[发明专利]一种多目标优化的卫星联合任务筹划方法

说明书

本发明公开一种多目标优化的卫星联合任务筹划方法，在同时兼顾重要任务优先、卫星资源负载均衡、确保任务成功率、用户偏好卫星优先原则下将对目标群的观测任务分配到多星；根据目标的重要程度、紧迫程度、需求来源属性优先为高优先级的目标分配卫星资源；为了避免大量的卫星资源集中在少量重点目标，限定每个目标的观测次数最多为5次；为了提高对目标的观测成功率，为每个目标最多分配光学、雷达、电子三种载荷卫星进行观测；另外，优先使用用户偏好的卫星的基础上用其它卫星进行补充。本发明适用于在应急任务调整时保证调整前后结果的相对一致性，能够降低应急任务的影响范围。

技术领域

本发明涉及一种多目标优化的卫星联合任务筹划方法，适用于面向全球热点目标快速监视需求快速完成多星任务分配，获得的筹划方案能够在重要任务优先、卫星资源负载均衡、确保任务成功率、用户偏好卫星优先等方面寻求平衡。

背景技术

传统的卫星观测全过程从提出需求到获取信息需要通过星地闭环链路的控制过程，难以满足时效性需求。自主运行的对地观测星群可以在没有或很少依赖于地面系统的支持下具备自行完成观测任务的能力，具备快速、灵活的特点。为了在实际应用中提高目标观测效能，需要尽可能多的协同多载荷、多轨道卫星组网提高对目标的时、空、频多维覆盖能力，因此需要一套任务筹划系统完成多星任务的协同管理和高效分配。

卫星任务筹划是一个面向典型应用场景，对多星观测任务进行分配，提供高效、优质服务的过程。任务筹划的输入为根据观测需求、观测意图进行解译得到的可用观测任务集合(包含目标位置、卫星、开始时刻、结束时刻等)，输出为经过挑选得到的确定实施的观测任务，这些最终确定的观测任务组成了一整套联合保障方案，该方案可以作为每颗卫星自主任务规划的驱动。实际的应用场景对任务分配考虑的因素较多，往往要优先保障重点目标的观测需求，同时避免单一载荷受环境干扰、利用多种载荷的协同优势保证对各个目标观测的成功率，防止卫星资源集中观测少量目标造成资源浪费，还要优先使用用户偏好的卫星的基础上用其它卫星进行补充。

然而，传统的多星任务分配方法大多面向单一优化目标寻找最优解，不能在任务成功率、资源利用率、用户偏好等多个方面进行平衡。目前已有的多目标寻优方法在多星任务分配时，采用遗传算法等迭代运算、大规模种群抽样的思想寻找非劣解集，具有复杂度高、对硬件性能要求高、解空间大等特点，不适合在星上运算和决策，另外也不能确保反复多次运算结果的稳定性和结果一致性，不适合在应急调整时的方案微调。因此，目前的实际应用中，尚不具备星上自主任务筹划能力，为了获得优质的卫星任务分配方案，需要采用人机结合的方式在地面进行方案制定，操作员根据多类偏好进行人工生成多星观测任务。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，本发明面向全球热点目标快速监视、常态化观测需求，提供一种兼顾多目标优化的多星联合任务筹划方法，具备多单位卫星分级管理、优先保障重要任务、卫星资源负载均衡、提高任务成功率能力，采用启发式规则获得的计算结果唯一，能够在应急调整时保证多次计算结果稳定、降低应急调整的影响范围，且易于实现。

本发明的技术方案是：一种多目标优化的卫星联合任务筹划方法，其实现步骤如下：

一种多目标优化的卫星联合任务筹划方法，实现步骤如下：

(1)根据输入目标列表中的每个目标Tar_i的重要程度、紧迫程度、需求来源进行加权计算优先级Tp_i，对目标按照优先级由高到低进行排序，形成排序后的目标集合建立集合RES用于存储任务筹划结果；

(2)输入的卫星集合表示为其中P为卫星归属的单位集合，从目标集合中依次取出目标Tar_i进行访问计算，得到所有的可用观测窗口集合为其中代表Tsk_i存在w_i个可选窗口每个窗口包含目标、卫星、开始时刻、结束时刻四个主要要素；