[發(fā)明專利]基于模擬退火算法的多星任務調(diào)度方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110894289.6
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113919122A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 靳鵬;李康;胡笑旋;馬華偉;夏維;唐奕城;張萍
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F9/48;G06F111/06
• 代理公司: 北京久誠知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 11542
• 代理人: 余罡

1.一種基于模擬退火算法的多星任務調(diào)度方法，其特征在于，包括：

S1、獲取衛(wèi)星集合和待觀測任務集合，所述待觀測任務集合包括常規(guī)任務和應急任務；

S2、根據(jù)所述衛(wèi)星集合和待觀測任務集合，構建多目標任務的多項任務調(diào)度模型，獲取多星任務調(diào)度的全局最優(yōu)解；

S3、將當前全局最優(yōu)解中的應急任務加入封鎖域，在不改變封鎖域內(nèi)已規(guī)劃的應急任務的前提下，采用模擬退火算法更新當前全局最優(yōu)解，并在模擬退火結束后輸出最終的多星任務調(diào)度方案。

2.如權利要求1所述的多星任務調(diào)度方法，其特征在于，所述S3具體包括：

S31、設定初始溫度、初始等溫步長和終止溫度，采用自調(diào)節(jié)策略更新初始溫度，將更新后的初始溫度作為當前溫度，將所述初始等溫步長作為當前等溫步長，令g＝0；

S32、判斷當前溫度是否大于所述終止溫度，若是，則令r＝1，轉S33；否則，轉S37；

S33、判斷r是否不大于當前等溫步長，若是，則轉入S34；否則，轉入S36；

S34、將當前全局最優(yōu)解中的應急任務加入封鎖域，在不改變所述封鎖域內(nèi)已規(guī)劃的應急任務的前提下，執(zhí)行鄰域解生成策略獲取鄰域解；

S35、執(zhí)行多準則決策判斷是否接受當前鄰域解，若接受，則將該當前鄰域解中的新規(guī)劃應急任務放入所述封鎖域中，更新所述封鎖域，并使用當前鄰域解更新當前全局最優(yōu)解，令r＝r+1，轉S33；否則，令r＝r+1，直接轉S33；

S36、令g＝g+1，執(zhí)行動態(tài)等溫步長策略更新當前等溫步長，并更新當前溫度，轉S32；

S37、模擬退火結束，輸出當前全局最優(yōu)解對應的多星任務調(diào)度方案。

3.如權利要求1～2任一項所述的多星任務調(diào)度方法，其特征在于，

所述S2中多目標任務的多項任務調(diào)度模型包括，

表示最大化觀測收益的第一目標函數(shù)：

其中，S＝{s₁,…,s_i,…,s_m}表示衛(wèi)星集合，共包括m個衛(wèi)星；T＝{t₁,…,t_j,…,t_n}表示待觀測任務集合，共包括n個任務；表示觀測任務t_j在衛(wèi)星s_i上的第w個可見時間窗，共包括k個可見時間窗；P_j表示任務t_j的觀測收益；X_ijw表示決策變量；

公式(2)表示任務t_j是否在衛(wèi)星s_i的第w個時間窗進行觀測的0-1二元變量；

表示最小化擾動的第二目標函數(shù)：

其中，f_d表示不同類型擾動的權重，共包括D種類型擾動；disturb_d(t_j)表示任務t_j對衛(wèi)星集合中原任務序列產(chǎn)生的第d種擾動類型；

約束條件:

OTS_ij+dur_ij＝OTE_ij (6)

OTE_ij+tr_ij,i(j+1)≤OTS_i(j+1) (7)

其中，公式(4)表示一個任務最多被觀測一次；

公式(5)表示任務觀測所要滿足的時間窗要求，表示任務t_j在衛(wèi)星s_i上的第w個可見時間窗的開始時間，表示任務t_j在衛(wèi)星s_i上的第w個可見時間窗的結束時間，OTS_ij、OTS_i(j+1)分別表示任務t_j、t_j+1在衛(wèi)星s_i上的實際觀測開始時間，OTE_ij表示任務t_j在衛(wèi)星s_i上的實際觀測結束時間；

公式(6)表示任務的觀測時間窗和任務觀測持續(xù)時間的關系，dur_ij表示任務t_j在衛(wèi)星s_i上的觀測持續(xù)時間；

公式(7)表示任務序列中兩個連續(xù)觀測任務之間需要滿足時間轉換要求，tr_ij,i(j+1)表示衛(wèi)星s_i上相鄰兩個觀測任務t_j與t_j+1之間的姿態(tài)轉換時間；

公式(8)表示任務t_j、t_j+1之間轉換時間的計算方式，θ_i(j+1)、θ_ij分別表示衛(wèi)星s_i上觀測任務t_j、t_j+1的觀測角度，v_i表示衛(wèi)星s_i進行姿態(tài)轉換時的轉換速度；

公式(9)、(10)分別表示任務觀測的容量約束和能量約束，c_j表示觀測任務t_j消耗的存儲，e_j表示觀測任務t_j消耗的能量，C_i表示衛(wèi)星s_i的最大存儲，E_i表示衛(wèi)星s_i的最大能量。