[发明专利]一种基于SA-GA的异质多星协同任务规划方法

说明书

本发明提供了一种基于SA‑GA的异质多星协同任务规划方法，属于异质多星协同任务规划技术领域。方法包括以下步骤：S1、预报卫星集群与多目标的可见窗口；S2、建立异质多星协同任务规划约束满足模型；S3、对异质多星协同任务规划约束满足模型的解进行优化；S4、优化终止判断并输出最优的任务编排方案。本发明解决了传统虚拟卫星资源编码异质多星协同困难的问题，以及星间拥挤度不可控的问题，实现大规模卫星集群高效自协同工作，具有有效平衡星间任务拥挤度，大幅减少因拥挤度过高引起的任务冲突的优点。

技术领域

本发明涉及异质多星协同任务规划技术领域，具体是涉及一种基于SA-GA的异质多星协同任务规划方法。

背景技术

随着卫星技术的蓬勃发展、一箭多星技术的成熟应用、商业航天公司的兴起，卫星的研制、发射和部署的成本进一步降低，多星、多星载传感器的综合应用逐渐成为了卫星应用的主流趋势，卫星集群自同步运维技术成为航天领域的研究热点之一。

卫星集群是一种通过模仿自然界中蜂群、鸟群和鱼群等生物集群，借助信息共享和协调行动等手段实现卫星间的能力互补，通过集群中个体简单行为在整体上实现复杂群体行为的卫星群体工作模式。

群体行为(Swarming Behavior)是自然界中常见的现象，典型的例子如编队迁徙的鸟群、结队巡游的鱼群、协同工作的蚁群、聚集而生的细菌群落等等。

以上现象的共同特征是一定数量的自主个体通过相互合作和自组织，在集体层面上呈现出有序的协同运动和行为。

进行高效的集群星间任务分配，设计高效的多星多对地观测任务执行方案是卫星集群自同步高效协同的一项关键技术。

随着对地观测卫星数量的增多与对地观测任务的几何倍数增长，传统的通过人工进行卫星集群对地观测任务编排的方法已经不能适应现代卫星集群的高效协同要求。同时，现有多星任务规划方法中有基于启发式算法和虚拟资源编码的多星任务规划算法，但仅适用于同一类型卫星的协同，难以实现异质卫星的统一调度。

发明内容

本发明提出一种基于SA-GA的异质多星协同任务规划方法。本发明采用多层编码方法实现异质卫星统一编排调度，并采用基于拥挤度的模拟退火方法实现星间任务的平衡安排，避免了部分卫星因任务过多冲突导致的任务完成率损失。本发明在未来卫星集群自主化、智能化运维中具有潜在的工程应用价值。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种基于SA-GA的异质多星协同任务规划方法，包括以下步骤：

S1、预报卫星集群与多目标的可见窗口；

S2、建立异质多星协同任务规划约束满足模型；

S3、对异质多星协同观测的任务编排方案进行优化：

通过多层编码生成初始染色体种群，并指定初始染色体种群中每个染色体在协同任务每次重访观测的资源卫星类型，在满足步骤S2建立的异质多星协同任务规划约束满足模型的约束的前提下，对初始染色体种群内的所有染色体进行解码，获得每个染色体对应的任务编排方案、目标函数值及适应度值，通过适应度值淘汰适应度较低的部分染色体，再对此时的染色体种群进行遗传操作，得到下一代染色体种群，在遗传操作得到下一代种群后，通过基于拥挤度的模拟退火操作平衡异质多星协同任务拥挤度；

S4、优化终止判断并输出最优的任务编排方案。

进一步地，步骤S1包括以下内容：

预报卫星集群中各个卫星的星载传感器与各个目标之间的可见窗口，并将可见窗口进行结构化存储。

进一步地，步骤S2包括以下内容：

建立异质多星协同任务规划约束满足模型，异质多星协同任务规划约束满足模型为：