成像衛星資源調用配置方法
【專利摘要】本發明公開了一種成像衛星資源調用配置方法，具體步驟如下：（1）根據成像衛星資源的不同和對任務分配問題特征的抽取，將任務分配問題分為容量過載問題、能量過載問題、能量和容量均過載問題、能量和容量均不過載問題中的一種；（2）利用算法引擎進行求解，求解過程中根據問題算子知識庫中記錄的同一類型問題的歷史求解算子的不同績效，實現求解該問題的算子的快速選擇。本發明所公開的成像衛星資源調用配置方法，能夠給出衛星如何進行調度的方案并提高衛星資源利用率。
【專利說明】成像衛星資源調用配置方法【技術領域】
[0001]本發明涉及航空航天成像衛星調度【技術領域】，尤其涉及一種成像衛星資源調用配置方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國航天技術發展迅猛，航天技術開始從國防軍事領域迅速向民用航天領域擴展，我國擁有的衛星數目急劇增多，衛星的研制和生產開始步入批量化階段。成像衛星調度問題包含的資源和任務眾多，傳統的求解方法是采用整體優化的思想，應用多星聯合任務規劃與調度技術進行求解。然而隨著衛星數量的日益增多，這種傳統的多星規劃技術建立的模型求解復雜度呈指數增長，即使使用智能優化方法求解，在保證解的質量的條件下求解的效率也難以滿足工程上的需求。加上不同觀測資源使用模式和約束條件不盡相同，十分復雜，簡單的聯合調度不能達到理想中的協同效果。
[0003]分解優化的思想源于大系統的分解-協調，是將復雜問題分解為多級相對簡單的子問題，這些子問題間雖然存在一定的耦合聯系但是相對獨立，只需要通過有限次反饋與調整實現相互作用，因此，采用分解優化的思想可以大大地簡化原問題的求解難度。成像衛星調度問題包含任務的分配和調度等多個決策優化環節，可以視為一個復雜系統，因此可以考慮用分解優化的方法對問題進行求解。從成像衛星調度問題的研究歷史來看，調度問題從單星到多星演化，單星調度問題的求解復雜度相對較低，相應的求解技術也比較成熟。再結合我國目前的衛星狀態，不同衛星模式特征和使用約束不盡相同，且由不同部門分管，因此，考慮將多星調度問題通過任務的預分配分解為若干個單星調度子問題分別進行求解。即將成像衛星調度問題分解為任務分配子問題和單星調度子問題。在規劃之前根據衛星能力和任務需求對任務進行預先分配，將任務分配給合適的衛星，每個衛星再調用與其能力相匹配的單星調度器進行求解。
[0004]此外，衛星資源是一種稀缺`資源，無論是靜態調度還是動態調度，都是在資源給定的情況下進行的，也就是在調度時每種資源的數量已經確定了。這就提出了衛星資源配置方式的問題。
[0005]因此，提供一種能夠給出衛星如何進行調度的方案并提高衛星資源利用率的成像衛星資源調用配置方法是本領域技術人員亟需解決的技術問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種能夠給出衛星如何進行調度的方案并提高衛星資源利用率的成像衛星資源調用配置方法。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供一種成像衛星資源調用配置方法，該方法的具體步驟如下:
(I)根據成像衛星資源的不同和對任務分配問題特征的抽取，將任務分配問題分為容量過載問題、能量過載問題、能量和容量均過載問題、能量和容量均不過載問題中的一種；(2)利用算法引擎進行求解，求解過程中根據問題算子知識庫中記錄的同一類型問題的歷史求解算子的不同績效，實現求解該問題的算子的快速選擇，所述問題算子知識庫是由(問題分類-算子設計規則-得分)三元組構成，記錄每種算子設計在求解每類問題是的歷史績效，從而為今后新的具體問題的求解提供算子設計決策支持；
所述步驟(1)中，任務分配問題的分類具體方式為:
1)分析衛星資源信息和衛星任務信息，并根據衛星任務信息確定衛星對任務的可見時間窗，所述衛星資源信息包括載荷類型、載荷分辨率、觀測角度信息、姿態機動能力、存儲容量和能力供應，所述衛星任務信息包括需求時間信息、任務優先級、圖像質量需求和圖像類型需求； 2)基于步驟I)中的分析，對任務分配問題進行分類，依據分解優化的思想，任務分配問題的分類首先是從存儲容量和能量方面根據衛星能力和任務需求的供需關系進行分類，然后，是從姿態機動角度將衛星分為敏捷衛星和非敏捷衛星，對于一個確定的衛星調度問題則是進一步的根據任務的分布情況將其分解為均勻分布和塊狀分布兩類，其中，衛星能力只考慮載荷類型、分辨率、容量限制和能量的限制，對于成像衛星任務的需求主要體現在對圖像類型和成像質量的需求，成像質量的需求體現為對執行該任務的分辨率和觀測角度的需求，根據圖像對數據量的需求和衛星容量和能量能力的匹配情況可以將任務分配問題分為能量過載、容量過載，能量和容量均不過載，能量和容量均過載四類。
[0008]優選地，所述步驟(2)中算法引擎為蟻群算法引擎，所述蟻群算法引擎構建方式如下:
A)構建問題域:
(a)問題參數:
T:觀測任務集合；
TaskNum:目標數量；
i?e[l，10]:目標#的優先級；
瑪= Wd2i^rf4):目標^需要的觀測的數據類型包括:光學、紅外、多光譜、SAR，數值
代表相應類型成像的分辨率；
S:衛星集合；
SatNum:衛星數量；
Rss ={ Y1,Y52,Y53,Y54}:衛星s攜帶的遙感器類型以及能提供的最小分辨率。
[0009]MCs:衛星s的最大固存容量；
MEs:衛星s最大電量；
MSs:衛星s最大側擺角度；:任務！對衛星￡消耗的固存；
Ss,t:任務！對衛星S消耗的能量；
謝”:衛星S對任務I的側擺；(b)決策變量::任務t分配給衛星則\t =〗，否則= O ；
(c)優化目標:
優化目標主要有三個，如式(2-1) -(2-3)所示，(2-1)式表示完成任務的優先級總和最高，體現了用戶需求的滿足程度，(2-2)式和(2-3)式體現資源負載的均衡性，用方差來表示均衡性，(2-2)描述的是衛星容量消耗的方差，(2-3)式描述的是衛星能量消耗的方差，負載均衡性體現在最小化這兩個方差上，
【權利要求】
1.一種成像衛星資源調用配置方法，其特征在于，該方法的具體步驟如下: (1)根據成像衛星資源的不同和對任務分配問題特征的抽取，將任務分配問題分為容量過載問題、能量過載問題、能量和容量均過載問題、能量和容量均不過載問題中的一種； (2)利用算法引擎進行求解，求解過程中根據問題算子知識庫中記錄的同一類型問題的歷史求解算子的不同績效，實現求解該問題的算子的快速選擇，所述問題算子知識庫是由(問題分類-算子設計規則-得分)三元組構成，記錄每種算子設計在求解每類問題是的歷史績效，從而為今后新的具體問題的求解提供算子設計決策支持； 所述步驟(1)中，任務分配問題的分類具體方式為: 1)分析衛星資源信息和衛星任務信息，并根據衛星任務信息確定衛星對任務的可見時間窗，所述衛星資源信息包括載荷類型、載荷分辨率、觀測角度信息、姿態機動能力、存儲容量和能力供應，所述衛星任務信息包括需求時間信息、任務優先級、圖像質量需求和圖像類型需求； 2)基于步驟I)中的分析，對任務分配問題進行分類，依據分解優化的思想，任務分配問題的分類首先是從存儲容量和能量方面根據衛星能力和任務需求的供需關系進行分類，然后，是從姿態機動角度將衛星分為敏捷衛星和非敏捷衛星，對于一個確定的衛星調度問題則是進一步的根據任務的分布情況將其分解為均勻分布和塊狀分布兩類，其中，衛星能力只考慮載荷類型、分辨率、容量限制和能量的限制，對于成像衛星任務的需求主要體現在對圖像類型和成像質量的需求，成像質量的需求體現為對執行該任務的分辨率和觀測角度的需求，根據圖像對數據量的需求和衛星容量和能量能力的匹配情況可以將任務分配問題分為能量過載、容量過載，能量和容量均不過載，能量和容量均過載四類。
2.根據權利要求1所述的成像衛星資源調用配置方法，其特征在于，所述步驟(2)中算法引擎為蟻群算法引擎，所述蟻群算法引擎構建方式如下: A)構建問題域: (a)問題參數: T:觀測任務集合； TaskNum:目標數量； 6e[l,10]:目標r的優先級；=:目標?需要的觀測的數據類型包括:光學、紅外、多光譜、SAR，數值代表相應類型成像的分辨率； S:衛星集合； SaiNum:衛星數量； H:衛星5攜帶的遙感器類型以及能提供的最小分辨率； MC1:衛星s的最大固存容量； MEs:衛星s最大電量； MS1:衛星s最大側擺角度；:任務I對衛星s消耗的固存； Ss,t:任務I對衛星S消耗的能量； swM:衛星S對任務I的側擺； (b)決策變量: 、t:任務I分配給衛星則= I,否則-V = O ； (c)優化目標: 優化目標主要有三個，如式P-1) - P-3)所示，(2-〗)式表示完成任務的優先級總和最高，體現了用戶需求的滿足程度，(62-2)式和(2-3)式體現資源負載的均衡性，用方差來表示均衡性，(2-2)描述的是衛星容量消耗的方差，(2-3)式描述的是衛星能量消耗的方差，負載均衡性體現在最小化這兩個方差上，
【文檔編號】G06F9/50GK103744733SQ201310276797
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年7月3日 優先權日:2013年7月3日
【發明者】賀仁杰, 王沛, 邢立寧, 楊振宇, 白國慶, 劉曉路, 嚴珍珍, 姚鋒, 王軍民, 何苗, 路帥, 袁駔 申請人:邢立寧, 孫凱, 中國人民解放軍國防科學技術大學