[发明专利]一种基于关键路径优化的连续成像控制方法

权利要求书

1.一种基于关键路径优化的连续成像控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)读取地面注入的N个成像任务，按成像时间从早到晚的顺序完成成像任务排序，得到任务序列Task_j，j＝1,2,……N，并记当前任务为Task_i，与当前任务相邻的下一任务为Task_i+1，N为不小于2的正整数，i从j中选取，初始值为1；

(2)分别构造N个成像任务各自的有向图模型G_j，在G_j中成像任务j开始执行的顶点记为Source^j，成像任务j结束的顶点记为Sink^j；第j个成像任务启动数据记录指令对应的顶点记为Begin^j，第j个成像任务停止数据记录指令对应的顶点记为End^j；每个成像任务的有向图模型均包含由载荷控制基本指令序列、数传控制基本指令序列、姿态控制基本指令序列及其相互之间的约束关系映射成的顶点和边，这些顶点和边的初始状态均为“染色”状态；其中，“染色”状态表示该顶点或边参与成像控制过程，“非染色”状态表示该顶点或边不参与成像控制过程；

(3)对有向图模型G_j，j＝1,2,……N，进行分层，Source^j为0层顶点，顶点所在层数小于Begin^j所在层数的顶点作为“开机类”顶点，顶点所在层数大于End^j所在层数的顶点作为“关机类”顶点；对于顶点的层数，前向顶点仅包含Sourceⁱ且自身为非0层顶点的顶点为1层顶点；前向顶点仅包含Sourceⁱ、1层顶点且自身非0层顶点、非1层顶点的顶点为2层顶点；依次类推，前向顶点仅包含Sourceⁱ、1层顶点，...，n-1层顶点，且自身非0层顶点，非1层顶点，...，非n-1层顶点的顶点为n层顶点；

(4)将G_i中的最末层顶点Sinkⁱ和G_i+1中的最起始顶点Sourceⁱ⁺¹合并，构建包含连续两次成像任务Task_i和Task_i+1在内的有向图模型G_Joint，并将“合并标识”初始化为“假”，表示两个连续任务的控制指令序列无需联合优化；

(5)搜索G_Joint中顶点Beginⁱ到顶点Beginⁱ⁺¹之间的关键路径，并判别关键路径的长度是否大于第i+1次成像任务启动数据记录时刻与第i次成像任务启动数据记录时刻之差T^i,i+1，如果大于则转步骤(6)，如果不大于则转步骤(7)；所述的关键路径为有向图中两个顶点之间的最长时延路径；

(6)依次判别关键路径“开机类”和“关机类”顶点集合对应的指令类型，

如果指令类型是姿态控制基本指令，进一步判别第i次任务成像时长、第i次任务姿态回摆时长、第i+1次姿态预置时长之和是否大于第i+1次成像任务启动数据记录时刻与第i次成像任务启动数据记录时刻之差T^i,i+1，如果“是”，则采用“取消任务间姿态回摆策略”进行有向图拓扑优化；如果“否”，则采用“基本指令序列解耦策略”进行有向图拓扑优化；

如果指令类型为载荷控制基本指令或者数传控制基本指令，进一步判别第i次任务成像时长、第i次任务该载荷/数传“关机类”基本指令序列时延、第i+1次任务该载荷/数传“开机类”基本指令序列时延之和是否大于第i+1次成像任务启动数据记录时刻与第i次成像任务启动数据记录时刻之差T^i,i+1，如果“是”，则采用“合并任务间开关机指令策略”进行有向图拓扑优化；如果“否”，则采用“基本指令序列解耦策略”进行有向图拓扑优化；

最后，将“合并标识”设置为“真”，转步骤(5)；

所述的“取消任务间姿态回摆策略”为：将第i次成像任务中的姿态机动基本指令序列“关机类”指令集合中的顶点置为“非染色”，与这些顶点相连的边置为“非染色”；将第i+1次成像任务中的姿态机动基本指令序列“开机类”指令集合中首条指令与Sourceⁱ⁺¹之间的边置为“非染色”；在第i次成像任务停止数据记录指令对应的顶点Endⁱ和第i+1次成像任务姿态机动基本指令序列“开机类”指令集合中首条指令之间增加一条“染色”有向边，并将该边的长度设置为从第i次成像任务姿态直接机动到第i+1次成像任务姿态所需的时长；

所述的“合并任务间开关机指令策略”为：将第i+1次成像任务中的载荷/数传控制基本指令序列“开机类”指令集合中的顶点设置为“非染色”，与这些顶点相连的边置为“非染色”；将第i次成像任务中的该载荷/数传控制基本指令序列“关机类”指令集合中的顶点设置为“非染色”，与这些顶点相连的边置为“非染色”；

所述的基本指令序列解耦策略为：在关键路径“开机类”顶点集合中第一个顶点和与之对应的第i次成像任务“关机类”顶点集合中最后一个顶点之间，或者关键路径“关机类”顶点集合中最后一个顶点和与之对应的第i+1次成像任务“开机类”顶点集合中第一个顶点之间增加一条边，且该边的长度为第i次成像任务“关机类”顶点集合中最后一个顶点所对应指令的执行时长；接着，将两个顶点与Sourceⁱ⁺¹之间的边置为“非染色”；最后，判断与Sourceⁱ⁺¹相连的边的性质，如果Sourceⁱ⁺¹不再与任何“染色”边相连，将Sourceⁱ⁺¹置为“非染色”；

(7)判别“合并标识”的状态，如果“合并标识”为“真”，转步骤(8)；如果“合并标识”为“假”，则展开G_Joint得到多任务联合优化有向图模型对应的成像控制指令序列，并将G_Joint设置为G_i+1，转步骤(8)：

(8)判断任务队列是否全部优化完毕，如果已经全部优化完毕，则展开当前G_Joint，得到多任务联合优化有向图模型对应的成像控制指令序列，卫星按照本步骤得到的成像控制指令序列完成连续成像控制；如果尚未全部优化完毕，则将当前任务索引和下一任务索引分别加1后转步骤(4)。

2.根据权利要求1所述的一种基于关键路径优化的连续成像控制方法，其特征在于：所述的载荷控制基本指令序列，指完成载荷设备开机、成像准备、成像数据输出、载荷设备关机这一系列过程的控制指令序列；数传控制基本指令序列，指完成数传设备开机、数据接收、数据处理、启动数据记录、停止数据记录、数传设备关机这一系列过程的控制指令序列；姿态控制基本指令序列，指卫星姿态机动、卫星回摆的控制指令序列。