带的观测持续时间；(4)根据当前任务与最后一个已安排任务之间的卫星姿态机动时间，判断与最后一个已安排任务是否冲突，如果冲突，当前任务不能安排；如果不冲突，进入下一步；(5)获取当前任务的前瞻任务组，判断当前任务与前瞻任务组中的任务是否存在冲突，如果不冲突，则当前任务可以安排，如果存在冲突，则对当前任务进行取舍；(6)输出对当前任务的前瞻结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星任务规划与调度领域，涉及一种卫星任务调度过程中取舍任务的方法。
技术介绍
快速姿态机动成像卫星借助快速姿态机动能力，可实现多种复杂成像模式。与采用星下点成像的传统对地观测卫星相比，快速姿态机动能力大大增加了卫星对目标的观测机会，因而具有更强的观测能力。快速姿态机动成像卫星的每一种成像模式都伴随着多个姿态机动、相机开关机等操作，这些操作形成一个前后连贯的控制指令序列。由于指令繁多，无法保证指令编排和上注的可靠性和指令执行的实时性问题，因此必须建立一套任务规划与调度系统，完成大批量观测任务的自动化分析与处理。为了便于快速姿态机动成像卫星的任务调度，需要对观测任务进行预处理，包括将任务分解为多个可以通过一次观测完成的原子任务，即分割成多个单任务条带，计算每个条带的可见时间窗口、观测持续时间、可观测机会等。对任务的取舍是影响任务调度方法效率的关键部分，目前已有了一些任务调度的方法，如R. Sierwood等在1998年和1999 年分别发表了文章《Using ASPEN to automate EO-I activity planning〉〉禾口〈〈Iterative planning for spacecraft operations using the ASPEN system》，米用一禾中基于修正的局部搜索算法对E0-1卫星的日常活动进行任务规划和安排，其基本思想是首先生成一个初始任务调度方案，然后通过调整变量取值不断消解冲突。王迪等在2009年第沈卷第8 期《计算机仿真》上发表了《基于GA的电子侦察卫星任务规划问题研究》，采用遗传算法求解电子侦察卫星的任务规划问题，选用OBC交叉算子、多点变换变异算子等实现遗传操作， 如果任务间存在冲突，则不断地尝试将其中一个任务安排在下一个可选时间窗口，如果所有可选窗口都安排不了，则放弃执行该任务。这些方法都存在一定的局限性，主要表现在两个方面首先，现有方法大多假设卫星的所有动作是瞬时完成或耗费固定时间的，但是卫星遥感器一般都具有一维或二维的侧摆自由度和俯仰自由度，在执行对指定目标的观测任务时，可以通过侧摆或俯仰一定的角度来获得更大的可见时间窗口或更好的成像质量。卫星侧摆机动或俯仰机动需要消耗不可忽略的时间，并且这个时间长度与侧摆或俯仰角度的大小以及卫星的姿态机动能力有关，现有方法没有考虑卫星进行不同观测任务之间的姿态机动时间，或者将这个时间设为固定值，对于观测时间紧邻的任务，很难判断任务之间是否真正存在冲突，容易造成计划与实际的脱节；其次，现有方法基本上以传统人工智能规划问题的建模技术为基础，对卫星领域进行统一建模，然后将问题转换为单一的约束规划问题，利用约束进行求解。这种方法的不足在于由于约束的复杂性而导致问题规模较大，求解难度高、时间长。例如在R. Sherwood 等的方法中，由于采用的冲突识别和消解规则比较麻烦，求解效率较低，在E0-1的应用中， 每天只能对4个任务进行调度，难以满足多任务调度的要求。快速姿态机动成像卫星借助大角度姿态机动能力，拓宽了对目标的可见时间窗口，大大增加了对目标的观测机会，同时也增加了侧摆机动和俯仰机动的应用次数，在一连串任务的执行计划中，忽略一次卫星姿态机动的时间，都可能导致后续计划完全不可实施， 并且快速姿态机动成像卫星承担的观测任务的数量也必定远远超过传统卫星，其任务调度问题的规模也会大大增加，现有调度方法难以在较短时间内得到满意解，因此已无法满足快速姿态机动成像卫星任务调度的需求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了，有效地解决了任务之间的冲突判断与取舍，提高了卫星任务调度时的效率。本专利技术的技术解决方案是，步骤如下(1)根据相机幅宽将任务区域划分条带；(2)根据卫星的最大俯仰角和最大滚动角以及任务条带信息计算卫星对各条带的可见时间区间，剔除无可见时间区间及时间区间在地影区的任务；每个条带的可见时间区间由卫星对该条带四个顶点的可见时间区间k,k= 1，2，3，4求交集并剔除在地影区的时间区间后得到，卫星对条带单个顶点的可见时间区间由卫星的最大俯仰角和最大滚动角确定；然后按照可见时间窗口的开始时刻的先后，将所有任务排序，得到任务序列iTaskList ；(3)采用弦截法计算任务序列TaskList中每个任务条带的观测持续时间Tlast, Tlast为从该条带最先观测的顶点开始到该条带最后观测的顶点结束所持续的时间；(4)对任务序列TaskList中的任务依次进行处理，根据当前任务与最后一个已安排任务之间的卫星姿态机动时间，判断与最后一个已安排任务是否冲突，如果冲突，当前任务不能安排；如果不冲突，进入下一步；所述的当前任务为正在处理的任务；(5)获取当前任务的前瞻任务组Group，判断当前任务与前瞻任务组Group中的任务是否存在冲突，如果不冲突，则当前任务可以安排，如果存在冲突，则对当前任务进行取舍；所述的前瞻任务组Group为任务序列TaskList中的排在当前任务之后的全部或者部分可执行任务；(6)输出对当前任务的前瞻结果，如果当前任务可以安排或者在进行任务取舍时被保留，则将当前任务提交给任务调度系统待执行，如果当前任务不能安排，则输出不能安排的原因。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术方法针对快速姿态机动成像卫星的任务调度面临任务数量众多，问题规模较大的特点，采用前瞻的方式对任务进行分析比较，决定是否安排当前任务，前瞻步长由用户根据实际情况设定，不仅有效地解决了任务之间的冲突判断与取舍，而且过程简单， 计算速度快，能够满足大规模优化问题对于算法时间复杂度的约束；(2)快速姿态机动成像卫星具备多种复杂成像模式，任务之间姿态机动频繁，耗费的时间各不相同，并且观测目标的大小不一，观测持续时间也有较大差别。本专利技术方法根据卫星及任务的具体信息，计算出精确的任务间的姿态机动时间，再根据精确的任务观测持续时间，判断任务是否存在冲突，提高了调度的精度，满足了快速姿态机动成像卫星任务调度的需要；(3)本专利技术将设定的规则作为取舍当前任务的依据，并且根据规则取舍的过程自成体系，具有较强的可替换性，能够满足不同的调度需要，具有良好的通用性和灵活性；(4)本专利技术方法采用弦截法作为求解条带观测持续时间的核心算法，不仅能够得到任意精度的数值解，而且迭代次数较少，计算速度快，能够满足大规模优化问题对于算法时间复杂度的约束。附图说明图1为本专利技术方法的流程图；图2为本专利技术可见时间窗口计算流程图；图3为本专利技术判断前瞻任务组与当前任务是否冲突的流程图；图4为本专利技术取舍当前任务的流程图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术通过前瞻取舍任务的方法的流程包括1.任务区域条带划分； 2.计算卫星的位置及速度；3.计算卫星对每个任务条带的可见时间区间；4.计算对任务区域的观测持续时间；5.判断是否对当前任务进行前瞻；6.判断前瞻任务组与当前任务是否存在冲突；7.根据规则取舍当前任务；8.输出前瞻处理结果。当前任务是指本流程正在处理的任务。详细步骤如下一、任务区域条带划分通常，观测任务区域通过多个顶点的经纬度描述，将这些顶点依次连接即得到任务区域。本专利技术中，采用如下的方法将任务区域划分为平行于卫星轨道的条带，便于卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种通过前瞻取舍任务的方法，其特征在于步骤如下：（１）根据相机幅宽将任务区域划分条带；（２）根据卫星的最大俯仰角和最大滚动角以及任务条带信息计算卫星对各条带的可见时间区间［ｔ０，ｔｎ］，剔除无可见时间区间及时间区间在地影区的任务；每个条带的可见时间区间［ｔ０，ｔｎ］由卫星对该条带四个顶点的可见时间区间［ｔ１，ｔ２］ｋ，ｋ＝１，２，３，４求交集并剔除在地影区的时间区间后得到，卫星对条带单个顶点的可见时间区间由卫星的最大俯仰角和最大滚动角确定；然后按照可见时间窗口的开始时刻的先后，将所有任务排序，得到任务序列ＴａｓｋＬｉｓｔ；（３）采用弦截法计算任务序列ＴａｓｋＬｉｓｔ中每个任务条带的观测持续时间Ｔｌａｓｔ，Ｔｌａｓｔ为从该条带最先观测的顶点开始到该条带最后观测的顶点结束所持续的时间；（４）对任务序列ＴａｓｋＬｉｓｔ中的任务依次进行处理，根据当前任务与最后一个已安排任务之间的卫星姿态机动时间，判断与最后一个已安排任务是否冲突，如果冲突，当前任务不能安排；如果不冲突，进入下一步；所述的当前任务为正在处理的任务；（５）获取当前任务的前瞻任务组Ｇｒｏｕｐ，判断当前任务与前瞻任务组Ｇｒｏｕｐ中的任务是否存在冲突，如果不冲突，则当前任务可以安排，如果存在冲突，则对当前任务进行取舍；所述的前瞻任务组Ｇｒｏｕｐ为任务序列ＴａｓｋＬｉｓｔ中的排在当前任务之后的全部或者部分可执行任务；（６）输出对当前任务的前瞻结果，如果当前任务可以安排或者在进行任务取舍时被保留，则将当前任务提交给任务调度系统待执行，如果当前任务不能安排，则输出不能安排的原因。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王抒雁，杨芳，谢松，刘胜利，霍德聪，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：11