[发明专利]考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法

说明书

本发明公开了一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法，包括获取待观测目标序列并对其进行预处理；构建时间依赖转换时间的敏捷卫星调度模型；将预处理后的待观测目标序列输入敏捷卫星调度模型，并对敏捷调度模型进行求解；将步骤3中的求解结果输出，得到敏捷卫星的调度方案。由于考虑连续观测任务之间的姿态转换时间的时间依赖性，使所构建的敏捷卫星调度模型能更好地满足调度需求，所求解得到的调度方案其调度效率更高。在求解过程中，通过预计算每个时间窗口的不可达最早和最晚时间，以及同一圈次任意一对观测窗口间最早开始时间和最晚开始时间，在尝试进行插入操作时减少了多次重复计算，减少了计算时间，提高了调度效率。

技术领域

本发明涉及卫星调度技术领域，尤其涉及一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法。

背景技术

对地观测卫星(EOSs)是能够根据各种观测需求获取地球表面特定区域图像的空间平台系统。随着科技与经济的发展，EOSs已经被应用于许多经济社会的各方各面，诸如自然资源勘探、灾难预警、气候变化分析等等。考虑到发射卫星的不菲成本，高效可靠的EOSs的调度方法对提高卫星观测系统性能起着非常关键的作用。对地观测卫星的调度，是指给定一组不同收益值的待观测目标，从中选出部分目标进行调度，生成成像调度方案，从而最大化观测收益，同时满足卫星能力约束。成像调度方案，即是对于每个被调度的观测目标，确定其观测开始时间。为区别起见，将确定了观测开始时间的一次观测活动定义为任务。

一般来说，传统的EOS只具备侧摆能力，卫星只能在待观测目标的上空拍摄图像，任意两个目标之间的姿态转换时间可提前计算，因此对EOS的调度问题相对简单，可高效完成调度任务。但这也意味着，对于分布紧密的多个观测目标，EOS系统的观测能力有限。相比而言，作为新一代对地观测系统，敏捷对地观测卫星(AEOSs)具备有侧摆、俯仰、偏航三个角度的机动能力，使得卫星在到达目标上空之前或之后都能拍摄图像，如图1所示，每个目标可在较长的时间窗口内进行观测，因此，卫星对于分布紧密的多个目标观测能力大幅提高，在给定时间内能观测到更多的任务。同时，这种敏捷机动能力造成了目标之间的转换时间以及目标的观测开始时间不固定，这极大地提高了其调度的问题空间和复杂程度。此外，两个连续观测任务之间需要的姿态转换时间取决于这两个任务的观测姿态角，也即是观测开始时间，也称为时间依赖的转换时间。这种时间依赖特性也对任务调度算法有了更高的性能要求。

现有的对于敏捷卫星任务规划算法大多都忽视了转换时间的时间依赖特性，或者对时间依赖特性缺乏清晰的建模与分析，导致了调度效率不高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是怎样提高敏捷卫星的调度效率，提出了一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法。

为解决该问题，本发明所采用的技术方案是：

一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法，包括以下步骤：

步骤1：获取待观测目标序列并对其进行预处理；

步骤2：构建时间依赖转换时间的敏捷卫星调度模型；

步骤3：将预处理后的待观测目标序列输入敏捷卫星调度模型，并对敏捷调度模型进行求解；

步骤4：将步骤3中的求解结果输出，得到敏捷卫星的调度方案。

进一步地，所述敏捷卫星调度模型的构建方法是：

目标函数为：

表示最大化调度任务的总收益，

其中：为决策变量，为1时表示第i个待观测目标调度在圈次k上，否则为0，p_i表示第i个待观测目标的收益，T表示观测目标集合，O表示调度周期内的圈次集合；

约束条件为：