一种数量优先的任务调度方法技术

一种数量优先的任务调度方法，步骤为：(1)将任务区域划分条带；(2)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)对任务序列中的任务依次进行处理，根据卫星姿态机动时间，判断当前任务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，进入步骤(5)；(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，如果保留当前任务则将当前任务写入卫星动作序列，作为任务调度的结果。

【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，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。任务调度方法是任务规划与调度系统的核心部分，由于卫星任务调度问题是一个十分复杂的组合优化问题，即使当任务数目较少，要想求得问题的最优解也是十分困难的，问题的规模通常使得完整的枚举式方法不可行，因此几乎所有的现有研究都采用了不完全算法(或近似算法)，如Bensana等人在1996年和1999年发表的文章《Exact and Approximate Methods for the Daily Management of an Earth Observing Satellite)) 和《Earth Observing Satellite Management》中，研究了 SP0T-5卫星的日常调度问题，分别比较了完全搜索算法(深度优先搜索、动态规划、Russian Doll karch)和不完全搜索算法(贪婪搜索、禁忌搜索)在不同规模问题实例下的计算性能。结果表明，当问题规模不大时，采用完全搜索算法可以较短的时间内得到一个最优解，但当问题规模较大时，采用完全搜索算法就不能在合理的时间内得到问题的解，而禁忌搜索可以在合理的时间内得到问题的一个满意解。Pemberton在2000年第2届国际空间规划与调度会议上发表的《Towards scheduling over-constrained remote sensing satellites)) 一文中，提出了一禾中对大规模问题迭代求解的方法，其基本思想是首先按照某种规则对所有的观测需求进行排序，η个一组，将所有的观测需求分组，然后按分组顺序对每组中的观测需求都采用完全算法求得最优解。在调度过程中，前面分组的调度结果将作为后面分组调度的约束条件。另外还有一些针对在轨卫星的应用设计的任务调度方法，如William Potter和 John Gasch 在 2001 年发表的《A Photo Album of Earth =Scheduling LANSDAT 7 Mission Daily A ctivities》一文中，讨论了 Landsat 7卫星资源调度问题的求解算法，其主要思想是在考虑长期的全球普查任务和其他任务的需求后，将卫星的任务细分到每天。日常调度问题的求解分步进行首先计算48小时内卫星所能采集到的所有场景信息，然后基于场景选择因素对场景进行筛选，对场景的默认优先级进行调整，再按时间与优先级顺序根据固存容量排出调度方案，当固存用完时，不考虑低优先级的后续任务，只有出现高优先级的任务时才用高优先级任务取代低优先级任务。R. Sherwood等在1998年和1999年分别发3表了《Using ASPEN to automate EO-Iactivity planning》禾口《Iterative planning for spacecraft operations using the ASPEN system》，MM ASPEN 胃会充又寸的日胃活动进行任务规划和安排。ASPEN采用了一种基于修正的局部搜索算法，其基本思想是首先生成一个初始任务规划方案，然后通过调整变量取值不断消解冲突。现有的调度方法都存在一定的局限性，不能很好地满足实际应用需求，主要表现在第一，大多数任务调度方法假设卫星的所有动作是瞬时完成的，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，在执行对指定地面目标的观测任务时，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，传统的调度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，容易造成计划与实际的脱节；第二，在任务的冲突判断和取舍方面，现有方法基本上以传统人工智能调度问题的表示建模技术为基础，对卫星领域进行统一建模，然后将问题转换为单一的约束调度问题，利用约束求解技术进行求解。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ASPEN系统中，由于采用的冲突识别和消解规则比较麻烦，其求解效率较低，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；第三，现有调度方法大多同具体的应用卫星相关联，模型的设计同具体星载设备密切相关，不具有一般性和通用性。此外，传统的调度方法通常假设观测目标都是点目标，对任务的观测持续时间可以忽略不计。快速姿态机动成像卫星借助整星的快速姿态机动性能，可实现多种复杂的成像模式，如多条带拼接成像和连续条带成像等，快速姿态机动成像卫星面对的观测目标不仅是点目标，还包括区域目标，长条带目标等，一般来说，目标越大，需要的观测时间就越长，因此任务的观测持续时间不能再忽略，否则将导致计划与实际情况的完全脱节。传统的调度方法对于快速姿态机动成像卫星不适用，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，可以满足快速姿态机动成像卫星任务调度的需要。本专利技术的技术解决方案是一种数量优先的卫星任务调度方法，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，转步骤(7)；如果不冲突，进入步骤(5)；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，转步骤(6)；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)根据设定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种数量优先的任务调度方法，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，转步骤（７）；如果不冲突，进入步骤（５）；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，转步骤（６）；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）根据设定的规则取舍当前任务，如果保留当前任务则转步骤（８），如果舍去当前任务则转步骤（７）；（７）处理任务序列ＴａｓｋＬｉｓｔ中的下一个任务，转步骤（４）；如果任务序列ＴａｓｋＬｉｓｔ中得所有任务已被处理完毕，转步骤（９）；（８）以最后一个已安排任务的结束时间ｔｅｎｄ为卫星执行当前任务的姿态机动开始时刻，以当前任务的可见时间窗口［ｔ０，ｔｎ］的开始时刻ｔ０为观测开始时刻，将卫星执行当前任务的姿态机动动作以及观测动作写入卫星动作序列，转步骤（７）；（９）输出卫星动作序列，作为任务调度的结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王抒雁，杨芳，阎诚，赵键，谢松，姚锋，廉振宇，
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