CN104113368B - 基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，该方法包括：根据卫星与天线设备资源能力约束来分配天线设备；根据卫星与记录设备资源能力约束、记录设备原始数据实时上传能力约束以及记录设备快视能力约束来分配记录设备；以及根据卫星与信道资源能力约束、天线设备与信道设备资源能力约束以及记录设备与信道设备资源能力约束为任务分配信道设备。本发明无需人为为每个卫星数据接收任务指定记录设备和信道设备，地面接收站网工作人员无需为每个卫星数据接收任务逐一手动分配地面接收设备，大大提高了工作人员的工作效率。利用本发明，大大提高了地面接收站网对于突发任务的响应能力，本发明与传统方法相比具备非常高的计算效率。
Description
技术领域
本发明涉及航天地面接收领域，是一种基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法。
背景技术
基于接收资源逻辑能力约束的地面接收资源分配方法面向卫星数据接收任务和星地资源能力约束，根据各项资源约束条件计算各个任务需要的天线设备、记录设备以及信道设备，完成地面接收资源的分配，指导各个地面接收站完成卫星数据接收任务。
传统的地面接收资源分配仅针对天线设备，未考虑星地资源约束逻辑能力，其记录设备和信道设备需要地面接收站工作人员人工设置，在卫星接收任务比较少的情况下，此方法可行。但当同时过境的卫星数据接收任务比较多，地面接收资源使用冲突加剧，又由于星地资源相互之间的约束逻辑关系复杂，人工设置不仅使的工作人员工作量繁重，更重要的是已无法保证记录设备和信道设备能够最有效的被利用，从而导致卫星数据无法更多、更快速的回传。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，在综合考虑星地资源约束逻辑能力的基础上，无冲突地为每个卫星数据接收任务分配天线设备、记录设备以及信道设备，指导各地面接收站高效完成卫星数据接收任务。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，该方法包括：根据卫星与天线设备资源能力约束来分配天线设备；根据卫星与记录设备资源能力约束、记录设备原始数据实时上传能力约束以及记录设备快视能力约束来分配记录设备；以及根据卫星与信道资源能力约束、天线设备与信道设备资源能力约束以及记录设备与信道设备资源能力约束为任务分配信道设备。
上述方案中，所述根据卫星与天线设备资源能力约束来分配天线设备，包括：根据卫星与天线设备逻辑能力约束和天线设备被占用的情况计算当前任务TaskCurr所需的天线设备AntennaCurr，当前任务TaskCurr接收开始时间RecStartcurr，当前任务TaskCurr接收结束时间RecEndcurr。
上述方案中，所述根据卫星与天线设备逻辑能力约束和天线设备被占用的情况计算当前任务TaskCurr所需的天线设备AntennaCurr，当前任务TaskCurr接收开始时间RecStartcurr，当前任务TaskCurr接收结束时间RecEndcurr，包括：
步骤11：针对需要分配资源的当前任务TaskCurr，根据该当前任务的卫星SatCurr和天线资源约束能力矩阵ConsForAntenna，计算与此卫星具备资源约束关系的天线资源ANTENNA_BY_SAT；其中天线资源约束能力描述如下：
其中Antennai代表第i个天线，i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，aij代表Antennai和Satj的连接关系；
在天线资源约束能力矩阵ConsForAntenna中根据当前任务的卫星SatCurr所在第K列，计算与此卫星具备资源约束关系的天线资源如下：
ANTENNA_BY_SAT＝{Antennai|i∈[0，n]，aik＝1}；
步骤12：针对当前任务TaskCurr的计划开始时间PlanStartCurr、计划结束时间PlanEndCurr，对比其他任务TASK_OTHER＝{taski|i∈[0，l]，i≠curr}的接收开始时间、接收结束时间，计算其他任务占用的天线资源集合：
ANTENNA_BY_OTHER_TASK＝
{Antennai|planStartCurr≤RecEndi+SwitchTime，planEndCurr
≥RecStarti+SwitchTime，i∈[0，l]，i≠curr}
其中SwitchTime为天线切换时间；
步骤13：根据原始可用天线资源ANTENNA_BY_SAT和其他任务占用的天线资源ANTENNA_BY_OTHER_TASK计算该当前任务可使用的有效天线资源集合ENABLE_ANTENNA，计算方法如下：
ENABLE_ANTENNA＝
ANTENNABYSAT-ANTENNA_BY_OTHER_TASK；
步骤14：判断该有效可用天线资源集合ENABLE_ANTENNA的占用情况，若该有效可用天线资源集合ENABLE_ANTENNA为非空集合，则采用随机算法计算此任务的天线资源；若该有效可用天线资源集ENABLE_ANTENNA为空集，说明天线资源都被占用，不能接收此卫星的整轨数据，则通过缩短此任务的接收起止时间，达到利用某一天线接收部分轨卫星数据的目的。
上述方案中，所述根据卫星与记录设备资源能力约束、记录设备原始数据实时上传能力约束以及记录设备快视能力约束来分配记录设备，具体包括：
步骤21：在卫星与记录设备矩阵ConsForRecorder中根据SatCurr所在第k列计算具备卫星连接关系的记录设备资源集合RECORDER_BY_SAT＝{Recorderi|i∈[0，n]，rik＝1}；
步骤22：获取当前任务TaskCurr对记录设备的传输要求RequireCurr＝(IsOriDataReal，IsQuickData)；
步骤23：在卫星与原始数据实时上传记录设备矩阵ConsForOriRecorder根据SatCurr所在第k列计算具备原始数据实时上传能力的记录设备资源RECORDER_BY_ORIREAL；
步骤24：在卫星与快视数据上传记录设备矩阵ConsForQuickRecorder根据SatCurr所在第k列计算具备原始数据实时上传能力的记录设备资源RECO片DER_BY_QUICK；
步骤25：计算满足记录设备要求传输要求RequireCurr的记录设备资源；
步骤26：针对当前任务TaskCurr的接收开始时间RecStartCurr、接收结束时间RecEndCurr，对比其他任务TASK_OTHER＝{taski|i∈[0，l]，i≠curr}的接收开始时间、接收结束时间，计算其他任务占用的记录设备资源RECORDER_BY_OTHER；
步骤27：计算当前任务可使用的有效记录设备集合
ENABLE_RECORDER＝
RECORDER_BY_SAT∩RECORDER_BY_ORIREAL∩
RECORDER_BY_QUICK-RECORDER_BY_OTHER。
上述方案中，所述根据卫星与信道资源能力约束、天线设备与信道设备资源能力约束以及记录设备与信道设备资源能力约束为任务分配信道设备，其前提在于为当前任务TaskCurr安排了天线设备AntennaCurr和记录设备RecorderCurr，则计算信道设备ChannelCurr的方法如下：
步骤31：卫星与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel1根据SatCurr所在第k列计算与卫星SatCurr具备资源约束关系的信道设备资源CHANNEL_BY_SAT＝{Channeli|i∈[0，n]，satChik＝1}；
步骤32：天线与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel2根据AntennaCurr所在第k列计算与天线AntennaCurr具备资源约束能力的信道资源CHANNEL_BY_ANTENNA＝{Channeli|i∈[0，n]，antennaChik＝1}；
步骤33：记录设备与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel3根据RecorderCurr所在第k列计算与记录设备RecorderCurr具备资源约束能力的信道资源
CHANNEL_BY_RECORDER＝{Channeli|i∈[0，n]，recorderChik＝1}；
步骤34：计算当前任务可使用的信道资源ChannelCurr。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，首先利用卫星与天线设备资源能力约束分配天线设备，然后综合利用卫星与记录设备资源能力约束、记录设备原始数据实时上传能力约束以及记录设备快视能力约束分配记录设备，最后在考虑前两个步骤分配的天线设备和记录设备基础上，利用卫星与信道资源能力约束、天线设备与信道设备资源能力约束以及记录设备与信道设备资源能力约束为任务分配信道设备。与传统的地面接收资源分配方法相比，本发明方法将地面接收设备，包括天线、信道以及记录设备全部纳入自动分配的范畴内，无需人为为每个卫星数据接收任务指定记录设备和信道设备，地面接收站网工作人员无需为每个接收任务逐一分配地面接收设备，大大提高了工作人员的工作效率。
2、利用本发明，可以快速地为每个卫星数据接收任务，包括应急卫星数据接收任务，分配天线、信道以及记录设备，大大提高了地面接收站网对于突发任务的响应能力，本发明与传统方法相比具备非常高的计算效率。
附图说明
图1是本发明提供的基于接收资源能力约束的卫星数据接收站网任务规划方法的流程图。
图2是依照本发明实施例的基于接收资源能力约束的卫星数据接收站网任务规划方法的流程图。
图3是图2中计算当前任务的天线设备、接收起止时间的方法流程图。
图4是图2中计算当前任务的记录设备的方法流程图。
图5是图2中计算当前任务的信道设备的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本文中涉及的主要参数说明：
设任务集合TASK＝{taski|i∈[0，l]，l＞0}；
任务用八元组表示task＝(Sat，PlanStart，PlanEnd，RecStart，RecEnd，Antenna，Recorder，Channel)；
Sat代表任务所属卫星，为任务的固有属性；
PlanStart代表任务的计划开始时间，为任务的固有属性；
PlanEnd代表任务的计划结束时间，为任务的固有属性；
RecStart代表任务安排资源完毕的接收开始时间；
RecEnd代表任务安排资源完毕的接收结束时间；
Antenna代表任务安排的天线资源；
Recarder代表任务安排的记录器资源；
Channe]代表任务安排的信道资源；
待分配资源的第curr个任务TaskCurr＝(SatCurr，PlanStartCurr，PlanEndCurr，RecStartCurr，RecEndCurr，AntennaCurr，RecorderCurr，ChannelCurr)，其中curr∈[0，l]，l＞0。
如图1-图5所示，本发明提供的基于接收资源能力约束的卫星数据接收站网任务规划方法，包含以下步骤：
步骤1：根据卫星与天线设备资源能力约束来分配天线设备；
根据卫星与天线设备逻辑能力约束和天线设备被占用的情况计算当前任务TaskCurr所需的天线设备AntennaCurr，当前任务TaskCurr接收开始时间RecStartcurr，当前任务TaskCurr接收结束时间RecEndcurr，如图2所示，该计算当前任务的天线设备、接收开始时间和接收结束时间步骤具体包含以下步骤：
步骤A：根据卫星与天线资源约束能力矩阵ConsForAntenna计算具备能力的天线设备资源集合ANTENNA_BY_SAT，其中天线资源约束能力ConsForAntenna描述如下：
其中Antennai代表第i个天线，i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，aij代表Antennai和Satj的连接关系；
在矩阵ConsForAntenna中根据当前任务的卫星SatCurr所在第K列，计算与此卫星具备资源约束关系的天线资源集合如下：
ANTENNA_BYSAT＝{Antennai|i∈[0，n]，aik＝1}
步骤B：计算其他任务占用的天线资源ANTENNA_BY_OTHER_TASK
其中，其他任务表示如下：
TASK_OTHER＝{taski|i∈[0，l]，i≠curr}
其他任务占用的天线资源集合
ANTENNA_BY_OTHER_TASK＝
{Antennai|planStartCurr≤RecEndi+SwitchTime，planEndCurr
≥RecStarti+SwitchTime，i∈[0，l]，i≠curr}
其中SwitchTime为天线切换时间；
步骤C：根据步骤A和步骤B的计算结果，计算当前任务可使用的有效天线资源集合ENABLE_ANTENNA，计算方法如下：
ENABLE_ANTENNA＝
ANTENNABYSAT-ANTENNA_BY_OTHER_TASK。
步骤D：判断有效天线资源集合ENABLE_ANTENNA是否为空集，若ENABLE_ANTENNA为空集，则转到步骤F，否则转到步骤E。
步骤E：若ENABLE_ANTENNA为非空集合，则采用随机算法计算此任务的天线资源以及接收的起止时间；
AntennaCurr＝Random(ENABLE_ANTENNA)，其中Random(.)表示随机选择接收资源的操作；
RecStartcurr＝planStartCurr，此任务计划的开始时间作为接收的开始时间；
RecEndcurr＝planEndCurr，此任务计划的结束时间作为接收的结束时间。
步骤F：若ENABLE_ANTENNA为空集合，则采用随机算法从ANTENNA_BY_SAT中选择一天线作为当前任务的天线；
AntennaCurr＝Random(ANTENNA_BY_SAT)；
步骤G：根据其他任务的接收起止时间和当前任务TaskCurr的计划起止时间计算与TaskCurr有交叉且占用天线AntennaCurr的冲突任务TaskColl。
步骤H：判断TaskCurr与TaskColl的交叉类型，
若交叉类型满足说明当前任务的时间段被TaskColl的接收起止时间覆盖，不能为TaskCurr分配AntennaCurr，那么此任务不能分配资源。
若交叉类型满足或planEndCurr＜RecStartColl，则设置当前任务TaskCurr的接收起止时间为：
接收开始时间：RecStartCurr＝RecEndColl+SwitchTime，其中SwitchTime为AntennaCurr的天线切换时间。
接收结束时间：RecEndCurr＝PlanEndCurr
若交叉类型满足或planStartCurr＞RecEndColl，则设置当前任务TaskCurr的接收起止时间为：
接收开始时间：RecStartCurr＝planStartCurr，
接收结束时间：RecEndCurr＝RecEndCall+SwitchTime；
步骤2：根据卫星与记录设备资源能力约束、记录设备原始数据实时上传能力约束以及记录设备快视能力约束来分配记录设备；
步骤A：在卫星与记录设备矩阵ConsForRecorder中根据SatCurr所在第k列计算具备卫星连接关系的记录设备资源集合RECORDER_BY_SAT＝{Recorderi|i∈[0，n]，rik＝1}；
记录器与卫星的资源约束关系描述如下：
其中其中Recorderi代表第i个记录器，其中i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，rij代表Recorderi和Satj的连接关系。
设当前任务的SatCurr所在矩阵ConForRecorder在第k列，那么与卫星SatCurr具备资源约束关系的记录设备集合RECORDER_BY_SAT＝{Recorderi|i∈[0，n]，rik＝1}。
步骤B：获取当前任务TaskCurr对记录设备的传输要求RequireCurr＝(IsOriDataReal，IsQuickData)；其中，
RequireCurr＝(IsOriDataReal，IsQuickData)，其中，IsOriDataReal描述如下：
IsQuickData描述如下：
若IsOriDataReal＝1，说明需要实时传输原始数据，需选取具备实时传输原始数据能力的记录设备集合RECORDER_BY_ORIREAL；若IsOriDataReal＝0，则不考虑是否具备此能力的记录器，将RECORDER_BY_SAT等同于RECORDER_BY_ORIREAL。转到步骤C。
若IsQuickData＝1，说明需要传输快视数据，需选取具备传输快视数据能力的记录设备集合RECORDER_BY_QUICK；若IsQuickData＝0，则不考虑是否具备此能力的记录器，将RECORDER_BYSAT等同于RECORDER_BY_QUICK。转到步骤D。
步骤C：在卫星与原始数据实时上传记录设备矩阵ConsForOriRecorder根据SatCurr所在第k列计算具备原始数据实时上传能力的记录设备资源RECORDER_BY_ORIREAL。
其中ConsForOriRecorder为卫星与原始数据实时上传记录设备资源约束矩阵。描述如下：
其中Recorderi代表第i个记录器，其中i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，oriRij代表Recorderi对Satj是否具备上传原始数据的能力。
若IsOriDataReal＝1，则设当前任务的SatCurr所在矩阵ConsForOriRecorder第k列，那么
RECORDER_BY_ORIREAL＝{Recorderi|i∈[0，n]，oriRik＝1}，
若IsOriDataReal＝0，则
RECORDER_BY_ORIREAL＝
{Recorderi|i∈[0，n]，Recorderi∈RECORDER_BY_SAT}
步骤D：在卫星与快视数据上传记录设备矩阵ConsForQuickRecorder根据SatCurr所在第k列计算具备原始数据实时上传能力的记录设备资源RECORDER_BY_QUICK。
其中ConsForQuickRecorder为卫星与快视上传记录设备资源约束矩阵。描述如下：
其中Recorderi代表第i个记录器，其中i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，quickRij代表Recorderi对Satj是否具备非实时上传快视数据的能力。
若IsQuickData＝1，则设当前任务的SatCurr所在矩阵ConsForQuickRecorder第k列，那么
RECORDER_BY_QUICK＝{Recorderi|i∈[0，n]，quickRik＝1}，
若IsQuickData＝0，则
RECORDER_BY_QUICK＝
{Recorderi|i∈[0，n]，Recorderi∈RECORDER_BY_SAT}
步骤E：在步骤A、B、C、D的基础上计算满足记录设备要求传输要求RequireCurr的记录设备资源：
RECORDER_CROSS＝RECORDER_BY_SAT∩RECORDER_BY_ORIREAL∩
RECORDER_BY_QUICK
步骤F：针对当前任务TaskCurr的接收开始时间RecStartCurr、接收结束时间RecEndCurr，对比其他任务TASK_OTHER＝{taski|i∈[0，l]，i≠curr}的接收开始时间、接收结束时间，计算其他任务占用的记录设备资源。
针对当前任务TaskCurr的接收开始时间RecStartCurr、接收结束时间RecEndCurr，对比其他任务TASK_OTHER＝{taski|i∈[0，l]，i≠curr}的接收开始时间、接收结束时间，计算其他任务占用的记录设备资源，
RECORDER_BY_OTHER＝
{Recorderi|RecStartCurr≤RecEndi，RecEndCurr≥RecStarti，i
∈[0，l]，i≠curr}
步骤G：在步骤E和步骤F的基础上计算当前任务可使用的有效记录设备集合ENABLE_RECORDER。
ENABLE_RECORDER＝
RECORDER_BY_SAT∩RECORDER_BY_ORIREAL∩RECORDER_BY_QUICK-RECORDER_BY_OTHER。
若ENABLE_RECORDER为非空集合，则采用随机算法选取某一记录器RecorderCurr＝Random(ENABLE_RECORDER)
若ENABLE_RECORDER为空集合，则说明此任务无可用记录设备资源，那么此任务不能被安排。
步骤3：根据卫星与信道资源能力约束、天线设备与信道设备资源能力约束以及记录设备与信道设备资源能力约束为任务分配信道设备；该步骤的前提在于为当前任务TaskCurr安排了天线设备AntennaCurr和记录设备RecorderCurr，则计算信道设备ChannelCurr的方法如下：
步骤A：根据卫星与信道设备资源能力约束矩阵ConsForChannel1计算具备能力的信道设备CHANNEL_BY_SAT
其中
其中Channeli代表第个i信道，Satj代表第j个卫星，satChij代表Channeli和Satj的连接关系。
设当前任务的SatCurr所在矩阵ConsForChannel1在第k列，那么与卫星SatCurr具备资源约束关系的信道设备集合CHANNEL_BY_SAT。
CHANNEL_BY_SAT＝{Channeli|i∈[0，n]，satChik＝1}。
步骤B：根据天线与信道资源能力约束矩阵ConsForChannel2计算具备能力的信道设备CHANNEL_BY_ANTENNA。
其中
其中Channeli代表第个i信道，Antennaj代表第j个天线，antennaChij代表Channeli和Antennaj的连接关系。
设当前任务分配的天线AntennaCurr所在矩阵ConsForChannel2第k列，那么与天线AntennaCurr具备资源约束关系的信道设备集合CHANNEL_BY_ANTENNA。
CHANNEL_BY_ANTENNA＝{Channeli|i∈[0，n]，antennaChik＝1}。
步骤C：根据记录设备与信道资源能力约束矩阵ConsForChannel3计算具备能力的信道设备CHANNEL_BY_RECORDER。
其中，
其中Channeli代表第个i信道，Recorderj第j个记录器，recorderChij代表Channeli和Recorderj的资源约束关系。
设当前任务分配的记录器RecorderCurr所在矩阵ConsForChannel3第k列，那么与信道RecorderCurr具备资源约束关系的信道设备集合CHANNEL_BY_RECORDER。
CHANNEL_BY_RECORDER＝{Channeli|i∈[0，n]，recorderChik＝1}
步骤D：根据步骤A、B、C、计算当前任务可使用的有效信道资源ENABLE_CHANNEL
ENABLE_CHANNEL＝CHANNEL_BY_SAT∩CHANNEL_BY_ANTENNA
∩CHANNEL_BY_RECORDER-CHANNEL_BY_OTHER。
其中CHANNEL_BY_OTHER＝
{Channeli|RecStartCurr≤RecEndi，RecEndCurr≥RecStarti，i
∈[0，l]，i≠curr}
步骤E：判断ENABLE_CHANNEL是否为非空集合，若是非空集合，则随机选择一信道作为当前任务的信道
ChannelCurr＝Random(ENABLE_CHANNEL)
若是空集合，则说明此任务无可用信道资源，那么此任务不能安排。
实施例
选取同时过密云站的5个卫星数据接收任务，密云站的天线设备包含MY12_1、MY11_1以及MY06_1，记录设备包含MY_DASA、MY_DASB以及MY_DASD，信道设备包含MY_640M_01、MY_640M_02以及MY_U_5。
5个在时间上交叉的任务具体参数如下表所示：
卫星与天线设备资源约束如下表所示：
| 卫星 | MY12_1 | MY11_1 | MY06_1 |
| HJ-1A | 是 | 否 | 否 |
| HJ-1C | 是 | 否 | 否 |
| SJ-9A | 是 | 否 | 否 |
| SJ-9B | 是 | 否 | 否 |
| HJ-1B | 是 | 否 | 否 |
卫星与记录设备资源约束如下表所示：
卫星与信道设备资源约束如下表所示：
| 卫星 | MY_640M_01 | MY_640M_02 | MY_U_05 |
| HJ-1A | 是 | 是 | 否 |
| HJ-1C | 否 | 否 | 是 |
| SJ-9A | 否 | 否 | 是 |
| SJ-9B | 是 | 否 | 否 |
| HJ-1B | 是 | 否 | 否 |
天线与信道设备资源约束如下表所示：
| 天线 | MY_640M_01 | MY_640M_02 | MY_U_05 | 天线切换时间 |
| MY12_1 | 是 | 是 | 是 | 240秒 |
| MY11_1 | 否 | 否 | 是 | 240秒 |
记录设备与信道设备资源约束如下表所示：
| 天线 | MY_640M_01 | MY_640M_02 | MY_U_05 |
| MY_DASA | 是 | 是 | 是 |
| MY_DASB | 是 | 是 | 是 |
| MY_DASD | 是 | 是 | 是 |
在综合利用以上资源约束能力的基础上，计算的各个任务需要天线设备、记录设备以及信道设备如下表所示，其中Task2因为资源不满足而没有安排。
上述应用实例结果表明，本发明提供的基于接收资源逻辑能力约束的地面接收资源分配方法，首先利用卫星与天线设备资源能力约束分配天线设备，然后综合利用卫星与记录设备资源能力约束、记录设备原始数据实时上传能力约束以及记录设备快视能力约束分配记录设备，最后考虑前两个步骤分配的天线设备和记录设备基础上，利用卫星与信道资源能力约束、天线设备与信道设备资源能力约束以及记录设备与信道设备资源能力约束为任务分配信道设备。与传统的地面接收资源分配方法相比，本发明方法将地面接收设备，包括天线、信道以及记录设备全部纳入自动分配的范畴内，无需人为为每个卫星数据接收任务指定记录设备和信道设备，消除了地面接收站网工作人员手动分配地面接收设备的资源冲突度，大大提高了工作人员的工作效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，该方法包括：
根据卫星与天线设备资源能力约束来分配天线设备；
根据卫星与记录设备资源能力约束、记录设备原始数据实时上传能力约束以及记录设备快视能力约束来分配记录设备；以及
根据卫星与信道资源能力约束、天线设备与信道设备资源能力约束以及记录设备与信道设备资源能力约束为任务分配信道设备；
其中，所述根据卫星与天线设备资源能力约束来分配天线设备，包括：根据卫星与天线设备逻辑能力约束和天线设备被占用的情况计算当前任务所需的天线设备，当前任务接收开始时间，当前任务接收结束时间，具体为：
步骤11：针对需要分配资源的当前任务，根据该当前任务的卫星和天线资源约束能力矩阵ConsForAntenna，计算与此卫星具备资源约束关系的天线资源ANTENNA_BY_SAT；其中天线资源约束能力描述如下：
<mrow>
<mi>C</mi>
<mi>o</mi>
<mi>n</mi>
<mi>s</mi>
<mi>F</mi>
<mi>o</mi>
<mi>r</mi>
<mi>A</mi>
<mi>n</mi>
<mi>t</mi>
<mi>e</mi>
<mi>n</mi>
<mi>n</mi>
<mi>a</mi>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>a</mi>
<mn>00</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<mn>...</mn>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>a</mi>
<mrow>
<mn>0</mn>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>...</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>...</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>...</mn>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>a</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mn>0</mn>
</mrow>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<mn>...</mn>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>a</mi>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中Antennai代表第i个天线，i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，aij代表Antennai和Satj的连接关系；
在天线资源约束能力矩阵ConsForAntenna中根据当前任务的卫星所在第K列，计算与此卫星具备资源约束关系的天线资源如下：
ANTENNA_BY_SAT＝{Antennai|i∈[0，n]，aik＝1}；
步骤12：针对当前任务的计划开始时间PlanStartCurr、计划结束时间PlanEndCurr，对比其他任务TASK_OTHER＝{taski|i∈[0，l]，i≠curr}的接收开始时间、接收结束时间，计算其他任务占用的天线资源集合：
ANTENNA_BY_OTHER_TASK＝
{Antennai|planStartCurr≤RecEndi+switchTime，planEndCurr
≥RecStarti|SwitchTime，ic[0，l]，i≠curr}
其中SwitchTime为天线切换时间；
步骤13：根据原始可用天线资源ANTENNA_BY_SAT和其他任务占用的天线资源ANTENNA_BY_OTHER_TASK计算该当前任务可使用的有效天线资源集合ENABLE_ANTENNA，计算方法如下：
ENABLE_ANTENNA＝
ANTENNABYSAT ANTENNA_BY_OTHER_TASK；
步骤14：判断该有效可用天线资源集合ENABLE_ANTENNA的占用情况，若该有效可用天线资源集合ENABLE_ANTENNA为非空集合，则采用随机算法计算此任务的天线资源；若该有效可用天线资源集ENABLE_ANTENNA为空集，说明天线资源都被占用，不能接收此卫星的整轨数据，则通过缩短此任务的接收起止时间，达到利用某一天线接收部分轨卫星数据的目的。
2.根据权利要求1所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤14中所述若该有效可用天线资源集合ENABLE_ANTENNA为非空集合，则采用随机算法计算此任务的天线资源，具体包括：
设置此任务的天线资源为AntennaCurr＝Random(ENABLE_ANTENNA)，其中Random(.)表示随机选择接收资源的操作，并设置此任务的接收起止时间如下：
RecStartcurr＝planStartCurr，此任务计划的开始时间作为接收的开始时间；
RecEndcurr＝planEndCurr，此任务计划的结束时间作为接收的结束时间。
3.根据权利要求1所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤14中所述若该有效可用天线资源集ENABLE_ANTENNA为空集，则通过缩短此任务的计划起止时间，达到利用某一天线接收部分轨卫星数据的目的；具体包括：
步骤141：采用随机算法选取集合ANTENNA_BY_SAT的天线AntennaCurr＝Random(ANTENNA_BY_SAT)；
步骤142：根据其他任务的接收起止时间和当前任务TaskCurr的计划起止时间计算与TaskCurr有交叉且占用天线AntennaCurr的冲突任务TaskColl，Coll∈[0，l]，l>0，其接收开始时间为RecStartColl，接收结束时间RecEndColl；根据当前任务TaskCurr的计划起止时间planStartCurr，planEndCurr和TaskColl的接收起止时间RecStartColl，RecEndColl计算当前任务TaskCurr与TaskColl在时间上的交叉类型。
4.根据权利要求3所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤142中所述根据当前任务TaskCurr的计划起止时间planStartCurr，planEndCurr和TaskColl的接收起止时间RecStartColl，RecEndColl计算当前任务TaskCurr与TaskColl在时间上的交叉类型，具体包括：
A)若交叉类型满足说明当前任务的时间段被TaskColl的接收起止时间覆盖，不能为TaskCurr分配AntennaCurr；
B)若交叉类型满足或planEndCurr<RecStartColl，则设置当前任务TaskCurr的接收起止时间为：
接收开始时间：RecStartCurr＝RecEndColl+SwitchTime，其中SwitchTime为AntennaCurr的天线切换时间；
接收结束时间：RecEndCurr＝PlanEndCurr；
C)若交叉类型满足
planStartCurr>RecEndColl，则设置当前任务TaskCurr的接收起止时间为：
接收开始时间：RecStartCurr-planStartCurr，
接收结束时间：RecEndCurr＝RecEndColl+SwitchTime。
5.根据权利要求1所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，所述根据卫星与记录设备资源能力约束、记录设备原始数据实时上传能力约束以及记录设备快视能力约束来分配记录设备，具体包括：
步骤21：在卫星与记录设备矩阵ConsForRecorder中根据当前任务的卫星所在第k列计算具备卫星连接关系的记录设备资源集合RECORDER_BY_SAT＝{Recorderi|i∈[0，n]，rik＝1}；
步骤22：获取当前任务对记录设备的传输要求RequireCurr＝(IsOriDataReal，IsQuickData)；
步骤23：在卫星与原始数据实时上传记录设备矩阵ConsForOriRecorder根据当前任务卫星所在第k列计算具备原始数据实时上传能力的记录设备资源RECORDER_BY_ORIREAL；
步骤24：在卫星与快视数据上传记录设备矩阵ConsForQuickRecorder根据当前任务卫星所在第k列计算具备原始数据实时上传能力的记录设备资源RECORDER_BY_QUICK；
步骤25：计算满足记录设备传输要求RequireCurr的记录设备资源；
步骤26：针对当前任务TaskCurr的接收开始时间RecStartCurr、接收结束时间RecEndCurr，对比其他任务TASK_OTHER＝{taski|i∈[0，l]，i≠curr}的接收开始时间、接收结束时间，计算其他任务占用的记录设备资源RECORDER_BY_OTHER；
步骤27：计算当前任务可使用的有效记录设备集合
ENABLE_RECORDER＝
RECORDER_BY_SAT∩RECORDER_BY_ORIREAL∩
RECORDER_BY_QUICK-RECORDER_BY_OTHER。
6.根据权利要求5所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤21中所述记录设备与卫星的资源约束关系描述如下：
<mrow>
<mi>C</mi>
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<mi>n</mi>
<mi>F</mi>
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</mfenced>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中其中Recorderi代表第i个记录设备，其中i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，rij代表Recorderi和Satj的连接关系。
7.根据权利要求5所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤22中所述RequireCurr＝(IsOriDataReal，IsQuickData)中，
8.根据权利要求5所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤23中所述记录设备矩阵其中
Recorderi代表第i个记录设备，其中i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，oriRij代表Recorderi对Satj是否具备上传原始数据的能力；
若IsOriDataReal＝1，说明当前任务需要具备原始数据实时传输能力的记录设备，RECORDER_BY_ORIREAL表示如下：
RECORDER_BY_ORIREAL＝{Recorderi|i∈[0，n]，oriRik＝1}；
若IsOriDataReal＝0，说明当前任务不要求记录设备具备原始数据实时传输能力的，RECORDER_BY_ORIREAL表示如下
RECORDER_BY_ORIREAL＝
{Recorderi|i∈[0，n]，Recorderi∈RECORDER_BY_SAT}。
9.根据权利要求5所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤24中所述记录设备矩阵其中其中Recorderi代表第i个记录设备，其中i∈[0，n]且n＞0，Satj代表第j个卫星，j∈[0，m]且m＞0，quickRij代表Recorderi对Satj是否具备非实时上传快视数据的能力；
若IsQuickData-1，说明TaskCurr需要上传快视数据，则需要具备快视能力的记录设备；在矩阵ConsForQuickRecorder根据当前任务的卫星所在第k列计算满足快视数据上传能力的记录设备资源：
RECORDER_BY_QUICK＝{Recorderi|i∈[0，n]，quickRik＝1}，
若IsQuickData-0，说明TaskCurr无需上传快视数据，则满足快视数据上传能力的记录设备资源表示如下：
RECORDER_BY_QUICK＝
{Recorderi|i∈[0，n]，Recorderi∈RECORDER_BY_SAT}。
10.根据权利要求5所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤26中所述其他任务占用的记录设备资源
11.根据权利要求5所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤27中所述计算当前任务可使用的有效记录设备集合，计算方法如下：
ENABLE_RECORDER＝
RECORDER_BY_SAT∩RECORDER_BY_ORIREAL
∩RECORDER_BY_QUICK-RECORDER_BY_OTHER
若ENABLE_RECORDER为非空集合，则采用随机算法选取某一记录设备RecorderCurr＝Random(ENABLE_RECORDER)；
若ENABLE_RECORDER为空集合，则说明此任务无可用记录设备资源，那么此任务不能被安排。
12.根据权利要求1所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，所述根据卫星与信道资源能力约束、天线设备与信道设备资源能力约束以及记录设备与信道设备资源能力约束为任务分配信道设备，其前提在于为当前任务TaskCurr安排了天线设备AntennaCurr和记录设备RecorderCurr，则计算信道设备ChannelCurr的方法如下：
步骤31：卫星与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel1根据当前任务的卫星所在第k列计算与具备资源约束关系的信道设备资源CHANNEL_BY_SAT＝{Channeli|i∈[0，n]，satChik＝1}；
步骤32：天线与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel2根据AntennaCurr所在第k列计算与天线AntennaCurr具备资源约束能力的信道资源CHANNEL_BY_ANTENNA＝{Channeli|i∈[0，n]，antennaChik-1}；
步骤33：记录设备与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel3根据RecorderCurr所在第k列计算与记录设备RecorderCurr具备资源约束能力的信道资源
CHANNEL_BY_RECORDER＝{Channeli|i∈[0，n]，recorderChik-1}；
步骤34：计算当前任务可使用的信道资源ChannelCurr。
13.根据权利要求12所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤31中所述卫星与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel1，描述如下：
<mrow>
<mi>C</mi>
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</mtable>
</mfenced>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中Channeli代表第个i信道，Satj代表第j个卫星，satChij代表Channeli和Satj的连接关系。
14.根据权利要求12所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤32中所述天线与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel2，描述如下：
<mrow>
<mi>C</mi>
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<mo>,</mo>
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其中Channeli代表第个i信道，Antennaj代表第j个天线，antennaChij代表Channeli和Antennaj的连接关系。
15.根据权利要求12所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤33中所述记录设备与信道设备资源约束关系矩阵ConsForChannel3，描述如下：
<mrow>
<mi>C</mi>
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<mi>F</mi>
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</mfenced>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中Channeli代表第个i信道，Recorderj第j个记录设备，recorderChij代表Channeli和Recorderj的资源约束关系。
16.根据权利要求12所述的基于接收资源能力约束的地面接收资源分配方法，其特征在于，步骤34中所述当前任务可利用的有效信道设备集合为：
ENABLE_CHANNEL＝CHANNEL_BY_SAT∩CHANNEL_BY_ANTENNA
∩CHANNEL_BY_REGORDER-CHANNEL_BY_OTHER，
其中CHANNEL_BY_OTHER＝
若ENABLE_CHANNEL为非空集合，则采用随机算法选取某一信道ChannelCurr＝Random(ENABLE_CHANNEL)；
若ENABLE_CHANNEL为空集合，则说明此任务无可用信道资源，那么此任务不能被安排。
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