[發明專利]基于模擬退火算法的多星任務調度方法和系統

在審

• 申請號: 202110894289.6
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113919122A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（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: 北京久誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11542
• 代理人: 余罡

本發明提供一種基于模擬退火算法的多星任務調度方法、系統、存儲介質和電子設備，涉及多星任務調度技術領域。本發明根據所述衛星集合和待觀測任務集合，構建多目標任務的多項任務調度模型，獲取多星任務調度的全局最優解；將當前全局最優解中的應急任務加入封鎖域，在不改變封鎖域內已規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解，并在模擬退火結束后輸出最終的多星任務調度方案。通過局部封鎖策略對封鎖域中已規劃應急任務進行封鎖，在后續的模擬退火過程不對封鎖的應急任務進行操作，在不影響搜索過程的基礎上保證了應急任務的調度，大大增強了應急任務的安排率，得到質量更高的多星任務調度方案。

技術領域

本發明涉及多星任務調度技術領域，具體涉及一種基于模擬退火算法的多星任務調度方法、系統、存儲介質和電子設備。

背景技術

對地觀測是國防建設的需要，如制空權、制海權、制天權、制信息權等，已成為國家綜合實力的重要標志。同時，衛星對地觀測不僅在環境災害防治、城市建設規劃、氣象預報等領域發揮重要作用，而且在考古遺跡、遙感衛星車輛巡檢、氣溶膠輻射觀測等方面的應用也更加普遍。與傳統衛星相比，敏捷衛星具有俯仰、滾動以及偏航的能力，能夠更加靈活的調整姿態來提高觀測的效率。所以，對于敏捷衛星的調度研究成為了世界各國研究的重點。

衛星對地觀測調度問題已經被證明為NP-hard問題。在實際的觀測問題中，任務的類型是多樣的，不同的敏捷衛星的觀測收益也是不同的。對于觀測目標來說，在規劃時段內有多個敏捷衛星對其可見，同時，每個敏捷衛星對觀測目標也可能存在多個觀測時間窗。所以，如何調度有限的衛星資源在有限的規劃時間段內完成對任務的合理分配是敏捷衛星調度的重點。

目前，現有的研究中較多采用模擬退火算法解決多星任務調度問題。模擬退火算法來源于固體退火原理，將固體加溫至充分高，再讓其徐徐冷卻，加溫時，固體內部粒子隨升溫變為無序狀，內能增大，而徐徐冷卻時粒子漸趨有序，在每個溫度都達到平衡態，最后在常溫時達到基態，內能減為最小。模擬退火算法是一種通用的優化算法，理論上算法具有概率的全局優化性能，如今已在多星多任務調度問題中得到了廣泛應用。

但是，由于模擬退火算法對參數敏感性強，而參數設置的合理性會顯著影響多星任務調度的方案合理性以及調度的效率，并且在多星任務調度中，應急任務的存在給調度過程增加了極大的復雜性；最終導致獲取的多星任務調度方案質量低。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于模擬退火算法的多星任務調度方法、系統、存儲介質和電子設備，解決了基于現有的模擬退火算法獲取的多星任務調度方案質量低的技術問題。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種基于模擬退火算法的多星任務調度方法，包括：

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

S2、根據所述衛星集合和待觀測任務集合，構建多目標任務的多項任務調度模型，獲取多星任務調度的全局最優解；

S3、將當前全局最優解中的應急任務加入封鎖域，在不改變封鎖域內已規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解，并在模擬退火結束后輸出最終的多星任務調度方案。

優選的，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，采用自調節策略更新初始溫度，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；