[发明专利]一种基于多目标函数的多星测控资源调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星测控资源调度技术领域，具体涉及一种基于多目标函数的多星测控资源调度方法。

背景技术

卫星测控资源调度是指在已知测控资源、任务优先级的情况下，为测控任务需求分配测控资源及测控执行时间窗口，在满足所有约束条件和调度优化目标的情况下，形成有效的测控方案。

早期有学者提出以任务可用时间窗口作为决策变量，这样容易会造成测控资源的浪费和牺牲调度时间的灵活性。同时，只考虑了测控任务优先级以及地面站优先级，很少考虑测控可见时间窗口利用率和测控工作时间长短，使得最终求解无法同时满足卫星使用方和测控资源管理方的要求。在对多目标优化问题求解中，存在很多寻优方法，比如遗传算法。虽然可以找到全局最优解，但是计算复杂性很高，对时效性较强的任务不容易满足。在对规模一般且需要正确的结果时，需要找到一种简单、高效的方法来求解多目标优化问题。

因此，亟需要一种简单高效的方法来求解多目标优化问题的多目标函数的多星测控资源调度方法。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明实施例提供多目标函数的多星测控资源调度方法，在对规模一般且需要正确的结果任务时时，以一种简单高效的方法来求解多目标优化问题。

根据本发明的一个方面，公开了一种基于多目标函数的多星测控资源调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立多目标函数的测控资源调度模型；

获取目标函数的最优解。

在其中一个实施例中，所述建立多目标函数的测控资源调度模型的步骤，为以测控任务数最大、测控工作时间最长以及可见时间窗口利用率最大为目标函数，建立多目标资源调度模型。

在其中一个实施例中，所述以测控任务数最大为目标函数，建立的目标资源调度模型为：

其中，m为任务完成数，p_i为任务权重，取值范围为[1,5]，t_i为任务是否完成的0-1型决策变量。

在其中一个实施例中，所述以测控工作时间最长为目标函数，建立的目标资源调度模型为：

其中，表示任务开始和结束时间差,取值范围为(0h，12h]。

在其中一个实施例中，以可见时间窗口利用率最大为目标函数，建立的目标资源调度模型为：

其中，T表示测控设备的几何可见窗口总时间。

在其中一个实施例中，所述获取多目标函数的最优解的步骤，包括如下步骤：

将所述多目标函数的测控资源调度模型进行优化；

采用穷举法获取目标函数的最优解。

在其中一个实施例中，所述将多目标函数的测控资源调度模型进行优化的步骤，包括如下步骤：

将以测控任务数最大、测控工作时间最长以及可见时间窗口利用率最大为目标函数建立的目标资源调度模型分别进行目标函数单位化；

将单位化的目标函数进行加权优化。

在其中一个实施例中，所述将以测控任务数最大为目标函数建立的目标资源调度模型进行目标函数单位化处理获得的模型为：所述将以测控工作时间最长为目标函数建立的目标资源调度模型行目标函数单位化处理获得的模型为：所述将以可见时间窗口利用率最大为目标函数建立的目标资源调度模型进行目标函数单位化处理获得的模型为：

在其中一个实施例中，所述采用穷举法获取目标函数的最优解的步骤，包括如下步骤：

获取可见弧段信息；

形成可见弧段组合；

判断任务是否可执行；

如果不可执行，则继续执行形成可见弧段组合的步骤；

如果可执行，则求解目标函数；

判断求解结果是否为当前最优解；

如果不是当前最优解，则继续执行形成可见弧段组合的步骤；

如果是当前最优解，则判断是否全部遍历；

如果没有全部遍历，则保留当前最优解并继续执行形成可见弧段组合的步骤；

如果已经全部遍历，则输出当前最优解。

采用上述技术方案，本发明至少可取得下述技术效果：

本发明一种基于多目标函数的多星测控资源调度方法以测控资源对高中低轨道卫星的一体化调度为背景，以任务是否被执行为决策变量，综合考虑卫星用户使用方和测控资源管理方对测控调度的要求，提出了以完成测控任务数量最大、测控工作时间最长和可见时间窗口利用率为调度目标，在满足约束的基础上，建立了测控资源调度模型；