[發(fā)明專利]導(dǎo)航系統(tǒng)星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710556435.8
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN107688889B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀仁杰;張忠山;閆俊剛;姚鋒;劉曉路;邢立寧;陳成;陳盈果;陳宇寧;王濤;呂濟(jì)民;褚驍庚;王原
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發(fā)明公開了一種導(dǎo)航系統(tǒng)星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃方法，包括：步驟1：將輸入的規(guī)劃時(shí)段均勻地劃分為N個(gè)規(guī)劃周期；步驟2：根據(jù)輸入的時(shí)間窗信息V_(s,m)將待規(guī)劃的星地時(shí)間同步任務(wù)按照規(guī)劃周期進(jìn)行分解，得到每一個(gè)規(guī)劃周期的元任務(wù)矩陣；步驟3：從第一個(gè)規(guī)劃周期開始，依次規(guī)劃各個(gè)規(guī)劃周期元任務(wù)矩陣內(nèi)的元任務(wù)，直到最后一個(gè)規(guī)劃周期內(nèi)元任務(wù)規(guī)劃完成；步驟4：對(duì)相鄰規(guī)劃周期的元任務(wù)進(jìn)行拼接，形成整個(gè)規(guī)劃任務(wù)并輸出規(guī)劃方案。該規(guī)劃方法具有搜索空間小，計(jì)算時(shí)間短且能充分利用衛(wèi)星和地面資源的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及航空航天導(dǎo)航衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)航系統(tǒng)星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

星地時(shí)間同步是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)，時(shí)間同步的精確度是影響系統(tǒng)定位和授時(shí)精度的主要因素。星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃問題作為一類新的地面資源調(diào)度問題，由于其特定的問題背景和規(guī)劃需求，有其自己的特點(diǎn)和復(fù)雜性。而其復(fù)雜性表現(xiàn)在一、這是一個(gè)組合多目標(biāo)優(yōu)化問題(CMOP，Combinatorial Multi-objective OptimizationProblem)。單顆衛(wèi)星的星地時(shí)間同步任務(wù)需求有兩方面：一是單星每次的星地時(shí)間同步任務(wù)時(shí)長要盡可能長，二是單星兩次任務(wù)之間的間隔要盡可能短；不僅如此，作為系統(tǒng)的管理者和業(yè)務(wù)的控制者，在規(guī)劃時(shí)不僅需要考慮到衛(wèi)星以上兩方面的任務(wù)需求，而且由于衛(wèi)星數(shù)目眾多，還必須將系統(tǒng)的均衡性考慮在內(nèi)，使每顆衛(wèi)星在任務(wù)需求滿足度上的差距盡可能小。二、這是一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃(MIP，Mixed Integer Programming)問題。星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃需要規(guī)劃任務(wù)次數(shù)、每個(gè)任務(wù)需要的資源以及任務(wù)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間等，其中，任務(wù)次數(shù)屬于整數(shù)變量，而任務(wù)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間屬于連續(xù)變量。三、這是一個(gè)非線性規(guī)劃(NP，Nonlinear Programming)問題。對(duì)于單目標(biāo)的地面站調(diào)度問題，已經(jīng)證明是NP-hard問題，因此，對(duì)于多目標(biāo)的地面站調(diào)度問題而言，也是一個(gè)非線性規(guī)劃問題。現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于線性混合整數(shù)規(guī)劃(MILP，Mixed Integer Linear Programming)問題，可以用ILOG CPLEX或其他求解工具進(jìn)行求解，但是對(duì)于非線性混合整數(shù)規(guī)劃(MINLP，MixedInteger Nonlinear Programming)問題，目前沒有可用的求解工具求解。

現(xiàn)有技術(shù)中用來解決星地時(shí)間同步規(guī)劃方法中，規(guī)劃模型采用的是簡單的啟發(fā)式模型，在全球系統(tǒng)下現(xiàn)有模型已無法高效地利用星地可見資源，難以滿足所有衛(wèi)星的時(shí)間同步需求。算法主要有兩種：基于規(guī)則的啟發(fā)式算法和演化算法。基于規(guī)則的啟發(fā)式算法，如先到先服務(wù)算法(First-In-First-Served Algorithm，F(xiàn)IFSA)提高了地面資源緊缺時(shí)的資源利用率，但是啟發(fā)式調(diào)度算法只是得到了某一個(gè)可行解，沒有對(duì)所有優(yōu)化目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。演化算法通過不斷組合各個(gè)規(guī)劃周期內(nèi)的元任務(wù)來進(jìn)行演化搜索，通過不斷的迭代從而得到非支配解。雖然演化算法可針對(duì)多目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，但此算法有以下兩個(gè)缺點(diǎn)：一是搜索空間較大，如果要得到較優(yōu)解，耗時(shí)較大；二是得到的是一組解集，用戶還需要從一組解中進(jìn)行選擇，不利于工程中的實(shí)際應(yīng)用。因此，必須研究新的規(guī)劃方法來求解星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃這一復(fù)雜問題。

隨著天上衛(wèi)星的增多，地面天線資源有限，而星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃問題是一個(gè)復(fù)雜的有多個(gè)決策變量需要考慮的復(fù)雜問題，怎樣降低計(jì)算復(fù)雜度，又能充分高效利用天上衛(wèi)星和地面天線資源，就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種搜索空間小，計(jì)算時(shí)間短且能充分利用衛(wèi)星和地面資源的導(dǎo)航系統(tǒng)星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種導(dǎo)航系統(tǒng)星地時(shí)間同步任務(wù)規(guī)劃方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：將輸入的規(guī)劃時(shí)段planHorizon均勻地劃分為N個(gè)規(guī)劃周期；