本发明涉及卫星搜索领域，具体涉及一种不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法及系统。
背景技术：
遥感卫星是利用星载的各种遥感器观测或搜索地面或海面的目标。由于遥感卫星对地观测具有覆盖地域广、持续时间长、不受空域、国界限制等优势，使其在海洋搜索、军事侦查等方面具有重要作用。
遥感卫星在执行观测任务的时候会收到常规任务和应急任务，其中应急任务以需要在完成期限内完成以及完成时间越早越好区别区别于常规任务，现有技术中，存在很多对应急任务的处理方案，但是现有技术在为应急任务筛选时间窗时均未充分考虑应急任务在执行时需要上注时间来完成相关任务序列的上注，也没有充分考虑应急任务需要在其完成期限内完成观测数据的下传，同时也没有充分考虑应急任务的应急性，需要越早完成越好，因此现有技术对于应急任务的处理存在很多的缺陷，使得应急任务的处理时效性不高。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法及系统，其能够以固定周期统筹决策规划与基于测控机会的局部调整规划相结合的应急任务规划一体化全流程，解决了应急任务不确定到达对任务规划的影响；考虑应急任务必须在指令上注后才能被观测，需要在地面站下传才能完成的实际约束，设计应急任务预处理方案，并满足应急任务的截止期需求。同时考虑应急任务越早完成越好特性，设计应急任务时间窗赋权重机制，保证应急任务尽快下传。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，提供了一种不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法，所述方法包括如下步骤：
获取第一预定时间段内的所有常规任务、第五预定时间段内的所有应急任务以及第二预定时间段内的所有应急任务；
获取在第三预定时间段内，每个所述常规任务在每个卫星上可见时间窗，获取在所述第三预定时间段内的每个卫星与测控站之间的上注时间窗，并将每个卫星的最早的上注时间窗的结束时间作为每个卫星的第一上注结束时间；其中，所述第一预定时间段的结束时间等于所述第三预定时间段的开始时间，所述第三预定时间段的持续时间为预先设定规划周期；
在每个所述常规任务在每个卫星上可见时间窗中，选取可见时间窗的开始时间晚于对应的卫星的第一上注结束时间的时间窗，得到每个常规任务的可用可见时间窗；
每个所述常规任务的所述可用可见时间窗的权重等于其对应的常规任务的权重；
获取在第四预定时间段内，每个所述应急任务在每个卫星上可见时间窗，获取在所述第四预定时间段内的每个卫星与测控站之间的上注时间窗，并将每个卫星的最早的上注时间窗的结束时间作为每个卫星的第二上注结束时间；其中，所述第四预定时间段的开始时间等于所述第二预定时间段或第五预定时间段的结束时间，所述第四预定时间段的结束时间等于所述第三预定时间段的结束时间；
在每个所述应急任务在每个卫星上可见时间窗中，选取可见时间窗的开始时间晚于对应的卫星的第二上注结束时间的时间窗，得到每个应急任务的备选可用可见时间窗；
获取在所述第四预定时间段内的每个卫星与地面站之间的下传时间窗，并选取结束时间早于每个应急任务的完成期限的下传时间窗，作为每个应急任务在每个卫星上的卫星上的备用下传时间窗，将每个应急任务在每个卫星上的最晚的备用下传时间窗的开始时间作为每个应急任务在每个卫星上的最晚观测期限；
在每个所述应急任务在每个卫星上备选可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于每个应急任务在对应的卫星的最晚观测期限的时间窗，得到每个应急任务的可用可见时间窗；
每个应急任务的每个所述可用可见时间窗的权重等于对应的应急任务的权重与每个所述可用可见时间窗的权重增量的和；所述权重增量根据对应的可用可见时间窗的第一时间段与第二时间段的商以及对应的应急任务的权重确定；其中所述第一时间段的开始时间为第一预定时间窗的结束时间，第一时间段的结束时间为所对应应急任务的截止时间，第二时间段为第一时间段的最大值；
所述第一预定时间窗为开始时间晚于或等于对应的可用可见时间窗的结束时间的、并且在对应的卫星上距离对应的可用可见时间窗最短的备用下传时间窗；
根据每个所述常规任务在每个卫星上的可用可见时间窗、每个所述常规任务的每个可用可见时间窗的权重、每个所述应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗以及每个所述应急任务的每个可用可见时间窗的权重为每个常规任务以及应急任务选定任务执行时间窗；
所述第一预定时间段、第二预定时间段以及第五预定时间段为进行任务规划的时间间隔，随着时间的推进，不断到达的任务在不同的第一预定时间段、第二预定时间段或第五预定时间段内进行规划。
进一步地，所述方法利用如下公式计算所述权重增量：
式中，δw表示所述权重增量，β表示预定比例系数，δt表示所述第一时间段的时间长度，δtmax表示所述第二时间段的时间长度，we表示应急任务的权重。
进一步地，所述方法还包括如下步骤：
设置若干个统筹规划决策时刻，任意两个相邻的所述统筹规划决策时刻时间的时间长度均相同；
设置若干个应急调度决策时刻，其中所述应急调度决策时刻为每个卫星与测控站之间的每个上注时间窗的开始时间；
在每个统筹规划决策时刻，判断是否存在大于或等于预定数量的预定任务；若存在大于或等于预定数量的预定任务，则确定第一预定时间段为当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段，确定所述第五预定时间段为当前统筹规划决策时刻与上一个统筹规划决策时刻之前的最后一个应急调度决策时刻之间的时间段，并触发所述获取第一预定时间段内的所有常规任务以及第五预定时间段内的所有应急任务的操作；其中所述预定任务包括已规划未执行的常规任务、已规划未执行的应急任务、未规划的常规任务、未规划的应急任务、当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段内收到的常规任务以及当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段内收到的应急任务；
在每个所述应急调度决策时刻，确定位于当前应急调度决策时刻之前、并且与当前应急调度决策时刻最近的统筹规划决策时刻，得到参考时刻；判断所述参考时刻是否早于当前应急调度决策时刻的前一个应急调度决策时刻，若是，则确定所述第二预定时间段为当前应急调度决策时刻与前一个应急调度决策时刻之间的时间段；若所述参考时刻晚于当前应急调度决策时刻的前一个应急调度决策时刻，则确定所述第二预定时间段为对应的所述参考时刻与当前应急调度决策时刻时间的时间段；判断在所述第二预定时间段内是否收到紧急任务，若是则触发所述获取第二预定时间段内的所有应急任务的操作。
进一步地，所述方法在所述第二预定时间段内收到紧急任务时，利用如下步骤为每个应急任务选定任务执行时间窗：
获取在所述第二预定时间段内收到的所有应急任务；
按照应急任务的任务优先度priority从大到小为该第二预定时间段内收到的所有应急任务进行排序；
所述应急任务的优先度由以下步骤确定：
对应急任务的权重wi、完成期限dt和筛选后的剩余时间窗个数
根据以下公式，利用标准化处理后的应急任务的权重wi、完成期限dt和筛选后的剩余时间窗个数
其中rd、rn为比例系数；
将每个应急任务的所有可用可见时间窗，分别按照可用可见时间窗的权重从大到小的顺序进行排序，得到若干个应急任务可用时间窗集合；
按应急任务排序的顺序选取第一个应急任务对应的所述应急任务可用时间窗集合中的第一个可用可见时间窗，得到待插入时间窗；
判断任务规划序列中是否能够插入所述待插入时间窗，若能够插入，则将所述待插入时间窗插入到所述任务规划序列，并将所述待插入时间窗作为当前应急任务的执行时间窗；若任务规划序列中是不能插入所述待插入时间窗，则将所述待插入时间窗更新为所述应急任务可用时间窗集合中的第二个可用可见时间窗，并判断任务规划序列中是否能够插入更新后的待插入时间窗，若能够插入，则将更新后的待插入时间窗插入到所述任务规划序列，并将更新后的待插入时间窗作为当前应急任务的执行时间窗；若任务规划序列中是不能插入更新后的待插入时间窗，则所述待插入时间窗更新为所述应急任务可用时间窗集合中的第三个可用可见时间窗，直到更新所述待插入时间窗为所述应急任务可用时间窗集合中的最后一个可用可见时间窗，若任务规划序列中不能插入更新后的待插入时间窗，则计算当前应急任务的每一个可用可见时间窗的权重与所述任务规划序列中每个冲突时间窗的权重的差值，删除最小的差值对应的冲突时间窗，将对应的可用可见时间窗插入到所述任务规划序列中，并将对应的可用可见时间窗作为当前应急任务的执行时间窗，判断冲突任务是否有其他时间窗可以插入，如果有则插入，没有则结束。
进一步地，所述方法在所述存在大于或等于预定数量的预定任务时，利用如下步骤为每个应急任务和/或每个常规任务选定任务执行时间窗：
获取第一预定时间段内的所有常规任务、第五预定时间段内的所有应急任务；
利用精确算法，以完成任务总权重最大为目标为每个所述应急任务和/或每个常规任务选定任务执行时间窗。
第二方面，提供了一种不同调度机制的可变周期多星应急任务规划系统，所述系统包括：
任务获取模块，用于获取第一预定时间段内的所有常规任务、第五预定时间段内的所有应急任务以及第二预定时间段内的所有应急任务；
第一上注结束时间确定模块，用于获取在第三预定时间段内，每个所述常规任务在每个卫星上可见时间窗，获取在所述第三预定时间段内的每个卫星与测控站之间的上注时间窗，并将每个卫星的最早的上注时间窗的结束时间作为每个卫星的第一上注结束时间；其中，所述第一预定时间段的结束时间等于所述第三预定时间段的开始时间，所述第三预定时间段的持续时间为预先设定规划周期；
第一时间窗筛选模块，用于在每个所述常规任务在每个卫星上可见时间窗中，选取可见时间窗的开始时间晚于对应的卫星的第一上注结束时间的时间窗，得到每个常规任务的可用可见时间窗；
第一权重确定模块，用于每个所述常规任务的所述可用可见时间窗的权重等于其对应的常规任务的权重；
第二上注结束时间确定模块，用于获取在第四预定时间段内，每个所述应急任务在每个卫星上可见时间窗，获取在所述第四预定时间段内的每个卫星与测控站之间的上注时间窗，并将每个卫星的最早的上注时间窗的结束时间作为每个卫星的第二上注结束时间；其中，所述第四预定时间段的开始时间等于所述第二预定时间段或第五预定时间段的结束时间，所述第四预定时间段的结束时间等于所述第三预定时间段的结束时间；
第二时间窗筛选模块，用于在每个所述应急任务在每个卫星上可见时间窗中，选取可见时间窗的开始时间晚于对应的卫星的第二上注结束时间的时间窗，得到每个应急任务的备选可用可见时间窗；
最晚观测期限确定模块，用于获取在所述第四预定时间段内的每个卫星与地面站之间的下传时间窗，并选取结束时间早于每个应急任务的完成期限的下传时间窗，作为每个应急任务在每个卫星上的卫星上的备用下传时间窗，将每个应急任务在每个卫星上的最晚的备用下传时间窗的开始时间作为每个应急任务在每个卫星上的最晚观测期限；
第三时间窗筛选模块，用于在每个所述应急任务在每个卫星上备选可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于每个应急任务在对应的卫星的最晚观测期限的时间窗，得到每个应急任务的可用可见时间窗；
第二权重确定模块，用于每个应急任务的每个所述可用可见时间窗的权重等于对应的应急任务的权重与每个所述可用可见时间窗的权重增量的和；所述权重增量根据对应的可用可见时间窗的第一时间段与第二时间段的商以及对应的应急任务的权重确定；其中所述第一时间段的开始时间为第一预定时间窗的结束时间，第一时间段的结束时间为所对应应急任务的截止时间，第二时间段为第一时间段的最大值；所述第一预定时间窗为开始时间晚于或等于对应的可用可见时间窗的结束时间的、并且在对应的卫星上距离对应的可用可见时间窗最短的备用下传时间窗；
任务规划模块，用于根据每个所述常规任务在每个卫星上的可用可见时间窗、每个所述常规任务的每个可用可见时间窗的权重、每个所述应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗以及每个所述应急任务的每个可用可见时间窗的权重为每个常规任务以及应急任务选定任务执行时间窗；
所述第一预定时间段、第二预定时间段以及第五预定时间段为进行任务规划的时间间隔，随着时间的推进，不断到达的任务在不同的第一预定时间段、第二预定时间段或第五预定时间段内进行规划。
进一步地，所述第二权重确定模块利用如下公式计算所述权重增量：
式中，δw表示所述权重增量，β表示预定比例系数，δt表示所述第一时间段的时间长度，δtmax表示所述第二时间段的时间长度，we表示应急任务的权重。
进一步地，所述系统还包括：
第一时间设置模块，用于设置若干个统筹规划决策时刻，任意两个相邻的所述统筹规划决策时刻时间的时间长度均相同；
第二时间设置模块，用于设置若干个应急调度决策时刻，其中所述应急调度决策时刻为每个卫星与测控站之间的每个上注时间窗的开始时间；
第一时间确定模块，用于在每个统筹规划决策时刻，判断是否存在大于或等于预定数量的预定任务；若存在大于或等于预定数量的预定任务，则确定第一预定时间段为当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段，确定所述第五预定时间段为当前统筹规划决策时刻与上一个统筹规划决策时刻之前的最后一个应急调度决策时刻之间的时间段，并触发所述获取第一预定时间段内的所有常规任务以及第五预定时间段内的所有应急任务的操作；其中所述预定任务包括已规划未执行的常规任务、已规划未执行的应急任务、未规划的常规任务、未规划的应急任务、当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段内收到的常规任务以及当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段内收到的应急任务；
第二时间确定模块，用于在每个所述应急调度决策时刻，确定位于当前应急调度决策时刻之前、并且与当前应急调度决策时刻最近的统筹规划决策时刻，得到参考时刻；判断所述参考时刻是否早于当前应急调度决策时刻的前一个应急调度决策时刻，若是，则确定所述第二预定时间段为当前应急调度决策时刻与前一个应急调度决策时刻之间的时间段；若所述参考时刻晚于当前应急调度决策时刻的前一个应急调度决策时刻，则确定所述第二预定时间段为对应的所述参考时刻与当前应急调度决策时刻时间的时间段；判断在所述第二预定时间段内是否收到紧急任务，若是则触发所述获取第二预定时间段内的所有应急任务的操作。
进一步地，所述系统还包括：
任务排序模块，用于按照应急任务的任务优先度priority从大到小为该第二预定时间段内收到的所有应急任务进行排序；
优先度计算模块，用于利用如下步骤计算所述应急任务的优先度：
对应急任务的权重wi、完成期限dt和筛选后的剩余时间窗个数
根据以下公式，利用标准化处理后的应急任务的权重wi、完成期限dt和筛选后的剩余时间窗个数
其中rd、rn为比例系数；
时间窗排序模块，用于将每个应急任务的所有可用可见时间窗，分别按照可用可见时间窗的权重从大到小的顺序进行排序，得到若干个应急任务可用时间窗集合；
待插入时间窗确定模块，用于按应急任务排序的顺序选取第一个应急任务对应的所述应急任务可用时间窗集合中的第一个可用可见时间窗，得到待插入时间窗；
所述任务规划模块还用于判断任务规划序列中是否能够插入所述待插入时间窗，若能够插入，则将所述待插入时间窗插入到所述任务规划序列，并将所述待插入时间窗作为当前应急任务的执行时间窗；若任务规划序列中是不能插入所述待插入时间窗，则将所述待插入时间窗更新为所述应急任务可用时间窗集合中的第二个可用可见时间窗，并判断任务规划序列中是否能够插入更新后的待插入时间窗，若能够插入，则将更新后的待插入时间窗插入到所述任务规划序列，并将更新后的待插入时间窗作为当前应急任务的执行时间窗；若任务规划序列中是不能插入更新后的待插入时间窗，则所述待插入时间窗更新为所述应急任务可用时间窗集合中的第三个可用可见时间窗，直到更新所述待插入时间窗为所述应急任务可用时间窗集合中的最后一个可用可见时间窗，若任务规划序列中不能插入更新后的待插入时间窗，则计算当前应急任务的每一个可用可见时间窗的权重与所述任务规划序列中每个冲突时间窗的权重的差值，删除最小的差值对应的冲突时间窗，将对应的可用可见时间窗插入到所述任务规划序列中，并将对应的可用可见时间窗作为当前应急任务的执行时间窗，判断冲突任务是否有其他时间窗可以插入，如果有则插入，没有则结束。。
进一步地，所述系统还包括：在所述存在大于或等于预定数量的预定任务时：
所述任务获取模块还用于所述获取第一预定时间段内的所有常规任务、第五预定时间段内的所有应急任务；
所述任务规划模块还用于利用精确算法，以完成任务总权重最大为目标为每个所述应急任务和/或每个常规任务选定任务执行时间窗。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法及系统，其能够以固定周期统筹决策规划与基于测控机会的局部调整规划相结合的应急任务规划一体化全流程，解决了应急任务不确定到达对任务规划的影响；考虑应急任务必须在指令上注后才能被观测，需要在地面站下传才能完成的实际约束，设计应急任务预处理方案，并满足应急任务的截止期需求。同时考虑应急任务越早完成越好特性，设计应急任务时间窗赋权重机制，保证应急任务尽快下传。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法的流程图；
图2是本发明一个实施例的不同调度机制的可变周期多星应急任务规划系统的框图；
图3是本发明一个实施例中驱动模式设置示意图；
图4是本发明一个实施例中驱动模式中固定周期规划示意图；
图5是本发明一个实施例中驱动模式中局部调整规划示意图；
图6是本发明一个实施例中时间窗筛选示意图；
图7是本发明一个实施例中第一时间段和第二时间段确定示意图；
图8是本发明一个实施例中任务分类示意图；
图9是本发明一个实施例中不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法输入输出示意图；
图10是本发明一个实施例中不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面首先对本发明实施例需要用到的一些参数以及方法步骤进行说明。
应急任务规划中任务的元素集合可以用五元组来表示：{at；dt；class；tw；w}，其中，应急任务的权重表示为w，应急任务的类别表示为class，应急任务到达时间表示为at，应急任务截止时间表示为dt，应急任务时间窗表示为tw。
应急任务集合表示为e,应急任务数量表示为ne；常规任务集合表示为j，常规任务数表示为nj；总任务集合表示为i＝e∪u；卫星集合表示为s，卫星数量表示为ns；测控机会集合表示为f，数传机会集合表示为g，任务可行时间窗集合表示为twi＝{[wsi,wei]|i∈i}，卫星s对任务i的时间窗个数表示为
决策变量
本发明实施例中以完成任务的总权重最大为目标函数，建立面向整体流程的应急任务规划的数学模型：
对于应急任务动态到达的不确定性因素，还应该考虑应急任务对原规划系统的影响，将原规划系统中任务状态的改变称为扰动，其测度表示δdisturbi，当应急任务i未发生改变时，δdisturbi取0，当应急任务i的观测时间窗发生改变时，δdisturbi取1，当应急任务i从规划列表中删除，δdisturbi取2。考虑应急任务动态到达对原系统任务序列的影响，应满足最小化扰动的目标函数：
minδdisturbi
基于以上方法，本实施例提供了一种不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
100、获取第一预定时间段内的所有常规任务、第五预定时间段内的所有应急任务以及第二预定时间段内的所有应急任务；
110、获取在第三预定时间段内，每个所述常规任务在每个卫星上可见时间窗，获取在所述第三预定时间段内的每个卫星与测控站之间的上注时间窗，并将每个卫星的最早的上注时间窗的结束时间作为每个卫星的第一上注结束时间；其中，所述第一预定时间段的结束时间等于所述第三预定时间段的开始时间，所述第三预定时间段的持续时间为预先设定规划周期；
120、在每个所述常规任务在每个卫星上可见时间窗中，选取可见时间窗的开始时间晚于对应的卫星的第一上注结束时间的时间窗，得到每个常规任务的可用可见时间窗；
每个所述常规任务的所述可用可见时间窗的权重等于其对应的常规任务的权重；
130、获取在第四预定时间段内，每个所述应急任务在每个卫星上可见时间窗，获取在所述第四预定时间段内的每个卫星与测控站之间的上注时间窗，并将每个卫星的最早的上注时间窗的结束时间作为每个卫星的第二上注结束时间；其中，所述第四预定时间段的开始时间等于所述第二预定时间段或第五预定时间段的结束时间，所述第四预定时间段的结束时间等于所述第三预定时间段的结束时间；
140、在每个所述应急任务在每个卫星上可见时间窗中，选取可见时间窗的开始时间晚于对应的卫星的第二上注结束时间的时间窗，得到每个应急任务的备选可用可见时间窗；
150、获取在所述第四预定时间段内的每个卫星与地面站之间的下传时间窗，并选取结束时间早于每个应急任务的完成期限的下传时间窗，作为每个应急任务在每个卫星上的卫星上的备用下传时间窗，将每个应急任务在每个卫星上的最晚的备用下传时间窗的开始时间作为每个应急任务在每个卫星上的最晚观测期限；
160、在每个所述应急任务在每个卫星上备选可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于每个应急任务在对应的卫星的最晚观测期限的时间窗，得到每个应急任务的可用可见时间窗；
170、每个应急任务的每个所述可用可见时间窗的权重等于对应的应急任务的权重与每个所述可用可见时间窗的权重增量的和；所述权重增量根据对应的可用可见时间窗的第一时间段与第二时间段的商以及对应的应急任务的权重确定；其中所述第一时间段的开始时间为第一预定时间窗的结束时间，第一时间段的结束时间为所对应应急任务的截止时间，第二时间段为第一时间段的最大值；
180、所述第一预定时间窗为开始时间晚于或等于对应的可用可见时间窗的结束时间的、并且在对应的卫星上距离对应的可用可见时间窗最短的备用下传时间窗；
190、根据每个所述常规任务在每个卫星上的可用可见时间窗、每个所述常规任务的每个可用可见时间窗的权重、每个所述应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗以及每个所述应急任务的每个可用可见时间窗的权重为每个常规任务以及应急任务选定任务执行时间窗；
所述第一预定时间段、第二预定时间段以及第五预定时间段为进行任务规划的时间间隔，随着时间的推进，不断到达的任务在不同的第一预定时间段、第二预定时间段或第五预定时间段内进行规划。
本实施例考虑应急任务越早完成越好特性，设计应急任务时间窗赋权重机制，保证应急任务尽快下传。
本实施例中，不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法利用如下公式计算所述权重增量：
式中，δw表示所述权重增量，β表示预定比例系数，δt表示所述第一时间段的时间长度，δtmax表示所述第二时间段的时间长度，we表示应急任务的权重。
在一个实施例中，不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法还包括如下步骤：
210、设置若干个统筹规划决策时刻，任意两个相邻的所述统筹规划决策时刻时间的时间长度均相同；
220、设置若干个应急调度决策时刻，其中所述应急调度决策时刻为每个卫星与测控站之间的每个上注时间窗的开始时间；
230、在每个统筹规划决策时刻，判断是否存在大于或等于预定数量的预定任务；若存在大于或等于预定数量的预定任务，则确定第一预定时间段为当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段，确定所述第五预定时间段为当前统筹规划决策时刻与上一个统筹规划决策时刻之前的最后一个应急调度决策时刻之间的时间段，并触发所述获取第一预定时间段内的所有常规任务以及第五预定时间段内的所有应急任务的操作；其中所述预定任务包括已规划未执行的常规任务、已规划未执行的应急任务、未规划的常规任务、未规划的应急任务、当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段内收到的常规任务以及当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段内收到的应急任务；
240、在每个所述应急调度决策时刻，确定位于当前应急调度决策时刻之前、并且与当前应急调度决策时刻最近的统筹规划决策时刻，得到参考时刻；判断所述参考时刻是否早于当前应急调度决策时刻的前一个应急调度决策时刻，若是，则确定所述第二预定时间段为当前应急调度决策时刻与前一个应急调度决策时刻之间的时间段；若所述参考时刻晚于当前应急调度决策时刻的前一个应急调度决策时刻，则确定所述第二预定时间段为对应的所述参考时刻与当前应急调度决策时刻时间的时间段；判断在所述第二预定时间段内是否收到紧急任务，若是则触发所述获取第二预定时间段内的所有应急任务的操作。
本实施例具体公开了如何设置第一预定时间段、第二预定时间段以及第五预定时间段，即限定了在哪些时间段内获取常规任务和应急任务，随着时间的推移，获取另外对应的时间段内的常规任务和应急任务，这种处理方式可以看作是利用滚动优化策略，具体可以为：
把任务按照到达时间划分为具有一定重叠度，但随着调度时刻不断向前推进的任务集合，称为滚动窗口。在每次调度时，仅对当前滚动窗口内的任务进行规划(即只是获取和处理预定时间段内的常规任务和应急任务)。随着调度时刻的推进，新任务被不断加入，而完成调度的任务则被逐渐删除，从而实现滚动窗口的更新。
rho策略的优点是能够将复杂的动态调度问题分解为多个简单的静态调度子问题，并以子问题有化解的组合代替原问题的最优解，从而降低预案问题求解的难度。以滚动推进的形式选择动态任务进行调度或者重调度，可及时调整规划方案以适应和跟踪系统状态的变化。此外，由于在每一次滚动周期内都需要进行一次规划，规划可采用智能算法、精确算法和启发式算法。
本实施例在实际的应急任务规划流程中常规任务和应急任务不断动态到达系统的情况，设计测控窗口的滚动优化策略，设计合理的规划模式将周期内任务排程结果作为反馈输入到后续的滚动窗口，在滚动窗口中以最大化任务权重和最大化完成任务数量为优化目标，通过在线循环进行的滚动优化和状态反馈构成闭环控制系统。
本实施例中，在满足预定条件时，触发获取预定时间段内的常规任务以及应急任务的操作，并执行对常规任务以及应急任务的进行时间窗筛选。本实施例设计了驱动模式，即决定了系统在何时进行任务规划，合理的驱动模式是滚动优化策略的关键。为了解决应急任务的动态到达问题以及测控站指令上注动作对于任务规划的影响，本实施例以固定周期统筹规划与基于测控机会的局部调整规划相结合的驱动模式。如图3所示，调度时刻tk对所有待规划任务资源上的任务进行统一规划，该固定周期的统筹规划主要用以解决大批量、分时段到达的常规任务规划以及在周期内到达的应急任务，在而调度时刻pi设计基于测控机会的局部调整规划用以解决在测控机会前动态到达的应急任务。
基于固定周期的决策统筹规划是解决批量到达的常规任务和应急任务的统筹性方法，具体地，如4图所示，针对应急任务到达的不确定性，基于step步长的统筹决策规划点，每个决策点对上次规划的任务完成情况和本此规划需要规划任务情况进行分析判断，当需要规划的新到达任务以及未规划任务的规模(包括常规任务和应急任务)达到一定数量时，即对所有待调度的卫星资源进行周期为period的任务规划，以最大化规划任务权重为目标，从而保证了应急任务规划的统筹性和全局性。
基于测控窗口的局部调整规划，用来解决每一次测控机会上注前距上次固定时刻统筹调度间到达的应急任务，如图5所示，在每个pi时刻，即在tk次调度中的规划周期period内的测控机会前进行判断决策，当有新的应急任务到达时，即对原规划序列φ进行局部调整，将新到达的应急任务插入形成新的规划方案上注，以最小化原规划方案扰动为目标，从而保证了解决不确定到达应急任务规划的灵活性。
本实施例中，对已规划未执行的常规任务、已规划未执行的应急任务、未规划的常规任务、未规划的应急任务的能够任务的分类具体包括如下步骤：
如图8所示，由于滚动优化需要对不断到达的任务进行多次规划，因此在每次规划时，任务状态都会发生改变。在每一次统筹规划决策时刻，根据任务状态再将任务划分为已完成观测任务finishtask、正在执行观测任务executetask、已规划任务plantask和新到达任务arrivaltask。判断条件如下：在统筹规划决策时刻tk，对
在一个实施例中，不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法在所述第二预定时间段内收到紧急任务时，利用如下步骤为每个应急任务选定任务执行时间窗：
310、获取在所述第二预定时间段内收到的所有应急任务；
320、按照应急任务的任务优先度priority从大到小为该第二预定时间段内收到的所有应急任务进行排序；
330、所述应急任务的优先度由以下步骤确定：
340、对应急任务的权重wi、完成期限dt和筛选后的剩余时间窗个数
350、根据以下公式，利用标准化处理后的应急任务的权重wi、完成期限dt和筛选后的剩余时间窗个数
其中rd、rn为比例系数；
360、将每个应急任务的所有可用可见时间窗，分别按照可用可见时间窗的权重从大到小的顺序进行排序，得到若干个应急任务可用时间窗集合；
370、按应急任务排序的顺序选取第一个应急任务对应的所述应急任务可用时间窗集合中的第一个可用可见时间窗，得到待插入时间窗；
380、判断任务规划序列中是否能够插入所述待插入时间窗，若能够插入，则将所述待插入时间窗插入到所述任务规划序列，并将所述待插入时间窗作为当前应急任务的执行时间窗；若任务规划序列中是不能插入所述待插入时间窗，则将所述待插入时间窗更新为所述应急任务可用时间窗集合中的第二个可用可见时间窗，并判断任务规划序列中是否能够插入更新后的待插入时间窗，若能够插入，则将更新后的待插入时间窗插入到所述任务规划序列，并将更新后的待插入时间窗作为当前应急任务的执行时间窗；若任务规划序列中是不能插入更新后的待插入时间窗，则所述待插入时间窗更新为所述应急任务可用时间窗集合中的第三个可用可见时间窗，直到更新所述待插入时间窗为所述应急任务可用时间窗集合中的最后一个可用可见时间窗，若任务规划序列中不能插入更新后的待插入时间窗，则计算当前应急任务的每一个可用可见时间窗的权重与所述任务规划序列中每个冲突时间窗的权重的差值，删除最小的差值对应的冲突时间窗，将对应的可用可见时间窗插入到所述任务规划序列中，并将对应的可用可见时间窗作为当前应急任务的执行时间窗，判断冲突任务是否有其他时间窗可以插入，如果有则插入，没有则结束。
在一个实施例中，不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法在所述存在大于或等于预定数量的预定任务时，利用如下步骤为每个应急任务和/或每个常规任务选定任务执行时间窗：
410、获取第一预定时间段内的所有常规任务、第五预定时间段内的所有应急任务；
420、利用精确算法，以完成任务总权重最大为目标为每个所述应急任务和/或每个常规任务选定任务执行时间窗。
下面通过一个实施例对时间窗筛选以及时间窗赋予权重的过程以及原理进行详细说明。
在进行任务规划前，考虑测控机会f(即上注时间窗)和数传机会g(即下传时间窗)对任务规划的影响，在每次调度前对需要进行任务规划的任务进行任务预处理，主要通过任务i的at、dt属性和测控机会f以及数传机会g之间的时间维度顺序对任务i的twi＝{[wsi,wei]|i∈i}进行条件筛选。
如图6所示，常规任务的可用窗应该在到达时间之后atj≤wsj，于此同时，由于任务必须要在指令上注后才能由卫星观测执行，因此任务在每颗卫星的观测时间窗twj必须在离规划时刻最近测控窗口之后，即满足
对于常规任务来说，不需要考虑任务完成截止时间，因此后面的四个时间窗都应该保留从而进入规划。而对于应急任务来说，任务e需要在截止时间dte前完成，即首先满足ate≤wse≤wee≤dte，其次由于应急任务的紧急性需求，应急任务需要在截止时间前下传，即满足
同时为满足应急任务的紧迫性需求，应急任务应越早下传越好，对应急任务时间窗赋值机制对初步筛选的时间窗进行权重赋值，对应急任务已筛选时间窗对应的每颗卫星上的下传地面站排序，地面站的时间窗结束时间越早，则地面站所属卫星上的应急任务时间窗权重越高，同一个地面站下传的时间窗权重相同。赋值公式如下：
其中
其中β为比例系数，δtmax为下传时间窗结束时间的最大差值。
下面在通过一个具体的实施例对本发明的不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法进行说明。
本实施例针对固定周期的统筹规划采用精确算法求解，而基于测控站的局部调整则采用插入-替换-插入的启发式求算算法精确算法适用于较多任务的整体规划，其中插入-替换-插入的启发式求算算法适用于小规模任务的原规划方案局部调整。为了兼顾全局统筹规划和任务及时性要求，在任务规划过程中首先采用精确算法进行任务统筹规划，然后选择启发式算法进行任务分布规划，从而快速实现应急任务规划的滚动优化。本实施例的输入输出如9图所示，包括：
在每个tk时刻进行全局规划，本实施例使用ilogcplex以完成任务的总权重最大为目标函数对应急任务规划固定周期的任务进行统筹规划求解，从而生成任务调度方案。
在每个pi对应急任务进行原规划序列的局部修订，即针对应急任务的局部修订设计采用插入-替换-插入的启发式算法，启发式规则为：
(1)完成任务权重增加：应急任务插入后，总体权重必须保证增大；(2)扰动测度小：应急任务的插入应尽量保证对原规划序列扰动小；(3)应急任务越早完成越好：应急任务应保证在截止期前完成观测并尽快下传到地面站。
如图10所示，本实施例的不同调度机制的可变周期多星应急任务规划方法包括如下步骤：
步骤1：初始化，确定算法参数tk，step，period，pi
步骤2：t0时刻采用精确算法对所有任务进行规划形成初始规划方案；
步骤3：判断tk与tk-1之间是否有大量任务(常规任务和/或应急任务)到达，如果是，转步骤4；如果否，转步骤7；
步骤4：采用精确算法对到达应急任务以及常规任务进行统筹规划，形成新规划方案；
步骤5：每个pi前是否有新的应急任务到达，如果是，转步骤6；如果否，转步骤7；
步骤6：采用启发式算法将应急任务调整到规划序列中，形成新规划方案；
步骤7：执行规划方案。
其中启发式算法具体包括如下步骤：
step1：将到达的应急任务按照权重降序排序；
step2：遍历原规划序列φ中所有已规划任务时间窗，从权重最高的应急任务的最高权重时间窗开始，按时间窗权重降序遍历任务时间窗依次判断是否可以插入，如果有时间窗可以插入，进入step3；如果没有，进入step4；
step3：依次将剩余任务按照时间窗权重从高到低插入，重复step2，直至所有应急任务插入；
step4：计算应急任务时间窗权重与冲突时间窗权重的差值，选择差值最小的冲突时间窗进行替换；
step5：判断冲突任务是否有其他时间窗可以插入，如果有则插入，没有则结束。
本发明的上述实施例将长时域的任务规划窗口分解为一系列紧密衔接的滚动规划窗口，针对任务不确定到达特性设计以固定周期统筹决策规划与基于测控机会的局部调整规划相结合的应急任务规划框架，以解决应急任务的不确定性和时效性为目标，研究多星应急任务规划。本发明的上述实施例考虑应急任务必须在指令上注后才能被观测，需要在地面站下传才能完成的实际约束，设计应急任务预处理模块，并满足应急任务的截止期需求。同时考虑应急任务越早完成越好特性，设计应急任务时间窗赋值机制，保证应急任务尽快下传。本发明的上述实施例设计精确算法与启发式算法相结合的算法框架用以解决不同规划时刻的卫星任务排程。
对应于上述实施例的方法，本发明还公开了一种不同调度机制的可变周期多星应急任务规划系统，如图2所示，所述系统包括：
任务获取模块，用于获取第一预定时间段内的所有常规任务、第五预定时间段内的所有应急任务以及第二预定时间段内的所有应急任务；
第一上注结束时间确定模块，用于获取在第三预定时间段内，每个所述常规任务在每个卫星上可见时间窗，获取在所述第三预定时间段内的每个卫星与测控站之间的上注时间窗，并将每个卫星的最早的上注时间窗的结束时间作为每个卫星的第一上注结束时间；其中，所述第一预定时间段的结束时间等于所述第三预定时间段的开始时间，所述第三预定时间段的持续时间为预先设定规划周期；
第一时间窗筛选模块，用于在每个所述常规任务在每个卫星上可见时间窗中，选取可见时间窗的开始时间晚于对应的卫星的第一上注结束时间的时间窗，得到每个常规任务的可用可见时间窗；
第一权重确定模块，用于每个所述常规任务的所述可用可见时间窗的权重等于其对应的常规任务的权重；
第二上注结束时间确定模块，用于获取在第四预定时间段内，每个所述应急任务在每个卫星上可见时间窗，获取在所述第四预定时间段内的每个卫星与测控站之间的上注时间窗，并将每个卫星的最早的上注时间窗的结束时间作为每个卫星的第二上注结束时间；其中，所述第四预定时间段的开始时间等于所述第二预定时间段或第五预定时间段的结束时间，所述第四预定时间段的结束时间等于所述第三预定时间段的结束时间；
第二时间窗筛选模块，用于在每个所述应急任务在每个卫星上可见时间窗中，选取可见时间窗的开始时间晚于对应的卫星的第二上注结束时间的时间窗，得到每个应急任务的备选可用可见时间窗；
最晚观测期限确定模块，用于获取在所述第四预定时间段内的每个卫星与地面站之间的下传时间窗，并选取结束时间早于每个应急任务的完成期限的下传时间窗，作为每个应急任务在每个卫星上的卫星上的备用下传时间窗，将每个应急任务在每个卫星上的最晚的备用下传时间窗的开始时间作为每个应急任务在每个卫星上的最晚观测期限；
第三时间窗筛选模块，用于在每个所述应急任务在每个卫星上备选可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于每个应急任务在对应的卫星的最晚观测期限的时间窗，得到每个应急任务的可用可见时间窗；
第二权重确定模块，用于每个应急任务的每个所述可用可见时间窗的权重等于对应的应急任务的权重与每个所述可用可见时间窗的权重增量的和；所述权重增量根据对应的可用可见时间窗的第一时间段与第二时间段的商以及对应的应急任务的权重确定；其中所述第一时间段的开始时间为第一预定时间窗的结束时间，第一时间段的结束时间为所对应应急任务的截止时间，第二时间段为第一时间段的最大值；所述第一预定时间窗为开始时间晚于或等于对应的可用可见时间窗的结束时间的、并且在对应的卫星上距离对应的可用可见时间窗最短的备用下传时间窗；
任务规划模块，用于根据每个所述常规任务在每个卫星上的可用可见时间窗、每个所述常规任务的每个可用可见时间窗的权重、每个所述应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗以及每个所述应急任务的每个可用可见时间窗的权重为每个常规任务以及应急任务选定任务执行时间窗；
所述第一预定时间段、第二预定时间段以及第五预定时间段为进行任务规划的时间间隔，随着时间的推进，不断到达的任务在不同的第一预定时间段、第二预定时间段或第五预定时间段内进行规划。。
所述第二权重确定模块利用如下公式计算所述权重增量：
式中，δw表示所述权重增量，β表示预定比例系数，δt表示所述第一时间段的时间长度，δtmax表示所述第二时间段的时间长度，we表示应急任务的权重。
在一个实施例中，不同调度机制的可变周期多星应急任务规划系统还包括：
第一时间设置模块，用于设置若干个统筹规划决策时刻，任意两个相邻的所述统筹规划决策时刻时间的时间长度均相同；
第二时间设置模块，用于设置若干个应急调度决策时刻，其中所述应急调度决策时刻为每个卫星与测控站之间的每个上注时间窗的开始时间；
第一时间确定模块，用于在每个统筹规划决策时刻，判断是否存在大于或等于预定数量的预定任务；若存在大于或等于预定数量的预定任务，则确定第一预定时间段为当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段，确定所述第五预定时间段为当前统筹规划决策时刻与上一个统筹规划决策时刻之前的最后一个应急调度决策时刻之间的时间段，并触发所述获取第一预定时间段内的所有常规任务以及第五预定时间段内的所有应急任务的操作；其中所述预定任务包括已规划未执行的常规任务、已规划未执行的应急任务、未规划的常规任务、未规划的应急任务、当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段内收到的常规任务以及当前统筹规划决策时刻与前一个统筹规划决策时刻之间的时间段内收到的应急任务；
第二时间确定模块，用于在每个所述应急调度决策时刻，确定位于当前应急调度决策时刻之前、并且与当前应急调度决策时刻最近的统筹规划决策时刻，得到参考时刻；判断所述参考时刻是否早于当前应急调度决策时刻的前一个应急调度决策时刻，若是，则确定所述第二预定时间段为当前应急调度决策时刻与前一个应急调度决策时刻之间的时间段；若所述参考时刻晚于当前应急调度决策时刻的前一个应急调度决策时刻，则确定所述第二预定时间段为对应的所述参考时刻与当前应急调度决策时刻时间的时间段；判断在所述第二预定时间段内是否收到紧急任务，若是则触发所述获取第二预定时间段内的所有应急任务的操作。
在一个实施例中，不同调度机制的可变周期多星应急任务规划系统还包括：
任务排序模块，用于按照应急任务的任务优先度priority从大到小为该第二预定时间段内收到的所有应急任务进行排序；
优先度计算模块，用于利用如下步骤计算所述应急任务的优先度：
对应急任务的权重wi、完成期限dt和筛选后的剩余时间窗个数
根据以下公式，利用标准化处理后的应急任务的权重wi、完成期限dt和筛选后的剩余时间窗个数
其中rd、rn为比例系数；
时间窗排序模块，用于将每个应急任务的所有可用可见时间窗，分别按照可用可见时间窗的权重从大到小的顺序进行排序，得到若干个应急任务可用时间窗集合；
待插入时间窗确定模块，用于按应急任务排序的顺序选取第一个应急任务对应的所述应急任务可用时间窗集合中的第一个可用可见时间窗，得到待插入时间窗；
所述任务规划模块还用于判断任务规划序列中是否能够插入所述待插入时间窗，若能够插入，则将所述待插入时间窗插入到所述任务规划序列，并将所述待插入时间窗作为当前应急任务的执行时间窗；若任务规划序列中是不能插入所述待插入时间窗，则将所述待插入时间窗更新为所述应急任务可用时间窗集合中的第二个可用可见时间窗，并判断任务规划序列中是否能够插入更新后的待插入时间窗，若能够插入，则将更新后的待插入时间窗插入到所述任务规划序列，并将更新后的待插入时间窗作为当前应急任务的执行时间窗；若任务规划序列中是不能插入更新后的待插入时间窗，则所述待插入时间窗更新为所述应急任务可用时间窗集合中的第三个可用可见时间窗，直到更新所述待插入时间窗为所述应急任务可用时间窗集合中的最后一个可用可见时间窗，若任务规划序列中不能插入更新后的待插入时间窗，则计算当前应急任务的每一个可用可见时间窗的权重与所述任务规划序列中每个冲突时间窗的权重的差值，删除最小的差值对应的冲突时间窗，将对应的可用可见时间窗插入到所述任务规划序列中，并将对应的可用可见时间窗作为当前应急任务的执行时间窗，判断冲突任务是否有其他时间窗可以插入，如果有则插入，没有则结束。。
在一个实施例中，不同调度机制的可变周期多星应急任务规划系统还包括：在所述存在大于或等于预定数量的预定任务时：
所述任务获取模块还用于所述获取第一预定时间段内的所有常规任务、第五预定时间段内的所有应急任务；
所述任务规划模块还用于利用精确算法，以完成任务总权重最大为目标为每个所述应急任务和/或每个常规任务选定任务执行时间窗
本发明实施例中的系统是与本发明实施例中的方法对应的产品，本发明实施例中的方法的每一个步骤均由本发明实施例中的系统的部件完成，因此对于相同的部分不再进行赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。