一种用于解决面向成像卫星的时间依赖型调度问题的算法
【专利摘要】本发明涉及一种用于解决面向成像卫星的时间依赖型调度问题的算法，面向成像卫星的时间依赖型调度问题是对传统卫星调度问题的扩展，本发明针对任务收益与成像时刻之间的时间依赖关系对问题进行建模，提出了求解该问题的启发式算法。本发明在传统卫星调度问题中加入对时间依赖的考虑可以提高成像质量，降低产生无用产品的可能性，而且提出的启发式算法的求解效果要优于IBM公司约束规划算法引擎ILOG?CP?Optimizer。
【专利说明】-种用于解决面向成像卫星的时间依赖型调度问题的算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于解决面向成像卫星的时间依赖型调度问题的算法。
【背景技术】
[0002] 成像卫星是一类用于从太空中获取地面遥感信息的对地观测卫星，可以根据用 户需求实时、快速地获取有价值的地面数据，具有覆盖区域广、运行时间长、不受国界和空 域限制等优势，已逐渐成为各领域获取地面信息的重要手段。随着"高分辨率对地观测系 统"、"载人航天与探月工程"等国家重大专项的相继展开，用户对成像卫星的需求不再仅 仅是"量"的增长，而是追求"质"的提升。这种需求的转变使得成像质量与成像时刻之间 的这种时间依赖关系变得越来越明显，时间依赖问题日益突出，因此研究成像卫星时间 依赖型调度问题更具有现实意义。
[0003] 成像卫星时间依赖型调度问题与传统的成像卫星调度问题不同，后者被证明是 NP-hard问题，而前者比后者更加复杂，求解更为困难。所以针对后者的调度算法无法直 接应用于前者，必须探索新的求解算法。目前国内外关于成像卫星时间依赖型调度问题的 研究很少，但时间依赖型TSP (Traveling Salesman Problem,简称TSP)问题和时间依赖型 VRP(Vehicle Routing Problem)问题已经得到了很深入的研究。本实用新型在上述相关文 献的基础上从成像卫星时间依赖型调度问题的描述入手建立了问题的数学模型，采用启 发式算法对其进行优化求解，并通过具体的仿真实验验证了算法的有效性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是根据【背景技术】中存在的缺点和问题加以改进，提供一种能够提高 成像质量，降低产生无用产品的可能性，且求解效果好的用于解决面向成像卫星的时间依 赖型调度问题的算法。
[0005] 本发明的技术方案是提供一种用于解决面向成像卫星的时间依赖型调度问题的 算法，包括以下步骤： 步骤S101 :设定输入要素： 米用三兀组〈Satelliteltme, Stationltme, Taskltme〉来描述；其中 Satelliteltme, Stationltme, Taskltme分别表示卫星信息，地面站信息和任务信息； 步骤S102 :设定输出要素： 米用二兀组〈Observeltme, Transmissionltem〉来描述。其中 Observeltme, Transmissionltem分别表示观测调度方案属性和回传调度方案属性； 步骤S103 :设定任务的优化目标是使得完成成像并数传的任务累积收益最大，并设定 任务动态收益函数：
【权利要求】
1. 一种用于解决面向成像卫星的时间依赖型调度问题的算法，其特征在于：其包括以 下步骤： 步骤S101 :设定输入要素： 米用三兀组〈Satelliteltme, Stationltme, Taskltme〉来描述；其中 Satelliteltme, Stationltme, Taskltme分别表示卫星信息，地面站信息和任务信息； 步骤S102 :设定输出要素： 米用二兀组〈Observeltme, Transmissionltem〉来描述。其中 Observeltme, Transmissionltem分别表示观测调度方案属性和回传调度方案属性； 步骤S103 :设定任务的优化目标是使得完成成像并数传的任务累积收益最大，并设定 任务动态收益函数：
Wj是目标j的最大观测收益，j e j，J为观测任务集，t(l、t5为目标j在卫星圈次能被 观测的最早开始时刻和最晚开始时刻，每个观测时间窗口都被平均划分为5个时间段； 步骤S104 :设定任务的求解算法的框架： 采用启发式方法构建算法框架，该算法框架由任务存取模块、预处理模块、观测活动确 定模块、约束检查模块、回传活动确定模块、时间窗口维护模块和收益计算及方案生成模块 构成； 所述任务存取模块，主要完成对卫星观测任务文件进行读取操作，并将任务信息转换 成指定格式进行存储，为其它模块操作提供数据支持； 所述预处理模块，依据排序规则对任务进行排序，并按照任务队列次序依次将任务信 息提交给观测活动确定模块； 所述观测活动确定模块，根据每个任务的可用观测时间窗口情况，选择任务的观测开 始时刻，并提交给约束检查模块，再根据约束检查模块的反馈结果确定任务的观测开始 时刻； 所述约束检查模块，根据任务的观测开始时刻计算卫星固存情况，判断任务观测开始 时刻是否合理，并将检查结果提交给观测活动确定模块和回传活动确定模块； 所述回传活动确定模块，根据当前任务的可用回传时间窗口情况，确定该任务的回传 开始时刻，并确保回传开始时刻必须在该任务观测结束时刻之后； 所述时间窗口维护模块，利用卫星的已用时间窗口对观测目标可用时间窗进行裁剪， 更新观测目标可用时间窗口信息； 所述收益计算及方案生成模块，根据任务动态收益函数h(t)确定每个任务的动态收 益，并计算当前方案的总收益，最终输出最优的观测调度方案和回传调度方案.另外，本 算法也可以不使用任务动态收益函数h(t)，而是将任务收益作为一个常量，不考虑时间 依赖问题。
【文档编号】G06Q10/04GK104063748SQ201410298315
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月28日 优先权日:2014年6月28日
【发明者】邢立宁, 刘嵩, 袁驵, 贺仁杰, 姚锋, 杨振宇, 刘晓路, 王沛, 张雪婷, 义余江, 李星, 朱剑冰, 郭坚, 汪路元 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学