[发明专利]基于遗传优化的敏捷卫星任务规划与调度建模方法

说明书

本发明提供一种基于遗传优化的敏捷卫星任务规划与调度建模方法，包括：根据用户的观测需求以及卫星自身的资源情况，对待观测的复杂观测目标任务区域进行动态分解，生成具有多时间窗口的元任务集合；依据任务约束、资源约束以及它们之间的关系构建约束分析模型，包括卫星能量约束模型、存储约束模型、最小俯仰角约束模型以及姿态机动稳定约束模型；根据多时间窗口元任务集合，建立单星任务规划数学模型；利用遗传搜索算法进行单星任务规划数学模型的优化求解，并判断是否满足所建立的约束分析模型，生成最终可执行观测计划方案。本发明可以生成既满足目标函数最大又满足不同约束分析的任务观测计划方案，有效利用卫星资源，提高任务规划效率。

技术领域

本发明属于卫星探测技术领域，涉及一种基于遗传优化的敏捷卫星任务规划与调度建模方法。

背景技术

非敏捷卫星成像任务规划中，仅考虑了卫星的侧视成像能力，国内外学者对此作了非常深入的研究。建立了包括点目标、区域目标、移动目标、异轨立体成像和多星规划的相关模型，并初步地实现了非敏捷卫星对地观测点目标间的任务合成观测。同时，针对不同模型建立了不同算法，分析了相应算法的优劣，比较和发展了新的复合算法，成果颇多。

敏捷卫星不但在民用上有着广泛应用，在军事上也发挥着重要作用。军事战争中，在争夺战场制信息权方面，成像卫星曾经发挥了至关重要的作用。成像卫星具有成像面积大、成像范围广不受地理条件和国界限制的优点，它可以提供近实时的信息，也可以获取大量使用常规手段无法获得的情报，已成为打赢现代高技术局部战争至关重要的装备，一直为各国军方所重视，成为赢得现代战争的重要保障。现代若干次典型战争已经显示出其重要作用难以替代。

随着卫星技术与传感器技术的不断进步，敏捷卫星是一类新型的对地观测卫星，相比现有一般卫星，其姿态调整精度高，姿态机动能力强，因此可以灵活地在多种工作模式下执行用户任务，代表了下一代卫星发展的主流方向。随着敏捷卫星技术发展，其组网协同工作可依卫星多类载荷特点、不同轨道空间位置而完成复杂的用户任务。因此，敏捷卫星任务规划组网协同建设作为其航天研究的一个重要方向，已成为各航天大国竞相研制的重点，其既包含着卫星硬件技术的研究又包含着组网规划调度技术的研究。

发明内容

发明所要解决的课题是，对敏捷卫星任务规划中资源效率低，时效性差等技术不足，本发明提出一种基于遗传优化的敏捷卫星任务规划与调度建模方法，给出最优化的观测计划方案，该方法可以针对单个敏捷卫星和任务需求的特点，综合约束分析模型和任务规划算法优化，有效利用卫星资源，提高任务规划效率，并满足用户观测需求请求。

本发明的基于遗传优化的敏捷卫星任务规划与调度建模方法，包括以下步骤：

根据用户的观测需求以及卫星自身的资源情况，对待观测的复杂观测目标任务区域进行动态分解，生成具有多时间窗口的元任务集合；

依据任务约束、资源约束以及它们之间的关系构建约束分析模型，包括卫星能量约束模型、存储约束模型、最小俯仰角约束模型以及姿态机动稳定约束模型；

根据多时间窗口元任务集合，建立单星任务规划数学模型；

利用遗传搜索算法进行单星任务规划数学模型的优化求解，生成循环迭代一次的观测计划方案，并判断是否满足所建立的约束分析模型，通过循环迭代求解生成最终可执行观测计划方案。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中根据单颗敏捷卫星在规划周期的轨道圈次内卫星沿侧摆、俯仰以及翻滚三个自转轴的姿态机动角速度及其之间的几何关系，对待观测的复杂观测目标任务区域进行动态分解。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中单星任务规划数学模型包括收益率、完成率的优化目标函数。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中利用遗传搜索算法进行单星任务规划数学模型的优化求解包括选择、交叉和变异操作。