[發明專利]單星調度的算子構建方法

在審

• 申請號: 201310276775.7
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103345504A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 賀仁杰;孫凱;劉曉路;李菊芳;陳成;邢立寧;楊振宇;張忠山;姚鋒;劉嵩;任必虎;張煒
• 申請（專利權）人: 邢立寧;孫凱;中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及航空航天成像衛星調度技術領域，尤其涉及一種單星調度的算子構建方法。

背景技術

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。衛星調度問題簡要描述如下：給定一組對地觀測衛星和地面目標，每個地面目標有各自的觀測收益，衛星軌道參數已知，與地面目標間的可見時段可以通過數據預處理得到。衛星對地面目標的觀測動作必須在可見時間窗內執行。衛星在執行一個觀測任務到下一個觀測任務之間必須具備足夠的轉換時間，在一個規劃周期內，衛星對地面目標的可見時間窗可能有多個，但一個飛行圈次內只有一個可見時間窗。衛星不具備同時觀測多個地面目標的能力，地面目標最多只能被其中一顆衛星在一個可見時間窗內觀測。調度的結果是要為選擇觀測目標提供決策。敏捷衛星具有三維觀測自由度，與傳統的非敏捷衛星相比多了俯仰和偏航兩個自由度。俯仰加長了衛星與觀測目標的可見時間窗，因此與一般的衛星調度問題相比，決策變量不僅為所選的任務集，還要確定具體的觀測時間，使得敏捷衛星的求解更為困難。

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，要求能夠更準確的對衛星進行調度，提高衛星的資源利用率。

因此，提供一種保證解的質量的條件下求解的效率高的單星調度的算子構建方法是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種保證解的質量的條件下求解的效率高的單星調度的算子構建方法。

為了實現上述目的，本發明提供一種單星調度的算子構建方法，該方法的具體步驟如下：

（1）基于任務集的分布形式構建問題分類器，對單星調度子問題進行分類，分為均勻分布和塊狀分布；

（2）設定問題域和構建規則庫，并在此基礎上通過搜索技術的合理嵌套提高求解性能，從而完成蟻群算法引擎的構建；

（3）由問題分類-算子設計規則-得分三元組構建問題算子知識庫，所述問題算子知識庫，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。

優選地，所述步驟（2）中，蟻群算法引擎的構建具體如下：

1）設定問題域：

（A）?問題參數

??????數據采集任務集合；

????任務的時間窗（）；

????任務的開始時間（）；

???任務的結束時間（）；

?????任務的準備就緒時間（）；

?????任務的持續時間（）；

?????任務到任務的轉換時間（）；

執行觀測任務的效益（）；

（B）?決策變量

:?????連續執行任務，時取1，否則取0；

:?????任務被執行時取1，否則取0；

:?????任務的實際開始執行時間（）；

（C）?優化目標

本文研究的單星調度問題時只考慮效益最大化的優化目標：

（D）?問題約束

???????

其中，（2-1）表示任務最多只能被衛星觀測一次，（2-2）表示衛星在完成一個任務后將繼續移動執行下一個任務，結合式（2-1）可知，此調度為鏈式調度，（2-3）表示一旦一個任務被選擇，則該任務的開始執行時間要在時間窗開始之后，（2-4）表示一旦一個任務被選擇，則該任務的執行結束時間要在時間窗結束之前，（2-3）和（2-4）共同表明被調度的任務必須完整地在一個時間窗內執行，（2-5）表示一個任務的執行必須在其準備就緒后才能開始，（2-6）和（2-7）是變量的01約束；

2）構建規則庫

構建規則庫主要是針對可行解構造和信息素更新兩個算子進行設計，其中可行解構造又分為觀察任務序的生成和觀察時間的確定，具體如下：

（E）可行解構造：

可行解構造階段不僅僅是任務選擇的過程還要對觀測的時間進行具體的確定，可行解的構造分為兩個階段，第一階段是生成任務的序，第二階段則是具體確定觀測時間：

（a）任務序的生成：

（Ⅰ）啟發因子的設計：

將任務的優先級作為啟發信息的重要部分，其中，單獨的定義優先級為啟發信息，得到第一種啟發因子定義方式即為；