基于资源预留的成像卫星任务鲁棒性规划方法探讨论文

时间:2020-01-13

  卫星任务规划是对地观测卫星任务管控平台的重要组成部分,是影响卫星使用效能的主要因素之一。在单星任务规划系统中,影响任务规划结果的约束包括,星载遥感器约束、星载存储容量约束、卫星能量约束及地面站天线数据传输能力约束。此外,在任务规划过程中还存在时间约束,即卫星在任务之间的姿态转换时间与任务之间的时间间隔存在依赖关系。任务规划的作用主要是解决成像卫星任务管理过程中的资源利用和任务冲突问题,优化卫星的使用效益。

基于资源预留的成像卫星任务鲁棒性规划方法探讨论文

  卫星任务规划主要包括安排卫星观测及任务信息回传两个方面。传统的任务规划在安排观测活动中及回传活动中存在诸多不足,在安排观测活动中,时间窗资源利用率低、安排观测的任务序列较为单一,初始解的多样性低。在安排回传活动中,回传时间窗资源利用率低、采用先到先服务规则,导致优先级较高的任务无法回传,使得任务规划的总体收益受到限制。本文针对卫星任务规划中的不足,提出。基于资源预留的成像卫星任务鲁棒性规划方法。,提高了任务规划的收益、增强了任务规划的鲁棒性。

  在安排观测序列过程中,设计了多种排序规则,以提高解的多样性。同时,考虑时间约束,并且充分利用存在冲突的时间窗。

  在安排任务回传过程中,设计了多种回传序列安排策略,根据所选择的回传策略,在每一种回传策略上进行回传任务安排,基于任务在不同回传序列中的排序,最终得到综合回传序列。其次,在安排回传任务序列过程中充分利用回传时间窗资源,将在当前时间窗未安排的.任务保留到后面的回传时间窗进行安排。

  最后,基于 STK(Satellite Tools Kit,卫星数据包)软件生成数据集并测试算法的性能。

  本文将任务的观测窗口分为五个时间段,用于计算任务序列收益,任务的最佳观测时间段为任务可用时间窗的中间部分。

  步骤 1:计算出当前任务的可用时间窗口,进行时间窗的消减;

  步骤 2:选择当前任务的安排策略,包括按照最佳观测时间段安排、靠前安排及靠后安排等。步骤 1 虽然对时间窗进行了消减,但是在某些安排策略上当前任务的观测时间窗与其相邻的任务可能会存在冲突;

  步骤 3:更新卫星存储状态信息,比较卫星当前可用存储量和当前任务 Ti所需存储的大小。如果任务 Ti固存大于可用固存,则进行下一个任务的安排,如果任务固存 Ti小于可用固存,转到步骤 4;

  步骤 4:比较过程,具体过程如下,

  1)判断当前任务 Ti与已安排的任务是否存在冲突。如果存在冲突,则判断任务之间的冲突类型。根据任务 Ti的观测时间窗和已安排任务的观测时间窗的位置关系,定义。交叉型。、。包含型。及。完全冲突型。三种冲突类型,如图4-6。根据冲突类型是。交叉型。、。包含型。还是。完全冲突型。,来调整任务的位置;

  2)如果 Ti能够安排,此时考虑。时间依赖于转换时间。约束,分别计算与其相邻的已安排任务到 Ti之间的卫星的姿态转换时间,以及当前任务同与之相邻任务之间的时间间隔;

  3)比较转换时间与时间间隔的关系,如果转换时间大于二者的时间间隔,则加入。跳跃时间。依次尝试,直到转换时间小于二者的时间间隔为止;

  4)然后检查任务 Ti的结束时间点与可用时间窗最晚点的关系。

  步骤 5:判断是否达到算法的终止条件。

  步骤 1:回传时间窗裁剪,选出可用的回传时间窗;

  步骤 2:对回传任务进行整理,并选出在当前回传窗口 Di内可回传的任务,数目为 num,按照规则对回传任务进行排序,得出最终回传序列;

  步骤 3:计算 Di内所有回传任务的回传持续时间之和 SumTimei(i=0,…num),并与 Di的时间长度 TimeDi进行比较。如果 SumTimei> TimeDi,那么除去任务序列中最后一个任务,然后继续比较任务回传持续时间之和与 Di的大小。直至SumTimen(n=0,…,i-1) < = TimeDi;

  步骤 4:计算出此时 Di的剩余可用时间,并依次与在前面回传时间窗口中被排除任务的持续时间比较。如果被排除任务的回传持续时间小于等于 Di剩余可用回传时间,那么该任务可安排回传。直至 Di内无法再安排回传任务,当前未安排回传的任务保留到 Di+1进行安排;

  步骤 5:判断是否达到终止条件。

  文章创新点:

  1)使用资源预留策略提高成像卫星任务规划中的资源利用率;

  2)提出并实现卫星任务鲁棒性规划方法。