一种测控数传箭遥一体化优化方法及系统与流程

本发明涉及卫星测控，更具体地说，本发明涉及一种测控数传箭遥一体化优化方法及系统。

背景技术：

1、随着我国航天事业的飞速发展，卫星逐渐转向商业化发展，卫星的商业化发展与其在军事化发展中存在的不同在于商业卫星没有条件支持大量设备，需要利用有限的设备完成不同的任务地面测控网的资源问题和高成本问题日益突出，实现测控数传箭遥一体化是解决上述问题的有效途径之一。

2、为实现卫星的商业化发展，卫星地面站需要简约的测控数传箭遥任务处理系统，以实现地面资源的利益最大化调动。

3、传统的卫星测控数传箭遥分别隶属于不同的系统，设计复杂、占用资源多，不利于与微小卫星集成化、简约化设计，但是测控任务、数传任务和箭遥任务虽然存在一定区别，但是三者的共性都是基于天线接收任务，因此具有一体化的重要前提，但是目前的卫星地面站不具备分时工作的能力，不能实现卫星测控、数据传输和火箭遥测任务的统一处理，在卫星地面中，卫星地面站中的设备资源有限，不能实现测控、数传、箭遥任务执行的利益最大化。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种测控数传箭遥一体化优化方法及系统，通过建立测控、数传、箭遥三者的资源调度模型，通过评估任务策略的价值获取最优的任务策略，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种测控数传箭遥一体化优化方法，如图1所示，包括测控任务、数传任务和箭遥任务的任务分配优化过程，所述任务分配包括下列步骤：

3、步骤s001、将任务集合记为r,所述任务包括火箭遥测任务、卫星测控任务、数传任务，每个任务前通过标识符号确定任务的类型、匹配天线、时间窗口；

4、步骤s002、基于每个任务的时间窗口和预期完成时间，获取任务的约束条件为yt；

5、步骤s003、获取每种任务与每种天线的匹配程度pij；

6、步骤s004、基于约束条件和粒子群算法，先随机生成n种任务分配策略，将处理方案视为粒子群算法模型的输入，确定种群位置和速度，基于约束条件进行迭代，获取最优的任务分配策略作为待执行任务策略；

7、步骤s005、执行任务策略，计算任务的完成率和任务策略收益率。

8、优选的，步骤s004中，所述粒子群算法中迭代过程中包括任务分配策略的评价单元，所述任务分配策略的评价单元用于评价任务策略的综合价值zp，包括下列步骤：

9、步骤s01、获取任务策略中每个任务的目标完成度，所述完成度wcd用于表示任务的目标完成度，用任务实际完成量比任务整体量；

10、步骤s02、找到每个任务在的任务分配策略中的历史最优评分g，设每个任务的全局历史最优为g1,g2,…，gn,获得每个任务在的任务分配策略中的评分ji，记为j1,j2,…，jn；

11、步骤s03、计算任务策略中每个任务距离历史最优的距离，获取每个任务分配中的综合得分，满足公式

12、步骤s04、设粒子群算法获取m个任务策略，将每个任务策略的综合价值记为zp1，zp2,…，zpm,取maxzpi为待执行任务策略。

13、优选的，所述完成度目标wcd包括数传任务、箭遥任务和测控任务的目标完成度，其中数传任务的目标完成度取值wcd为[0.1-1],计算方式且其中sc表示数传任务实际的完成量，sc0表示数传任务的目标完成量，t0表示数传任务最小的连接时间，ssc表示数传任务的传输距离，vsc表示数传任务的传输速度，箭遥任务和测控任务的目标完成度取值为[0,1]。

14、优选的，所述ji满足ji＝log2(pij+c1)*wcd*ki*pi，若任务没有完成，即wcd＝0，即ji＝0,zp越大表明任务分配越合理，其中c1为精度修正常数,ki为任务固有的价值，pi为任务成功执行的概率，pi基于大数据统计得到，当wcd＝1,ji＝g，即每个任务在的任务分配策略中的历史最优评分g,满足gi＝log2(pij+c1)*ki*pi,其中pij标识任务与天线的匹配程度，其中i取值为[1,2,3,]，j取值为[1-k]，将卫星测控、火箭遥测、数传任务的设备匹配度分别记为ys1＝[p11*tx1,p12*tx2,…，p1k*txk],ys2＝[p21*tx1,p22*tx2,…，p2k*txk],ys3＝[p31*tx1,p32*tx2,…，p3k*txk]，其中k种天线记为tx＝[tx1,tx2,…，txk]。

15、优选的，步骤s004中，所述粒子群算法中，当数传任务与测控任务或箭遥任务发生不可调节的设备资源使用冲突时，选择对数传任务时间进行修剪，尽量给每个任务安排设备，包括下列过程：获取数传任务中的重要参数，从待数传数据包中筛选出重要参数，获取小体积的数传数据包，获得新的数传任务时间，将剔除的数传任务缓存，等待空闲时间发送。

16、优选的，步骤s005中，所述任务完成率的计算过程中，用zji表示任务是否执行，若任务完成记为zji＝1,若任务没完成记为zji＝0，zl满足所述任务策略收益率的计算过程中，满足公式基于获取三维任务完成率更新。

17、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种测控数传箭遥一体化优化系统，用于实施上述权利要求1-6任一所述的一种测控数传箭遥一体化优化方法，其特征在于：包括卫星测控管理模块、火箭遥测管理模块、数传管理模块、信号管理模块、任务管理模块，

18、所述卫星测控管理模块用于对卫星进行测控，采集卫星运行速度、运行轨迹信息，并通过数传设备将测控数据传输地面，将满足条件的卫星编入任务集合中；

19、所述火箭遥测模块用于获取火箭状态信息，并通过数传设备将测遥测数据传输地面，获取遥测精度和关键参数，建立同归多卫星串行星座，以阶梯跟踪的方式，增加卫星接收火箭遥测信号的时间窗口，将窗口集合记为，基于相控阵天线二维测向算法估计的来波信号方向完成对目标的捕获跟踪；

20、所述数传管理模块用于调整数据接发设备角度，获取火箭、卫星传输的信号，并将采集的信号传输至信号管理模块，数传管理模块包括箭星数传管理单元、星地数传管理单元，所述箭星数传管理单元通过对星载天线的管理，实现对火箭位置、轨迹的监测，预设火箭轨迹对火箭进行监测，获取火箭遥测信号，设获取的信号为f1，经过信号调制得到频率为f2的信号；所述星地数传管理单元用于将频率f2信号传输至地面接收点，地面接收点通过天线获取信号；

21、所述信号管理模块包括信号调制单元、信号分析单元和信号存储单元，将信号分析单元获取信号中标识信息，基于标识符号获取信号的项目任务，将任务项目传输至任务管理模块；

22、所述任务管理模块用于管理获取的任务，基于任务的最佳设备和时间约束，为任务匹配任务执行设备，包括资源调度单元、任务评估单元，所述任务评估单元用于评估任务的完成度和分配策略收益率，基于任务完成度和分配策略收益率更改。

23、优选的，所述任务管理模块包括约束条件获取单元、任务分配策略获取单元和任务分配策略评估单元，所述约束条件获取单元用于获取任务的时间约束条件和设备约束条件，所述设备约束条件中包括天线约束条件；所述任务分配策略获取单元基于获取的约束条件，利用粒子群算法获取最优的任务分配策略；所述任务策略评估单元用于评估任务策略的执行效果，用执行效果评估测控数传箭遥一体化优化方法的效果。

24、优选的，所述约束条件单元中包括数传任务约束条件、测控任务约束条件和箭遥任务约束条件，其中的数传任务约束条件中的时间约束条件为弹性约束条件，根据数传任务中的数据重要性，将数据分为紧急数据和非紧急数据，将数传任务只传输紧急任务时，能减少资源的使用。

25、本发明的技术效果和优点：

26、本发明具体通过获取测控数传箭遥任务的约束条件，并利用粒子群素算法，获取任务分配策略，通过提供一种任务策略的价值评估方式，获取最优的任务分配策略，在任务分配中，通过设置弹性的约束条件保证更多的任务被执行，通过对任务执行的监督，获取任务的执行效果，提供一种任务收益率的数值，来评估优化方法的效果，解决了现有地面站在测控数传箭遥任务时没办法分时完成任务的问题。