[發明專利]多星任務調度方法和系統

有效

• 申請號: 202010521530.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111913785B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 靳鵬;唐曉茜;胡笑旋;羅賀;王國強;馬華偉;夏維;張歆悅
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06N3/00;G06Q10/06
• 代理公司: 北京久誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11542
• 代理人: 余罡

1.一種多星任務調度方法，其特征在于，所述調度方法由計算機執行，包括：

S1、將衛星和衛星任務進行匹配，并進行編碼，得到組基因；

S2、基于預先構建的多星任務模型和所述組基因求取初始解；

S3、將所述初始解作為衛星任務種群，基于預設的兩代競爭取優算法對所述衛星任務種群進行交叉操作處理；

S4、基于多輪迭代兩點變異方法對交叉操作處理后的衛星任務種群進行變異操作處理；

S5、根據變異操作處理后的衛星任務種群獲取衛星任務調度方案；

在S2中，所述預先構建的多星任務模型，包括目標函數和約束條件，所述目標函數為：

其中：

表示第i個任務被執行的收益；

為0/1變量，當取1時，表示第i個任務在第j顆衛星的第k條軌道上被執行；當取0時，表示第i個任務不被執行；

n表示衛星數量；m表示衛星任務的數量；

β_ij表示第j顆衛星執行第i個任務時的損失值；

所述約束條件包括：

其中：

表示第i個任務在第j顆衛星的第k條軌道上執行時的觀測時間窗的結束時間；

表示第i個任務在第j顆衛星的第k條軌道上執行時的觀測時間窗的開始時間；

per_i表示第i個任務的觀測時長；

表示第j顆衛星對第i個任務在第k條軌道上的可見時間窗的開始時間；

表示第j顆衛星對第i個任務在第k條軌道上的可見時間窗的結束時間；

表示在第j顆衛星的第k條軌道上被執行的兩連續任務i和i’之間的姿態轉換時間；

Capacity_j表示第j顆衛星每條軌道的最大存儲容量；

表示第j顆衛星在第k條軌道上對第i個任務觀測所得圖像所需的儲存容量；

Res_j表示第j顆衛星每條軌道的最大能量限制；

表示第j顆衛星在第k條軌道上對第i個任務觀測成像需要的能量；

步驟S4具體包括以下步驟：

S401、對于交叉操作后的衛星任務種群，隨機選擇一條父代染色體；

S402、利用輪盤賭選擇兩個變異基因位，將選中的兩個變異基因位上的原始編碼進行變異，若原始編碼為1，則不需要變異；若原始編碼為0，則將編碼變為1；

S403、當所有的父代染色體都被選擇過后，將保留的個體根據所述約束條件進行可行性檢驗，并刪除不可行個體，保留可行個體；

S404、將可行個體作為父代染色體，轉到S402，直到變異趨于穩定為止。

2.如權利要求1所述的調度方法，其特征在于，在S1中，所述將衛星和衛星任務進行匹配并進行編碼，包括：

將衛星任務按照優先級從大到小排序并標號，用衛星將衛星任務分隔開，并采用0/1編碼方式對衛星任務進行編碼，其中：對于衛星任務T，0表示T不被觀測，1表示被T后面的第一顆衛星觀測。

3.如權利要求1所述的調度方法，其特征在于，在S3中，基于預設的兩代競爭取優算法對所述衛星任務種群進行交叉操作處理，包括：

S301、依次選擇任意兩條染色體A、B作為父代染色體；

S302、隨機產生兩顆衛星C、D，作為父代染色體的交叉點；

獲取父代染色體A中交叉點C、D中間的序列A1，和父代染色體B中交叉點C、D中間的序列B1；

將序列A1和序列B1進行交叉互換，得到兩條預備染色體；

S303、當預備染色體中交叉互換的序列和父代染色體中的原有任務有重復時，確認重復任務的編碼，若重復任務的編碼值都為0，則忽略重復；若重復任務的編碼值都為1，則選擇其中一個重復任務執行，另一個刪除；若重復任務的編碼值一個為1一個為0，則直接保留；

重復以上步驟，直至交叉互換的序列中沒有重復任務，得到兩條子代染色體；

S304、基于預設的適應度函數計算子代染色體和父代染色體的適應度值，保留適應度值最高的兩條染色體；

S305、判斷此時衛星任務種群中的染色體是否都已經兩兩組合，若是，則交叉操作結束；若否，則轉到S301。