[發(fā)明專利]一種敏捷衛(wèi)星的星上調(diào)度方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811023681.8
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109299861B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳宇寧;魯籍;陳盈果;劉曉路;姚鋒;邢立寧;陳英武;賀仁杰;陳成;王濤;張忠山;呂濟(jì)民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06K9/62
• 代理公司: 北京匯智勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11346
• 代理人: 石輝

本發(fā)明公開了一種敏捷衛(wèi)星的星上調(diào)度方法，該方法包括步驟100，離線訓(xùn)練：根據(jù)輸入的訓(xùn)練用的歷史數(shù)據(jù)，對樣本進(jìn)行訓(xùn)練，以輸出機(jī)器學(xué)習(xí)分類器；歷史數(shù)據(jù)包括：訓(xùn)練場景集合,每個任務(wù)場景均由一系列元任務(wù)組成；步驟200，在線調(diào)度：根據(jù)輸入的新的調(diào)度場景以及由步驟100得到的機(jī)器學(xué)習(xí)分類器，利用調(diào)度算法，獲得與新的調(diào)度場景對應(yīng)的調(diào)度方案，其中，新的調(diào)度場景由一系列元任務(wù)組成。本發(fā)明所提出的敏捷衛(wèi)星的星上調(diào)度方法在調(diào)度方案質(zhì)量和響應(yīng)時間兩方面都非常適合星上使用，能夠?yàn)榇笠?guī)模問題非常迅速的提供非常高品質(zhì)的調(diào)度方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到航空航天技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種敏捷衛(wèi)星的星上調(diào)度方法。

背景技術(shù)

多年來，在世界航空航天大國中發(fā)展自主敏捷地球觀測衛(wèi)星的研究越來越受到重視。越來越大的任務(wù)量以及快速響應(yīng)的需要正在逐步增加對衛(wèi)星自主能力的要求，以增加返回的科學(xué)數(shù)據(jù)量并減少系統(tǒng)維護(hù)和開發(fā)的費(fèi)用。著名的此類任務(wù)包括EO1天器、FireBird和OptiSAR等。NASA的EO1能夠探測和響應(yīng)地球上發(fā)生的科學(xué)研究相關(guān)的事件，如火山噴發(fā)、冰蓋的生長和消亡、云層探測以及地殼形變等等。Firebird能夠自動在星上推導(dǎo)出火災(zāi)參數(shù)，如燃燒區(qū)域的位置和大小。OptiSAR是一個來自加拿大公司UrtheCasr的星座，其能夠使得光學(xué)衛(wèi)星拍攝無云圖像，這一能力主要借助于能夠捕獲實(shí)時云信息的 SAR衛(wèi)星。

敏捷衛(wèi)星的自主性提高了地球觀測衛(wèi)星的能力，允許它們能夠更快地獲取更多的圖像。這種能力的發(fā)揮主要依靠由有效的規(guī)劃機(jī)制和調(diào)度算法機(jī)制。由于AEOS(AgileEarth Observation Satellite，敏捷地球觀測衛(wèi)星)星上調(diào)度問題是NP(Non-deterministic Polynomial，非確定性多項(xiàng)式)難題，所以幾乎所有這些算法都是啟發(fā)式和超啟發(fā)式算法。而且，這些算法一半都是被設(shè)計(jì)用于地面控制中心，無法星上使用，因?yàn)檫@些算法大多數(shù)需要龐大的計(jì)算資源，而衛(wèi)星顯然不具備這種能力。最近，有一份論文研究了AEOS星上調(diào)度問題，作者提出了一個ABB(An Anytime BranchBound，實(shí)時的分支定界)星上調(diào)度算法來解決它。ABB算法包括一個分支定界過程，這是一個精確的算法。但是這種算法非常消耗計(jì)算資源，不適用于大規(guī)模的調(diào)度問題。雖然在原工作中相應(yīng)時間較短，但是其場景規(guī)模很小，在大場景規(guī)模下這種精確搜索算法顯然無法做到星上自主調(diào)度實(shí)時響應(yīng)。

在需要接近實(shí)時響應(yīng)的情況下，快速啟發(fā)式算法顯然更合適。這方面的挑戰(zhàn)包括設(shè)計(jì)有用的啟發(fā)式規(guī)則，以確定是否應(yīng)將新任務(wù)集成到正在進(jìn)行的計(jì)劃中。由于星上的任務(wù)環(huán)境是高度動態(tài)的，可能會出現(xiàn)在地面上沒有預(yù)想的情況，因此列舉所有可能的規(guī)則以應(yīng)付各種星上場景不切實(shí)際，因?yàn)檫@些規(guī)則可能是無限多的。此外，某些規(guī)則不能或者很難通過人為設(shè)計(jì)來明確說明或者表示出來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種敏捷衛(wèi)星的星上調(diào)度方法來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷中的至少一個。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種敏捷衛(wèi)星的星上調(diào)度方法，敏捷衛(wèi)星的星上調(diào)度方法包括：

步驟100，離線訓(xùn)練：根據(jù)輸入的訓(xùn)練用的歷史數(shù)據(jù)，對樣本進(jìn)行訓(xùn)練，以輸出機(jī)器學(xué)習(xí)分類器；所述歷史數(shù)據(jù)包括：訓(xùn)練場景集合 S＝{sce₁,sce₂,…,sce_n},每個任務(wù)場景sce_i均由一系列元任務(wù)task_i.j組成，所述任務(wù)場景sce_i表示為：和

步驟200，在線調(diào)度：根據(jù)輸入的新的調(diào)度場景sce以及由所述步驟100 得到的所述機(jī)器學(xué)習(xí)分類器，利用調(diào)度算法，獲得與所述新的調(diào)度場景sce 對應(yīng)的調(diào)度方案Sol；其中，所述新的調(diào)度場景sce由一系列元任務(wù)task_k組成，k＝1……m；

其中：所述步驟100具體包括：