CN108090630B - 多星应急任务规划方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种多星应急任务规划方法及装置，在本发明实施例中，根据应急任务的任务完成期限及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间，之后根据最迟观测完成时间筛选用来观测应急任务的可用可见时间窗，最后在可以插入应急任务的可用可见时间窗内插入应急任务，从而将应急任务的任务完成期限应用到应急任务规划上，以保证应急任务能够在任务完成期限之前完成，与现有方案相比更加合理。另外，本发明实施例在不能直接插入应急任务时，根据冲突的优先替换度设计了冲突删除插入，实现了删除一个或一个以上的冲突任务，从而增加了应急任务和常规任务的插入机会，增加了整体方案的收益。

Description

多星应急任务规划方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及遥感监测技术领域，并且更具体地，涉及一种多星应急任务规划方法及装置。
背景技术
遥感卫星是利用星载的各种遥感器观测地面目标，获取高分辨率图像的卫星。由于遥感卫星对地观测具有覆盖地域广、持续时间长、不受空域、国界限制等优势，使其在军事侦查、环境保护等方面具有重要作用。
目前，遥感卫星资源有限，必须制定优化的观测任务规划，才能最大限度的利用卫星资源以及最大限度的观测目标，为用户提供更多的遥测信息。因此多星任务规划至关重要。
利用遥感卫星在实际观测的过程中，可能出现应急任务，需要优先对应急任务进行规划。目前对应急任务进行处理的主要方法是：首先在原规划方案中直接插入应急任务，在没有合适的时间窗可以插入应急任务的情况下，对相关的冲突任务进行移位或删除等操作，以保证应急任务能够及时被规划到原规划方案中。这种处理方式虽然能够最快的将应急任务插入到原规划方案中，但是无法保证应急任务能够在其对应的处理期限内完成，同时也无法为应急任务提供更多的插入机会。因此目前对应急任务的处理效果并不理想。
综合以上，如何有效地对应急任务进行处理，以及对多星任务进行合理规划是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种多星应急任务规划方法及装置，其能够根据应急任务的完成期限以及权重等因素，将应急任务及时、合理的规划到原规划方案中，从而提高了多星任务规划的合理性。
第一方面，提供了一种多星应急任务规划方法，，所述方法包括如下步骤：
计算每个应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
根据每个应急任务的任务完成期限以及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间；
对于每个应急任务，在当前应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于对应的最迟观测完成时间的可见时间窗，作为当前应急任务的可用可见时间窗；
对于每个应急任务的每个可用可见时间窗，判断当前可用可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第一预定时间段，若当前可用可见时间窗中存在所述第一预定时间段，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第一预定时间段内；其中所述第一预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间根据如下步骤确定：
对于每个应急任务，在地面站与每个遥感卫星的可见时间窗中，选取当前可见时间窗的结束时间早于或等于当前应急任务的完成期限的可见时间窗，作为备用下传时间窗；
对于每个遥感卫星，判断当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数是否大于1，若当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数大于1，则保留起始时间最晚的备用下传时间窗，删除当前遥感卫星对应的其余备用下传时间窗；
对于每个应急任务，当前应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间为，当前应急任务在每个遥感卫星上的备用下传时间窗的开始时间。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述方法还包括如下步骤：
对于每个应急任务，若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段，则对于当前应急任务的每个可用可见时间窗执行以下操作：
根据第一预设时间段，提前或推后占用当前可用可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
判断当前可用可见时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的所述第二预定时间段，若存在，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第二预定时间段内，其中，所述第二预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段和第二预定时间段，则对于当前应急任务执行以下操作：
根据当前应急任务的可用可见时间窗，计算当前应急任务的第一冲突任务集，其中所述第一冲突任务集包含当前应急任务在每个遥感卫星上的对应于可用可见时间窗的若干个第一冲突任务；
尝试删除每个第一冲突任务，如果删除一个第一冲突任务后，可以插入应急任务，则该第一冲突任务作为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第一冲突任务为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，直至可以确定第一特定冲突或无后续相邻的第一冲突任务；每个所述第一特定冲突包含一个或一个以上相邻执行的所述第一冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第一冲突任务的执行时间占用一个所述可用可见时间窗；
计算每个所述第一特定冲突的优先替换度，并删除优先替换度最大的所述第一特定冲突，将当前应急任务插入到删除第一特定冲突后空闲的时间段中。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述方法利用如下步骤计算所述优先替换度：
获取应急任务i在卫星j上第k个可用可见时间窗内的第l个第一特定冲突，其中第l个第一特定冲突包含第一冲突任务的个数为
Figure BDA0001554722220000021
每个第一冲突任务的权值为tvi和每个第一个冲突任务的可见时间窗个数为
Figure BDA0001554722220000022
计算每个第一冲突任务的优先替换度，其中，第一冲突任务的优先
Figure BDA0001554722220000023
计算每个第一特定冲突的优先替换度，其中，第一特定冲突的优先替换度为其包含的
Figure BDA0001554722220000024
个第一冲突任务的优先替换度中的最小值。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二中可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述方法针对每个未规划的常规任务还执行如下步骤：
计算每个常规任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
对于每个常规任务的每个可见时间窗，判断当前可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第三预定时间段，若当前可见时间窗中存在所述第三预定时间段，则将当前常规任务插入到当前可见时间窗的第三预定时间段内；其中所述第三预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段，则对于当前常规任务的每个可见时间窗执行以下操作：
根据第二预设时间段，提前或推后占用当前可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
判断当前时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的所述第四预定时间段，若存在，则当前常规任务插入到当前可见时间窗的第四预定时间段内，其中，所述第四预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段和第四预定时间段，则对于当前常规任务执行以下操作：
根据当前常规任务的可见时间窗，计算当前常规任务的第二冲突任务集，其中所述第二冲突任务集包含当前常规任务在每个遥感卫星上的对应于可见时间窗的若干个第二冲突任务；
尝试删除每个第二冲突任务，如果删除一个第二冲突任务后，可以插入应急任务，则此第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，直至可以确定第二特定冲突或无后续相邻的第二冲突任务；每个所述第二特定冲突包含一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务的执行时间占用一个所述可见时间窗；
计算每个所述第二特定冲突的权值，在所述第二特定冲突中，选取权值小于当前常规任务的权值的第二特定冲突，作为目标特定冲突；
判断所述目标特定冲突的数量是否大于0，若所述目标特定冲突的数量大于0，则删除所述权值最小目标特定冲突，并将当前常规任务插入到删除第二特定冲突后空闲的时间段中。
第二方面，提供了一种多星应急任务规划装置，所述装置包括：
第一可见时间窗确定模块，用于计算每个应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
最迟观测完成时间确定模块，用于根据每个应急任务的任务完成期限以及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间；
可用可见时间窗确定模块，用于对于每个应急任务，在当前应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于对应的最迟观测完成时间的可见时间窗，作为当前应急任务的可用可见时间窗；
第一插入模块，用于对于每个应急任务的每个可用可见时间窗，判断当前可用可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第一预定时间段，若当前可用可见时间窗中存在所述第一预定时间段，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第一预定时间段内；其中所述第一预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述最迟观测完成时间确定模块包括：
备用下传时间窗确定子模块，用于对于每个应急任务，在地面站与每个遥感卫星的可见时间窗中，选取当前可见时间窗的结束时间早于或等于当前应急任务的完成期限的可见时间窗，作为备用下传时间窗；
备用下传时间窗删除子模块，用于对于每个遥感卫星，判断当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数是否大于1，若当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数大于1，则保留起始时间最晚的备用下传时间窗，删除当前遥感卫星对应的其余的备用下传时间窗；
最迟观测完成时间确定子模块，用于对于每个应急任务，当前应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间确定为，当前应急任务在每个遥感卫星上的备用下传时间窗的开始时间。
结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，所述装置还包括：
对于每个应急任务，若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段时，触发第一移位模块；
第一移位模块，用于根据第一预设时间段，提前或推后占用当前可用可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
第一判断模块，用于判断当前可用可见时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的所述第二预定时间段，若存在，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第二预定时间段内，其中，所述第二预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度；若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段和第二预定时间段，则触发第一冲突任务确定模块；
第一冲突任务集确定模块，根据当前应急任务的可用可见时间窗，计算当前应急任务的第一冲突任务集，其中所述第一冲突任务集包含当前应急任务在每个遥感卫星上的对应于可用可见时间窗的若干个第一冲突任务；
第一特定冲突确定模块，用于尝试删除每个第一冲突任务，如果删除一个第一冲突任务后，可以插入应急任务，则该第一冲突任务作为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第一冲突任务为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，直至可以确定第一特定冲突或无后续相邻的第一冲突任务；每个所述第一特定冲突包含一个或一个以上相邻执行的所述第一冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第一冲突任务的执行时间占用一个所述可用可见时间窗；
第一删除插入模块，用于计算每个所述第一特定冲突的优先替换度，删除优先替换度最大的所述第一特定冲突，并将应急任务插入到删除第一特定冲突后空闲的时间段中。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述第一删除插入模块包括：
第一获取子模块，用于获取应急任务i在卫星j上第k个可用可见时间窗内的第l个第一特定冲突，其中第l个第一特定冲突包含第一冲突任务的个数为
Figure BDA0001554722220000041
每个第一冲突任务的权值为tvi和每个第一个冲突任务的可见时间窗个数为
Figure BDA0001554722220000042
第一计算子模块，用于计算每个第一冲突任务的优先替换度，其中，第一冲突任务的优先
Figure BDA0001554722220000043
第二计算子模块，用于计算每个第一特定冲突的优先替换度，其中，第一特定冲突的优先替换度为其包含的
Figure BDA0001554722220000044
个第一冲突任务的优先替换度中的最小值。
结合第二方面，在第四种可能的实现方式中，所述装置还包括：
第二可见时间窗确定模块，用于计算每个常规任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
第二插入模块，用于对于每个常规任务的每个可见时间窗，判断当前可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第三预定时间段，若当前可见时间窗中存在所述第三预定时间段，则将当前常规任务插入到当前可见时间窗的第三预定时间段内；其中所述第三预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段，则触发第二移位模块；
第二移位模块，用于根据第二预设时间段，提前或推后占用当前可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
第二判断模块，用于判断当前时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的所述第四预定时间段，若存在，则当前常规任务插入到当前可见时间窗的第四预定时间段内，其中，所述第四预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段和第四预定时间段，则触发第二冲突任务确定模块；
第二冲突任务集确定模块，用于根据当前常规任务的可见时间窗，计算当前常规任务的第二冲突任务集，其中所述第二冲突任务集包含当前常规任务在每个遥感卫星上的对应于可见时间窗的若干个第二冲突任务；
第二特定冲突确定模块，用于尝试删除每个第二冲突任务，如果删除一个第二冲突任务后，可以插入应急任务，则此第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，直至确定第二特定冲突或无后续相邻的第二冲突任务；每个所述第二特定冲突包含一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务的执行时间占用一个所述可见时间窗；
筛选模块，用于计算每个所述第二特定冲突的权值，在所述第二特定冲突中，选取权值小于当前常规任务的权值的第二特定冲突，作为目标特定冲突；
第二删除插入模块，用于判断所述目标特定冲突的数量是否大于0，若所述目标特定冲突的数量大于0，则删除所述权值最小的目标特定冲突，并将当前常规任务插入到删除第二特定冲突后空闲的时间段中。
在本发明实施例的上述技术方案中，根据应急任务的任务完成期限以及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定了每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间，之后根据最迟观测完成时间筛选可以用来观测应急任务的可用可见时间窗，之后在可以插入应急任务的可用可见时间窗内插入应急任务，从而将应急任务的任务完成期限应用到应急任务规划上，以保证应急任务能够在任务完成期限之前完成，与现有的多星任务规划方案相比更加合理。
另外，本发明实施例在不能直接插入应急任务时，根据优先替换度设计了冲突删除插入，实现了将一个或一个以上的冲突任务同时删除，从而增加了应急任务的插入机会，增加整体方案的收益。
另外，本发明实施例中对常规任务的规划执行直接插入、移位插入和冲突删除插入，实现了将常规任务尽可能的插入到原多星任务规划方案中，减少对原多星任务规划方案的影响，同时提高了遥感卫星的使用效率，增加整体方案的收益。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性的示出了本发明一实施例中的多星应急任务规划方法流程图。
图2示意性的示出了本发明再一实施例中的多星应急任务规划方法流程图。
图3示意性的示出了本发明又一实施例中的多星应急任务规划方法流程图。
图4示意性的示出了本发明又一实施例中的冲突任务定义示意图。
图5示意性的示出了本发明又一实施例中的移位插入示意图。
图6示意性的示出了本发明又一实施例中的可用可见时间窗筛选示意图。
图7示意性的示出了本发明又一实施例中的第一特定冲突确定示意图。
图8示意性的示出了本发又明一实施例中的多星应急任务规划方法流程图。
图9示意性的示出了本发明一实施例中的多星应急任务规划装置结构示意图。
图10示意性的示出了本发明再一实施例中的多星应急任务规划装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对本发明实施例进行介绍之前，先对下面实施例即将用到的一些符号及其含义进行介绍，并对一些相关的集合等内容进行介绍，如下：
Θ0原多星任务规划方案，S＝{1，2，...，j，...Ns}遥感卫星集合，DT＝{1，2...，i，...，NDT}已规划任务集合，其中已规划任务集合与遥感卫星等信息组合起来构成原多星任务规划方案Θ0。
ET＝{1，2，...，i，...，NET}未规划应急任务集合，GT＝{1，2...，i，...，NGT}未规划常规任务集合，G＝{1，2，...，NG}地面站任务集合，taski∈{GT∪ET∪DT}观测任务，这里taski可能是应急任务，也可能是常规任务。tvi任务i，即taski的权重，tdi任务taski的观测时间，pro_start任务规划开始时间，pro_end任务规划结束时间，
Figure BDA0001554722220000061
任务i的可见时间窗集合，
Figure BDA0001554722220000062
任务i在卫星j上的可见时间窗集合，
Figure BDA0001554722220000063
是任务i与卫星j的可见时间窗总数，
Figure BDA0001554722220000064
任务i与卫星j的第k个时间窗，
Figure BDA0001554722220000065
是开始时间，
Figure BDA0001554722220000066
是结束时间，
Figure BDA0001554722220000067
所有卫星上地面站m的可见时间窗集合，
Figure BDA0001554722220000068
地面站m在卫星j的可见时间窗集合，
Figure BDA0001554722220000069
是地面站m与卫星j的可见时间窗总数，
Figure BDA00015547222200000610
地面站m与卫星j的第k个时间窗，
Figure BDA00015547222200000611
是开始时间，
Figure BDA00015547222200000612
是结束时间。deadlinei应急任务i的任务完成期限，task_deadlineij应急任务i在卫星j最迟观测完成时间，
Figure BDA00015547222200000613
任务i的冲突任务集合，
Figure BDA00015547222200000614
任务i在卫星j上的冲突任务集合，
Figure BDA00015547222200000615
任务i在卫星j上第k可见时间窗内的冲突任务，
Figure BDA00015547222200000616
是卫星j上的一个任务，confi，confij，
Figure BDA00015547222200000617
的关系同上，只是
Figure BDA0001554722220000071
可以为卫星j上的多个任务，taskja卫星j上执行的第a个任务，taskja.start卫星j上执行的第a个任务的可见时间窗开始时间，taskja.end卫星j上执行的第a个任务的可见时间窗结束时间，taskja.estart卫星j上执行的第a个任务的观测时间窗开始时间，taskja.eend卫星j上执行的第a个任务的观测时间窗结束时间。
Figure BDA0001554722220000072
本发明实施例的规划的目标函数和约束如下：
Figure BDA0001554722220000073
Figure BDA0001554722220000074
taskj(a+1).estart≥taskja.eend (3)
taskja.start≤taskja.estart＜taskja.eend≤taskja.end (4)
式(1)是目标函数，表示规划的目标是最大化已执行的观测任务权重总和。
约束(2)表示每个观测任务最多只能被执行一次。
约束(3)表示如果有两个观测任务被同一颗卫星先后执行，则两个任务的观测时间窗不能有重叠。
约束(4)表示任务的观测时间窗必须在可见时间窗范围内。
下面对本发明的实施例进行介绍。
本实施例提供了一种多星应急任务规划方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
110、计算每个应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
120、根据每个应急任务的任务完成期限以及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间；
在遥感卫星拍摄完图像后，还需要将图像发送给地面站才能完成整个工作流程，因此要求地面站与每个遥感卫星的可见时间窗的结束时间等于或早于应急任务的完成期限。此步骤中，设置了最迟观测完成时间，从而确保应急任务观测完成后，相应的遥感卫星有时间将数据传输到地面站。
130、对于每个应急任务，在当前应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于对应的最迟观测完成时间的可见时间窗，作为当前应急任务的可用可见时间窗；
此步骤中，可用可见时间窗的结束时间早于或等于最迟观测完成时间，从而保证了应急任务观测完成后，相应的遥感卫星有时间将数据传输到地面站。
步骤120和130结合应急任务的完成期限，实现了对可见时间窗的筛选，从而保证了应急任务能够在其规定期限内及时完成。
140、对于每个应急任务的每个可用可见时间窗，判断当前可用可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第一预定时间段，若当前可用可见时间窗中存在第一预定时间段，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的第一预定时间段内；其中第一预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度。
此步骤实际上就是判断应急任务是否可以直接插入可用可见时间窗，第一预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度，即任务的观测时间窗必须在可用可见时间窗范围内。
应当说明的是，当前应急任务最多只能插入一个可用可见时间窗内，如果此步骤得到了可以用来插入的应急任务的可用可见时间窗多于一个，则可以根据其他约束条件进一步的选择，例如选取能够最早观测当前应急任务的可用可见时间窗，本发明对进一步选取可用可见时间窗的方法不进行限定。
本实施例的方法，在对每个应急任务进行规划时，可以根据应急任务的权重，按照从低到高顺序依次处理每个应急任务。
本实施例根据应急任务的任务完成期限以及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定了每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间，之后根据最迟观测完成时间筛选可以用来观测应急任务的可用可见时间窗，之后在可以插入应急任务的可用可见时间窗内插入应急任务，从而将应急任务的任务完成期限应用到应急任务规划上，以保证应急任务能够在任务完成期限之前完成，与现有的多星任务规划方案相比更加合理。
在一个实施例中，每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间根据如下步骤确定：
210、对于每个应急任务，在地面站与每个遥感卫星的可见时间窗中，选取当前可见时间窗的结束时间早于或等于当前应急任务的完成期限的可见时间窗，作为备用下传时间窗；
此步骤即是在地面站的可见时间窗内选取在当前应急任务的完成期限之前的可见时间窗，只有这样才能保证当前应急任务图像采集后，有时间将相关的数据传送给地面站，及时完成当前的应急任务。
220、对于每个遥感卫星，判断当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数是否大于1，若当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数大于1，则保留起始时间最晚的备用下传时间窗，删除当前遥感卫星对应的其余的备用下传时间窗；
此步骤实质上是介绍了在一个遥感卫星有多于一个合适的地面站时间窗的情境下，如何选取地面站时间窗的方法，本步骤介绍的方法是选取与当前应急任务的完成期限最近的地面站时间窗，这样当前应急任务就有尽可能多的可见时间窗来完成图片采集的工作。
当然如果只有一个合适的地面站时间窗，就只能采用该地面站时间窗来传输图像数据到相应的地面站。
230、对于每个应急任务，当前应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间为，当前应急任务在每个遥感卫星上的最迟备用下传时间窗的开始时间。
此步骤将地面站时间窗的开始实现设置为最迟观测完成时间，确保了当前应急任务的观测完成时间在图像数据传输之前，或恰好等于图像数据传输的开始时间。
本实施例结合应急任务的完成期限，尽可能的给遥感卫星提供更长的观测时间，从而增加了多星任务规划的合理性。
在一个实施例中，如图2所示，多星应急任务规划方法还包括如下步骤：
310、对于每个应急任务，若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在第一预定时间段，即不能直接将当前应急任务插入到某一可用可见时间窗内，则对于当前应急任务的每个可用可见时间窗执行以下操作：
320、根据第一预设时间段，提前或推后占用当前可用可见时间窗冲突任务的起始执行时间；
此步骤中的第一预设时间段可以根据实际情景灵活设定，但设定原则是实现该冲突任务在其当前可用可见时间窗内、无冲突左右移动。
330、判断当前可用可见时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的第二预定时间段，若存在，则当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的第二预定时间段内，其中，第二预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度。
此步骤中，在冲突任务移动后，重新判断当前可用可见时间窗内是否存在可以插入的连续的时间段，如果有就将当前应急任务插入到该时间段内。如果应急任务没有改变，那么第二预定时间段与第一预定时间段相同。
本实施例中，平移的冲突任务优选地是一个，但是并不限于1个，例如是2个、3个等整数个。
应当说明的是，本实施例中，一个应急任务只能插入一个可用可见时间窗内，如果此步骤得到了可以用来插入的应急任务的可用可见时间窗多于一个，则可以根据其他约束条件进一步的选择，例如选取第一个检测到能够通过移位来实现应急任务插入的可用可见时间窗，本发明对进一步选取可用可见时间窗的方法不进行限定。
本实施例是利用移位插入的方法处理应急任务，为应急任务的插入提供了更多的机会。
在一个实施例中，如图3所示，多星应急任务分配的方法还包括如下步骤：
410、对于每个应急任务，若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在第一预定时间段和第二预定时间段，则对于当前应急任务执行以下操作：
此步骤是在直接插入和移位插入都无法插入当前应急任务的情况下进行的操作。在应急任务没有发生改变的时候，也可以说成：对于每个应急任务，若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在第一预定时间段，则对于当前应急任务执行以下操作：
420、根据当前应急任务的可用可见时间窗，计算当前应急任务的第一冲突任务集，其中第一冲突任务集包含当前应急任务在每个遥感卫星上的对应于可用可见时间窗的若干个第一冲突任务；
此步骤中的，如图4所示，冲突任务的定义如下：
在任务taski的可见时间窗
Figure BDA0001554722220000091
中存在任务taskm和taskn，则taskm或taskn称为taski的一个冲突任务，所有冲突任务组合成冲突任务集合tasks_confi。
430、尝试删除每个第一冲突任务，如果删除一个第一冲突任务后，可以插入应急任务，则该第一冲突任务作为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第一冲突任务为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，直至可以确定第一特定冲突或无后续相邻的第一冲突任务；每个所述第一特定冲突包含一个或一个以上相邻执行的所述第一冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第一冲突任务的执行时间占用一个所述可用可见时间窗；
此步骤中，第一冲突任务集中的每个第一特定冲突包含一个、两个或三个等整数个第一冲突任务，这样在删除一个第一特定冲突时实际上是同时删除了对应的几个冲突任务，为应急任务的插入提供了更多的插入机会。
440、计算每个所述第一特定冲突的优先替换度，并删除优先替换度最大的所述第一特定冲突，将当前应急任务插入到删除第一特定冲突后空闲的时间段中。
本实施例执行的是冲突删除插入。应当说明的是，本实施例中，一个应急任务只能插入一个第一备用特定冲突所持形成的时间段内，如果此步骤得到了可以用来插入的应急任务的时间段多于一个，则可以根据其他约束条件进一步的选择，例如选取能够最早执行当前应急任务插入的时间段，本发明对进一步选取可用可见时间窗的方法不进行限定。
本实施例利用如下步骤计算所述优先替换度：
步骤一、获取应急任务i在卫星j上第k个可用可见时间窗内的第l个第一特定冲突，其中第l个第一特定冲突包含第一冲突任务的个数为
Figure BDA0001554722220000101
每个第一冲突任务的权值为tvi和每个第一个冲突任务的可见时间窗个数为
Figure BDA0001554722220000102
步骤二、计算每个第一冲突任务的优先替换度，其中，第一冲突任务的优先
Figure BDA0001554722220000103
Figure BDA0001554722220000104
步骤三、计算每个第一特定冲突的优先替换度，其中，第一特定冲突的优先替换度为其包含的
Figure BDA0001554722220000105
个第一冲突任务的优先替换度中的最小值。
在一个实施例中，多星应急任务规划方法还包括如下步骤：
510、计算每个常规任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
520、对于每个常规任务的每个可见时间窗，判断当前可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第三预定时间段，若当前可见时间窗中存在第三预定时间段，则将当前常规任务插入到当前可见时间窗的第三预定时间段内；其中第三预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度。
第三预定时间段的设置实现了将当前常规任务的任务观测持续时间设置在可见时间窗范围内。
本实施例对常规任务进行了直接插入操作，应当注意的是，这里的常规任务可能是之前就有的常规任务，也可能是通过上述实施例中的冲突删除插入得到的常规任务。
应当说明的是，当前常规任务最多只能插入一个可见时间窗内，如果此步骤得到了可以用来插入的常规任务的可见时间窗多于一个，则可以根据其他约束条件进一步的选择，例如选取能够最早观测当前常规任务的可见时间窗，本发明对进一步选取可用可见时间窗的方法不进行限定。
本实施例的方法，在对每个常规任务进行规划时，可以根据常规任务的权重，按照从低到高顺序依次处理每个常规任务。
在一个实施例中，多星应急任务规划方法还包括如下步骤：
610、对于每个常规任务，若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在第三预定时间段，则对于当前常规任务的每个可见时间窗执行以下操作：
此步骤介绍对于常规任务，如果直接插入不成功时，进行如下操作。
620、根据第二预设时间段，提前或推后占用当前可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
630、判断当前时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的第四预定时间段，若存在，则当前常规任务插入到当前可见时间窗的第四预定时间段内，其中，第四预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度。
应当说明的是，本实施例中，一个常规任务只能插入一个可见时间窗内，如果此步骤得到了可以用来插入的常规任务的可见时间窗多于一个，则可以根据其他约束条件进一步的选择，例如选取第一个检测到能够通过平移来实现常规任务插入的可见时间窗，本发明对进一步选取可见时间窗的方法不进行限定。
此步骤与上述实施例中的应急任务的移位插入的步骤相同，因此相同的内容不再进行赘述。
在一个实施例中，多星应急任务规划方法还包括如下步骤：
710、对于每个常规任务，若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在第四预定时间段，则对于当前常规任务执行以下操作：
此步骤介绍的是，对于常规任务，在直接插入和移位插入都不成功的情境下执行的以下步骤，即执行冲突删除插入。
720、根据当前常规任务的可见时间窗，计算当前常规任务的第二冲突任务集，其中第二冲突任务集包含当前常规任务在每个遥感卫星上的对应于可见时间窗的若干个第二冲突任务；
730、尝试删除每个第二冲突任务，如果删除一个第二冲突任务后，可以插入应急任务，则此第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，直至可以确定第二特定冲突或无后续相邻的第二冲突任务；每个所述第二特定冲突包含一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务的执行时间占用一个所述可见时间窗；
740计算每个所述第二特定冲突的权值，在所述第二特定冲突中，选取权值小于当前常规任务的权值的第二特定冲突，作为目标特定冲突；
750判断所述目标特定冲突的数量是否大于0，若所述目标特定冲突的数量大于0，则删除所述权值最小目标特定冲突，并将当前常规任务插入到删除第二特定冲突后空闲的时间段中。
通过本实施例上述步骤的介绍可以得出，本实施例的冲突删除插入的方法与应急任务冲突删除插入的方法区别在于，本实施例的是根据权值进行冲突删除。而应急任务的冲突删除插入是根据替换优先度删除冲突。本实施例的其他步骤与上述实施例中的应急任务的冲突删除插入的步骤相同，因此相同的内容不再进行赘述。
应当说明的是本实施例的第二特定冲突的权值等于其包含的各个冲突任务的权值得和。
本实施例中，一个常规任务只能插入一个目标特定冲突所持形成的时间段内，如果此步骤得到了可以用来插入的应急任务的时间段多于一个，则可以根据其他约束条件进一步的选择，例如选取能够最早执行当前应急任务插入的时间段，本发明对进一步选取可用可见时间窗的方法不进行限定。
上述实施例的多星应急任务规划方法能够提供更多可能的插入机会，并且对后续的常规任务进行了插入考虑，提高了整体收益。
下面通过对一个更加具体的实施例对本发明的方法进行更加详细的介绍，如图8所示，本实施例的方法包括如下步骤：
步骤一、初始化，此步骤用于初始化原多星任务规划方案Θ0、遥感卫星集合S＝{1，2，...，j，...NS}、未规划应急任务集合ET＝{1，2，...，i，...，NET}等。
步骤二、计算每个应急任务taski∈ET可见时间窗集合TWi＝{TWi1，TWi2，...，TWiNs}：对应急任务集ET＝{1，2...，i，...，NET}中的任务按权重tvi从低到高进行排序，遍历应急任务集ET＝{1，2，...，i，...，NET}和卫星集S＝{1，2，...，j，...NS}，计算任务taski和卫星Sj的可见时间窗，并且进行筛选后获得可用可见时间窗集TWi。
本步骤中，具体的筛选步骤为：如图6所述，在遥感卫星1、遥感卫星2和遥感卫星3上任务taski有可见时间窗集
Figure BDA0001554722220000121
地面站m有可见时间窗集
Figure BDA0001554722220000122
首先在原多星任务规划方案Φ0中找到每颗卫星上距离任务taski完成期限deadlinei前向最近地面站下传时间窗
Figure BDA0001554722220000123
(地面站在其时间窗中可以接受卫星下传的存储数据)的开始时间点
Figure BDA0001554722220000124
然后对计算出的时间窗进行筛选，只保留task_deadlineij之前的时间窗，经过筛选后的时间窗集
Figure BDA0001554722220000125
以保证应急任务的及时完成。
步骤三、应急任务直接插入：选择一个应急任务taski，并判断其对应所有遥感卫星上的可用可见时间窗集TWi中是否有可用可见时间窗
Figure BDA0001554722220000126
可以插入应急任务taski，如果是则插入应急任务taski，跳转步骤六，否则进入步骤四。
步骤四、应急任务移位插入：如图5所示，对无法进行直接插入的任务taski，尝试把与待插入任务taski冲突的任务
Figure BDA0001554722220000127
在当前的可用可见时间窗
Figure BDA0001554722220000128
中进行无冲突左右移动，从而实现任务插入，如果插入成功，则跳转步骤六，否则进入步骤五。
步骤五、冲突删除插入：上述两种方法无法实现应急任务插入时，计算冲突集中冲突
Figure BDA0001554722220000129
的优先替换度，删除优先替换度最大冲突
Figure BDA00015547222200001210
并在相应的位置处插入应急任务taski，将冲突
Figure BDA00015547222200001211
中常规任务加入到常规任务集，应急任务加到应急任务集。
此步骤具体包括如下子步骤：
子步骤一、如图7所示，计算应急任务taski的冲突任务集(即第一冲突任务集)tasks_confi＝{tasks_confi1，tasks_confi2，...，tasks_confij，...，tasks_confiNs}：选择一个应急任务taski，遍历任务taski的TWi，计算此任务的冲突任务集tasks_confi：
Figure BDA00015547222200001212
Figure BDA00015547222200001213
子步骤二、计算应急任务的冲突集confi(即第一冲突集)：遍历可见可用时间窗TWi，尝试删除某个冲突任务
Figure BDA00015547222200001214
后，是否可以插入任务taski，如果是，则此冲突任务为一个冲突，即一个备用特定冲突，否则接着删除其后的冲突任务
Figure BDA00015547222200001215
之后判断是否可以插入应急任务，直至可以插入应急任务或其后无可删的冲突任务，应急任务的冲突集为：
Figure BDA00015547222200001216
Figure BDA00015547222200001217
Figure BDA00015547222200001218
步骤六、判断是否对应急任务集合ET遍历完成，如果是，跳转到步骤七，否则跳转到步骤三。
步骤七、对常规任务集GT按权值从低到高进行排序，计算每个常规任务taski∈GT可见时间窗集合TWi＝{TWi1，TWi2，...，TWiNs}：遍历常规任务集GT和卫星集S，计算常规任务taski和卫星Sj的时间窗集TWij。
步骤八、常规任务直接插入：选择一个常规任务taski，并判断其所有可见时间窗集合TWi中是否有可见时间窗
Figure BDA0001554722220000131
可以插入常规任务taski，如果有，则插入，跳转到步骤十一，否则进入步骤九。
步骤九、常规任务移位插入：对无法进行直接插入的常规任务，尝试把与待插入任务taski冲突的任务在当前的时间窗
Figure BDA0001554722220000132
中进行无冲突左右移动，从而实现任务插入，如果插入成功，则跳转到步骤十一，否则进入步骤十。
步骤十、常规任务删除插入：上述两种方法无法实现常规任务插入时，选择taski所有冲突集confi(第二冲突集)中权值最小的冲突(即目标特定冲突)，并判断其权值是否小于常规任务taski的权值tvi，如果是，则删除该冲突后插入此任务，否则进入步骤十一。
步骤十一、判断是否对常规任务集合GT遍历完成，如果是，完成应急任务规划，生成应急规划新方案Θnew，否则跳转到步骤八。
本实施例针对原多星任务规划方案没有考虑应急任务taski∈ET完成期限deadlinei问题，进行时间窗筛选，即首先在原规划方案Φ0中找到距离任务taski完成期限deadlinei每颗卫星上前向最近地面站下传时间窗
Figure BDA0001554722220000133
(地面站在其时间窗中可以接受卫星下传的存储数据)的开始时间点gws_deadlinemj，然后对计算出的时间窗进行筛选，只保留下传时间窗gws_deadlinemj之前的时间窗，以保证应急任务的及时完成。
本实施例针对现有技术方案中没有考虑后续常规任务GT移位插入和冲突删除插入的问题，设计出了常规任务规划方法，对常规任务进行直接插入、移位插入和冲突删除插入操作，以减少对原多星任务规划方案的影响，增加整体方案的收益。
本实施例针对原多星任务规划方案没有考虑冲突的全部情况，进行冲突删除插入，将两、一个或一个以上冲突任务组成的一个特定冲突加以处理，从而保证更多、更合理的插入机会，增加整体方案的收益。
对应于上述多星应急任务规划方法，本发明实施例还公开了一中多星应急任务规划装置，如图9所示，该装置包括：
第一可见时间窗确定模块，用于计算每个应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
最迟观测完成时间确定模块，用于根据每个应急任务的任务完成期限以及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间；
可用可见时间窗确定模块，用于对于每个应急任务，在当前应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于对应的最迟观测完成时间的可见时间窗，作为当前应急任务的可用可见时间窗；
第一插入模块，用于对于每个应急任务的每个可用可见时间窗，判断当前可用可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第一预定时间段，若当前可用可见时间窗中存在所述第一预定时间段，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第一预定时间段内；其中所述第一预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度。
最迟观测完成时间确定模块包括：
备用下传时间窗确定子模块，用于对于每个应急任务，在地面站与每个遥感卫星的可见时间窗中，选取当前可见时间窗的结束时间早于或等于当前应急任务的完成期限的可见时间窗，作为备用下传时间窗；
备用下传时间窗删除子模块，用于对于每个遥感卫星，判断当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数是否大于1，若当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数大于1，则保留起始时间最晚的备用下传时间窗，删除当前遥感卫星对应的其余的备用下传时间窗；
最迟观测完成时间确定子模块，用于对于每个应急任务，当前应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间确定为，当前应急任务在每个遥感卫星上的备用下传时间窗的开始时间。
在一个实施例中，如图10所示，多星应急任务规划装置还包括：
对于每个应急任务，若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段时，触发第一移位模块；
第一移位模块，用于根据第一预设时间段，提前或推后占用当前可用可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
第一判断模块，用于判断当前可用可见时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的所述第二预定时间段，若存在，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第二预定时间段内，其中，所述第二预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度；若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段和第二预定时间段，则触发第一冲突任务确定模块；
第一冲突任务集确定模块，根据当前应急任务的可用可见时间窗，计算当前应急任务的第一冲突任务集，其中所述第一冲突任务集包含当前应急任务在每个遥感卫星上的对应于可用可见时间窗的若干个第一冲突任务；
第一特定冲突确定模块，用于尝试删除每个第一冲突任务，如果删除一个第一冲突任务后，可以插入应急任务，则该第一冲突任务作为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第一冲突任务为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，直至可以确定第一特定冲突或无后续相邻的第一冲突任务；每个所述第一特定冲突包含一个或一个以上相邻执行的所述第一冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第一冲突任务的执行时间占用一个所述可用可见时间窗；
第一删除插入模块，用于计算每个所述第一特定冲突的优先替换度，删除优先替换度最大的所述第一特定冲突，并将应急任务插入到删除第一特定冲突后空闲的时间段中。
第一删除插入模块包括：
第一获取子模块，用于获取应急任务i在卫星j上第k个可用可见时间窗内的第l个第一特定冲突，其中第l个第一特定冲突包含第一冲突任务的个数为
Figure BDA0001554722220000141
每个第一冲突任务的权值为tvi和每个第一个冲突任务的可见时间窗个数为
Figure BDA0001554722220000142
第一计算子模块，用于计算每个第一冲突任务的优先替换度，其中，第一冲突任务的优先
Figure BDA0001554722220000143
第二计算子模块，用于计算每个第一特定冲突的优先替换度，其中，第一特定冲突的优先替换度为其包含的
Figure BDA0001554722220000144
个第一冲突任务的优先替换度中的最小值。
在一个实施例中，多星应急任务规划装置还包括：
第二可见时间窗确定模块，用于计算每个常规任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
第二插入模块，用于对于每个常规任务的每个可见时间窗，判断当前可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第三预定时间段，若当前可见时间窗中存在所述第三预定时间段，则将当前常规任务插入到当前可见时间窗的第三预定时间段内；其中所述第三预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段，则触发第二移位模块；
第二移位模块，用于根据第二预设时间段，提前或推后占用当前可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
第二判断模块，用于判断当前时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的所述第四预定时间段，若存在，则当前常规任务插入到当前可见时间窗的第四预定时间段内，其中，所述第四预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段和第四预定时间段，则触发第二冲突任务确定模块；
第二冲突任务集确定模块，用于根据当前常规任务的可见时间窗，计算当前常规任务的第二冲突任务集，其中所述第二冲突任务集包含当前常规任务在每个遥感卫星上的对应于可见时间窗的若干个第二冲突任务；
第二特定冲突确定模块，用于尝试删除每个第二冲突任务，如果删除一个第二冲突任务后，可以插入应急任务，则此第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，直至确定第二特定冲突或无后续相邻的第二冲突任务；每个所述第二特定冲突包含一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务的执行时间占用一个所述可见时间窗；
筛选模块，用于计算每个所述第二特定冲突的权值，在所述第二特定冲突中，选取权值小于当前常规任务的权值的第二特定冲突，作为目标特定冲突；
第二删除插入模块，用于判断所述目标特定冲突的数量是否大于0，若所述目标特定冲突的数量大于0，则删除所述权值最小的目标特定冲突，并将当前常规任务插入到删除第二特定冲突后空闲的时间段中。。
应当说明的是，本发明实施例的装置是与本发明实施例的方法对应的产品，本发明实施例的方法的每个步骤均由本发明实施例的装置中的各个部件完成，因此对于相同的部分本发明实施例不再进行赘述。
本发明实施例的装置对任务完成期限加以考虑，能够保证应急任务的及时性和价值，提高整体方案的收益；同时本发明实施例的装置在冲突删除插入规划时可能同时删除一个或一个以上的冲突任务，增加了应急任务的插入机会，提高了应急任务的插入的及时性；另外，本发明实施例的装置对应急任务规划后，对后续的常规任务再次进行直接插入、移位插入和冲突删除插入规划，将常规任务尽可能的插入到方案中，提高卫星的使用效率，增加整体方案的收益。总之，本发明实施例的装置实现了应急任务应尽可能多的完成，并且保证规划前后的方案变动尽可能少。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多星应急任务规划方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
计算每个应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
根据每个应急任务的任务完成期限以及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间；
对于每个应急任务，在当前应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于对应的最迟观测完成时间的可见时间窗，作为当前应急任务的可用可见时间窗；
对于每个应急任务的每个可用可见时间窗，判断当前可用可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第一预定时间段，若当前可用可见时间窗中存在所述第一预定时间段，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第一预定时间段内；其中所述第一预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度。
2.根据权利要求1所述的多星应急任务规划方法，其特征在于，所述每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间根据如下步骤确定：
对于每个应急任务，在地面站与每个遥感卫星的可见时间窗中，选取当前可见时间窗的结束时间早于或等于当前应急任务的完成期限的可见时间窗，作为备用下传时间窗；
对于每个遥感卫星，判断当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数是否大于1，若当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数大于1，则保留起始时间最晚的备用下传时间窗，删除当前遥感卫星对应的其余备用下传时间窗；
对于每个应急任务，当前应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间为，当前应急任务在每个遥感卫星上的备用下传时间窗的开始时间。
3.根据权利要求1所述的多星应急任务规划方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
对于每个应急任务，若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段，则对于当前应急任务的每个可用可见时间窗执行以下操作：
根据第一预设时间段，提前或推后占用当前可用可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
判断当前可用可见时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的第二预定时间段，若存在，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第二预定时间段内，其中，所述第二预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段和第二预定时间段，则对于当前应急任务执行以下操作：
根据当前应急任务的可用可见时间窗，计算当前应急任务的第一冲突任务集，其中所述第一冲突任务集包含当前应急任务在每个遥感卫星上的对应于可用可见时间窗的若干个第一冲突任务；
尝试删除每个第一冲突任务，如果删除一个第一冲突任务后，可以插入应急任务，则该第一冲突任务作为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第一冲突任务为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，直至可以确定第一特定冲突或无后续相邻的第一冲突任务；每个所述第一特定冲突包含一个或一个以上相邻执行的所述第一冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第一冲突任务的执行时间占用一个所述可用可见时间窗；
计算每个所述第一特定冲突的优先替换度，并删除优先替换度最大的所述第一特定冲突，将当前应急任务插入到删除第一特定冲突后空闲的时间段中。
4.根据权利要求3所述的多星应急任务规划方法，其特征在于，所述方法利用如下步骤计算所述优先替换度：
获取应急任务i在卫星j上第k个可用可见时间窗内的第l个第一特定冲突，其中第l个第一特定冲突包含第一冲突任务的个数为
Figure FDA0002567122320000021
每个第一冲突任务的权值为tvi和每个第一个冲突任务的可见时间窗个数为
Figure FDA0002567122320000022
计算每个第一冲突任务的优先替换度，其中，
Figure FDA0002567122320000023
计算每个第一特定冲突的优先替换度，其中，第一特定冲突的优先替换度为其包含的
Figure FDA0002567122320000024
个第一冲突任务的优先替换度中的最小值。
5.根据权利要求1至4任一项所述的多星应急任务规划方法，其特征在于，所述方法针对每个未规划的常规任务还执行如下步骤：
计算每个常规任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
对于每个常规任务的每个可见时间窗，判断当前可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第三预定时间段，若当前可见时间窗中存在所述第三预定时间段，则将当前常规任务插入到当前可见时间窗的第三预定时间段内；其中所述第三预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段，则对于当前常规任务的每个可见时间窗执行以下操作：
根据第二预设时间段，提前或推后占用当前可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
判断当前时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的第四预定时间段，若存在，则当前常规任务插入到当前可见时间窗的第四预定时间段内，其中，所述第四预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段和第四预定时间段，则对于当前常规任务执行以下操作：
根据当前常规任务的可见时间窗，计算当前常规任务的第二冲突任务集，其中所述第二冲突任务集包含当前常规任务在每个遥感卫星上的对应于可见时间窗的若干个第二冲突任务；
尝试删除每个第二冲突任务，如果删除一个第二冲突任务后，可以插入应急任务，则此第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，直至可以确定第二特定冲突或无后续相邻的第二冲突任务；每个所述第二特定冲突包含一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务的执行时间占用一个所述可见时间窗；
计算每个所述第二特定冲突的权值，在所述第二特定冲突中，选取权值小于当前常规任务的权值的第二特定冲突，作为目标特定冲突；
判断所述目标特定冲突的数量是否大于0，若所述目标特定冲突的数量大于0，则删除所述权值最小目标特定冲突，并将当前常规任务插入到删除第二特定冲突后空闲的时间段中。
6.一种多星应急任务规划装置，其特征在于，所述装置包括：
第一可见时间窗确定模块，用于计算每个应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
最迟观测完成时间确定模块，用于根据每个应急任务的任务完成期限以及地面站与每个遥感卫星的可见时间窗，确定每个应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间；
可用可见时间窗确定模块，用于对于每个应急任务，在当前应急任务在每个遥感卫星上的可见时间窗中，选取可见时间窗的结束时间早于或等于对应的最迟观测完成时间的可见时间窗，作为当前应急任务的可用可见时间窗；
第一插入模块，用于对于每个应急任务的每个可用可见时间窗，判断当前可用可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第一预定时间段，若当前可用可见时间窗中存在所述第一预定时间段，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第一预定时间段内；其中所述第一预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度。
7.根据权利要求6所述的多星应急任务规划装置，其特征在于，所述最迟观测完成时间确定模块包括：
备用下传时间窗确定子模块，用于对于每个应急任务，在地面站与每个遥感卫星的可见时间窗中，选取当前可见时间窗的结束时间早于或等于当前应急任务的完成期限的可见时间窗，作为备用下传时间窗；
备用下传时间窗删除子模块，用于对于每个遥感卫星，判断当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数是否大于1，若当前遥感卫星对应的备用下传时间窗的个数大于1，则保留起始时间最晚的备用下传时间窗，删除当前遥感卫星对应的其余的备用下传时间窗；
最迟观测完成时间确定子模块，用于对于每个应急任务，当前应急任务在每个遥感卫星上的最迟观测完成时间确定为，当前应急任务在每个遥感卫星上的备用下传时间窗的开始时间。
8.根据权利要求6所述的多星应急任务规划装置，其特征在于，所述装置还包括：
对于每个应急任务，若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段时，触发第一移位模块；
第一移位模块，用于根据第一预设时间段，提前或推后占用当前可用可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
第一判断模块，用于判断当前可用可见时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的第二预定时间段，若存在，则将当前应急任务插入到当前可用可见时间窗的所述第二预定时间段内，其中，所述第二预定时间段的时间长度大于或等于当前应急任务的任务观测持续时间的时间长度；若当前应急任务的所有可用可见时间窗内都不存在所述第一预定时间段和第二预定时间段，则触发第一冲突任务确定模块；
第一冲突任务集确定模块，根据当前应急任务的可用可见时间窗，计算当前应急任务的第一冲突任务集，其中所述第一冲突任务集包含当前应急任务在每个遥感卫星上的对应于可用可见时间窗的若干个第一冲突任务；
第一特定冲突确定模块，用于尝试删除每个第一冲突任务，如果删除一个第一冲突任务后，可以插入应急任务，则该第一冲突任务作为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第一冲突任务为一个第一特定冲突，否则尝试继续删除后续相邻的第一冲突任务，直至可以确定第一特定冲突或无后续相邻的第一冲突任务；每个所述第一特定冲突包含一个或一个以上相邻执行的所述第一冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第一冲突任务的执行时间占用一个所述可用可见时间窗；
第一删除插入模块，用于计算每个所述第一特定冲突的优先替换度，删除优先替换度最大的所述第一特定冲突，并将应急任务插入到删除第一特定冲突后空闲的时间段中。
9.根据权利要求8所述的多星应急任务规划装置，其特征在于，所述第一删除插入模块包括：
第一获取子模块，用于获取应急任务i在卫星j上第k个可用可见时间窗内的第l个第一特定冲突，其中第l个第一特定冲突包含第一冲突任务的个数为
Figure FDA0002567122320000041
每个第一冲突任务的权值为tvi和每个第一个冲突任务的可见时间窗个数为
Figure FDA0002567122320000042
第一计算子模块，用于计算每个第一冲突任务的优先替换度，其中，
Figure FDA0002567122320000043
Figure FDA0002567122320000044
第二计算子模块，用于计算每个第一特定冲突的优先替换度，其中，第一特定冲突的优先替换度为其包含的
Figure FDA0002567122320000045
个第一冲突任务的优先替换度中的最小值。
10.根据权利要求6所述的多星应急任务规划装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二可见时间窗确定模块，用于计算每个常规任务在每个遥感卫星上的可见时间窗；
第二插入模块，用于对于每个常规任务的每个可见时间窗，判断当前可见时间窗中是否存在一个空闲、并且时间连续的第三预定时间段，若当前可见时间窗中存在所述第三预定时间段，则将当前常规任务插入到当前可见时间窗的第三预定时间段内；其中所述第三预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段，则触发第二移位模块；
第二移位模块，用于根据第二预设时间段，提前或推后占用当前可见时间窗的冲突任务的起始执行时间；
第二判断模块，用于判断当前时间窗内是否存在一个空闲、并且时间连续的第四预定时间段，若存在，则当前常规任务插入到当前可见时间窗的第四预定时间段内，其中，所述第四预定时间段的时间长度大于或等于当前常规任务的任务观测持续时间的时间长度；
若当前常规任务的所有可见时间窗内都不存在所述第三预定时间段和第四预定时间段，则触发第二冲突任务确定模块；
第二冲突任务集确定模块，用于根据当前常规任务的可见时间窗，计算当前常规任务的第二冲突任务集，其中所述第二冲突任务集包含当前常规任务在每个遥感卫星上的对应于可见时间窗的若干个第二冲突任务；
第二特定冲突确定模块，用于尝试删除每个第二冲突任务，如果删除一个第二冲突任务后，可以插入应急任务，则此第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，如果可以插入应急任务，则这两个第二冲突任务为一个第二特定冲突，否则继续尝试删除后续相邻的第二冲突任务，直至确定第二特定冲突或无后续相邻的第二冲突任务；每个所述第二特定冲突包含一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务，并且所述一个或一个以上的相邻执行的所述第二冲突任务的执行时间占用一个所述可见时间窗；
筛选模块，用于计算每个所述第二特定冲突的权值，在所述第二特定冲突中，选取权值小于当前常规任务的权值的第二特定冲突，作为目标特定冲突；
第二删除插入模块，用于判断所述目标特定冲突的数量是否大于0，若所述目标特定冲突的数量大于0，则删除所述权值最小的目标特定冲突，并将当前常规任务插入到删除第二特定冲突后空闲的时间段中。
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