CN108090631B - 卫星应急任务动态规划方法及装置 - Google Patents

卫星应急任务动态规划方法及装置 Download PDF

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CN108090631B CN201810060048.XA CN201810060048A CN108090631B CN 108090631 B CN108090631 B CN 108090631B CN 201810060048 A CN201810060048 A CN 201810060048A CN 108090631 B CN108090631 B CN 108090631B
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Abstract

本发明提供了一种卫星应急任务动态规划方法及装置，其能够在规划之前，筛选卫星上注时间点和应急任务完成期限前向最近的地面站时间窗结束时间之间的时间窗，以保证应急任务能够在卫星上注指令之后和完成期限之前及时的完成，在规划过程中，对于每个任务的插入，需要检查是否满足卫星最大存储量限制，因此不仅考虑了任务时间窗冲突，也考虑了任务的存储量冲突，使规划后的方案更加接近于卫星实际规划执行过程，在卫星执行过程，任务的完成是指任务拍照数据已经下传到地面站，因此在应急任务插入时间窗选择时，设计了包含应急任务越早完成越好的目标函数，并且设计了尽量选择其后下传时间窗较早执行的策略。

Description

卫星应急任务动态规划方法及装置
技术领域
本发明涉及卫星搜索领域，具体涉及一种卫星应急任务动态规划方法及装置。
背景技术
遥感卫星在执行观测任务时常规任务和应急任务经常动态到达，其中应急任务以权值高、需要在完成期限内完成以及完成时间越早越好区别于常规任务，现有技术中，存在很对应急任务的处理方案，但是现有技术在为应急任务筛选时间窗时均未充分考虑应急任务在执行时需要测控站来完成相关任务序列的上注，也没有充分考虑应急任务需要在其完成期限内完成拍照数据的下传，同时没有充分考虑应急任务执行时需要一定的存储量，即执行应急任务产生的存储量不能超过相关卫星在对应时刻的剩余存储量，另外，现有技术也没有充分考虑应急任务的应急性，需要越早完成越好，因此现有技术对于应急任务的处理存在很多的缺陷，使得应急任务的处理时效性不高。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种卫星应急任务动态规划方法及装置，其能够在规划之前，筛选卫星上注时间点和应急任务完成期限前向最近的地面站时间窗结束时间之间的时间窗，以保证应急任务能够在卫星上注指令之后和完成期限之前及时的完成，在规划过程中，对于每个任务的插入，需要检查是否满足卫星最大存储量限制，因此不仅考虑了任务时间窗冲突，也考虑了任务的存储量冲突，使规划后的方案更加接近于卫星实际规划执行过程，在卫星执行过程，任务的完成是指任务拍照数据已经下传到地面站，任务拍照完成不代表任务的完成，又由于应急任务及时性要求比较高，越早完成越好，因此在应急任务插入时间窗选择时，设计了包含应急任务越早完成越好的目标函数，并且设计了尽量选择其后下传时间窗较早执行的策略。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，提供了一种卫星应急任务动态规划方法，所述方法包括如下步骤：
获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗；
获取应急任务的每个可用可见时间窗在卫星对应的其后最近的下传时间窗，并将其称为当前可用可见时间窗的预定下传时间窗，将预定下传时间窗结束时间作为应急任务的当前可用可见时间窗的下传完成时间；
根据应急任务的完成期限以及应急任务在每个所述可用可见时间窗的下传完成时间，依据其下传完成时间对应急任务的可用可见时间窗按下传完成时间先后顺序进行排序，得到可用可见时间窗集；遍历所述可用可见时间窗集，选择第一个可用可见时间窗，并判断当前可用可见时间窗是否存在时间窗冲突以及存储冲突，如果没有存在时间窗冲突以及存储冲突，则插入应急任务，如果存在时间窗冲突或存储冲突，则遍历下一个可用可见时间窗，并重复执行当前步骤，直到可以将应急任务插入一个所述可用可见时间窗中或时间窗集遍历完成。
进一步地，所述方法利用如下目标函数指导应急任务尽量选择预定下传时间窗对应的较早的可用可见时间窗内完成：
Figure GDA0002611717390000021
其中，NDET表示已规划应急任务的数量，NET表示未规划应急任务的数量，NS表示卫星的数量，NG表示地面站的数量，GWkj表示地面站k和卫星j的时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000022
表示地面站k在卫星j上第b个时间窗到前一个此卫星上最近地面站时间窗之间的应急任务时间窗集合，所述第b个时间窗为所述预定下传时间窗，dli表示应急任务i完成期限，
Figure GDA0002611717390000031
表示应急任务i在卫星j上第b时间窗观测结束时间,
Figure GDA0002611717390000032
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他；
此目标函数通过最大化每个应急任务完成截止时间与任务下传完成时间的时段，从而指导启发式算法实现应急任务在下传完成时间较早的时间窗内观测。
进一步地，所述方法在没有一个所述可用可见时间窗可以插入任务时，还包括如下步骤：
针对每个可用可见时间窗，获取对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，其中所述预定时间段为对应卫星从所述预定下传时间窗到该卫星的所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗之间的时间段；
根据对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储的数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，确定对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量；
遍历应急任务的可用可见时间窗集，选择一个可用可见时间窗，获取应急任务的冲突集，其中所述冲突集包括若干个应急任务的冲突，每个所述冲突包括应急任务的N个冲突任务，N大于或等于1；
对所述冲突集进行遍历，选取一个所述冲突，判断此冲突中冲突任务是否都存在无冲突时间窗可以直接插入，如果存在，删除当前冲突，插入其他无冲突时间窗，然后再将应急任务进行无冲突插入，如果不存在，则遍历下一个可用可见时间窗，其中，所述无冲突时间窗是指既不存在时间窗冲突，也不存在存储冲突的时间窗，其中所述存储冲突根据所述每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量确定。
进一步地，所述方法利用如下公式计算确定每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量：
Figure GDA0002611717390000041
且
Figure GDA00026117173900000411
并且每个所述预定下传时间窗的存储量不能超过卫星的最大存储量：
Figure GDA0002611717390000042
Figure GDA0002611717390000043
其中，
Figure GDA0002611717390000044
表示卫星j到第d-1个地面站时间窗时的存储量，其中
Figure GDA0002611717390000045
表示卫星j到虚拟的第1个地面站时间窗的存储量，即开始执行目标时的初始存储量，
Figure GDA0002611717390000046
表示卫星j上第d-1个地面站开始时间到第d个地面站开始时间之间的时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000047
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他，tdi表示任务i产生的存储量，
Figure GDA0002611717390000048
等于1表示地面站k在卫星j的第b个时间窗接受数据，等于0表示其他，
Figure GDA0002611717390000049
表示地面站k在卫星j的第b个时间窗下传数据量，
Figure GDA00026117173900000410
表示卫星j到第d个地面站时间窗时的存储量；MSj表示卫星j的最大存储量；
利用以上的约束可以保证卫星在观测过程中，满载时经地面站下传数据后才能继续观测，可使得任务能够及时下传。
进一步地，所述方法利用如下步骤获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗：
获取接收到应急任务后，每个卫星上的上注时间窗，并选取每个卫星上的最早上注时间窗的开始时间，作为应急任务在每个卫星上的最早上注时刻；
获取应急任务的完成期限之前，每个卫星上的下传时间窗，并选取每个卫星上的最晚下传时间窗的结束时间，作为应急任务在每个卫星上的时间窗筛选结束时刻；
获取应急任务在每个卫星上的可见时间窗，并从所述可见时间窗中选取位于每个卫星的所述最早上注时刻和时间窗筛选结束时刻之间的时间窗，得到应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗。
第二方面，提供了一种卫星应急任务动态规划装置，所述装置包括：
时间窗筛选模块，用于获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗；
预定下传时间窗确定模块，用于获取应急任务的每个可用可见时间窗在卫星对应的其后最近的下传时间窗，并将其称为当前可用可见时间窗的预定下传时间窗，将预定下传时间窗结束时间作为应急任务的当前可用可见时间窗的下传完成时间；
第一任务插入模块，用于根据应急任务的完成期限以及应急任务在每个所述可用可见时间窗的下传完成时间，依据其下传完成时间对应急任务的可用可见时间窗按下传完成时间先后顺序进行排序，得到可用可见时间窗集；遍历所述可用可见时间窗集，选择第一个可用可见时间窗，并判断当前可用可见时间窗是否存在时间窗冲突以及存储冲突，如果没有存在时间窗冲突以及存储冲突，则插入应急任务，如果存在时间窗冲突或存储冲突，则遍历下一个可用可见时间窗，并重复执行当前步骤，直到可以将应急任务插入一个所述可用可见时间窗中或时间窗集遍历完成。
进一步地，所述装置利用如下目标函数指导应急任务尽量选择预定下传时间窗对应的较早的可用可见时间窗内完成：
Figure GDA0002611717390000051
其中，NDET表示已规划应急任务的数量，NET表示未规划应急任务的数量，NS表示卫星的数量，NG表示地面站的数量，GWkj表示地面站k和卫星j的时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000061
表示地面站k在卫星j上第b个时间窗到前一个此卫星上最近地面站时间窗之间的应急任务时间窗集合，所述第b个时间窗为所述预定下传时间窗，dli表示应急任务i完成期限，
Figure GDA0002611717390000062
表示应急任务i在卫星j上第b时间窗观测结束时间,
Figure GDA0002611717390000063
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他；
此目标函数通过最大化每个应急任务完成截止时间与任务下传完成时间的时段，从而指导启发式算法实现应急任务在下传完成时间较早的时间窗内观测。
进一步地，所述装置还包括：
数据量获取模块，针对每个可用可见时间窗，获取对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，其中所述预定时间段为对应卫星从所述预定下传时间窗到该卫星的所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗之间的时间段；存储量确定模块，用于根据对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储的数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，确定对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量；
冲突集确定模块，用于遍历应急任务的可用可见时间窗集，选择一个可用可见时间窗，获取应急任务的冲突集，其中所述冲突集包括若干个应急任务的冲突，每个所述冲突包括应急任务的N个冲突任务，N大于或等于1；
第二任务插入模块，用于对所述冲突集进行遍历，选取一个所述冲突，判断此冲突中冲突任务是否都存在无冲突时间窗可以直接插入，如果存在，删除当前冲突，插入其他无冲突时间窗，然后再将应急任务进行无冲突插入，如果不存在，则遍历下一个可用可见时间窗，其中，所述无冲突时间窗是指既不存在时间窗冲突，也不存在存储冲突的时间窗，其中所述存储冲突根据所述对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量确定。
进一步地，所述装置利用如下公式计算确定每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量：
Figure GDA0002611717390000071
且
Figure GDA00026117173900000711
并且每个所述预定下传时间窗的存储量不能超过卫星的最大存储量：
Figure GDA0002611717390000072
Figure GDA0002611717390000073
其中，
Figure GDA0002611717390000074
表示卫星j到第d-1个地面站时间窗时的存储量，其中
Figure GDA0002611717390000075
表示卫星j到虚拟的第1个地面站时间窗的存储量即开始执行目标时的初始存储量，
Figure GDA0002611717390000076
表示卫星j上第d-1个地面站开始时间到第d个地面站开始时间之间的时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000077
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他，tdi表示任务i产生的存储量，
Figure GDA0002611717390000078
等于1表示地面站k在卫星j的第b个时间窗接受数据，等于0表示其他，
Figure GDA0002611717390000079
表示地面站k在卫星j的第b个时间窗下传数据量，
Figure GDA00026117173900000710
表示卫星j到第d个地面站时间窗时的存储量；MSj表示卫星j的最大存储量；
利用以上的约束可以保证卫星在观测过程中，满载时经地面站下传数据后才能继续观测，可使得任务能够及时下传。
进一步地，所述时间窗筛选模块包括：
上注时刻确定子模块，用于获取接收到应急任务后，每个卫星上的上注时间窗，并选取每个卫星上的最早上注时间窗的开始时间，作为应急任务在每个卫星上的最早上注时刻；
结束时刻确定子模块，用于获取应急任务的完成期限之前，每个卫星上的下传时间窗，并选取每个卫星上的最晚下传时间窗的结束时间，作为应急任务在每个卫星上的时间窗筛选结束时刻；
时间窗筛选子模块，用于获取应急任务在每个卫星上的可见时间窗，并从所述可见时间窗中选取位于每个卫星的所述最早上注时刻和时间窗筛选结束时刻之间的时间窗，得到应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种卫星应急任务动态规划方法及装置装置，其能够在规划之前，筛选卫星上注时间点和应急任务完成期限前向最近的地面站时间窗结束时间之间的时间窗，以保证应急任务能够在卫星上注指令之后和完成期限之前及时的完成，在规划过程中，对于每个任务的插入，需要检查是否满足卫星最大存储量限制，因此不仅考虑了任务时间窗冲突，也考虑了任务的存储量冲突，使规划后的方案更加接近于卫星实际规划执行过程，在卫星执行过程，任务的完成是指任务拍照数据已经下传到地面站，任务拍照完成不代表任务的完成，又由于应急任务及时性要求比较高，越早完成越好，因此在应急任务插入时间窗选择时，设计了包含应急任务越早完成越好的目标函数，并且设计了尽量选择其后下传时间窗较早执行的策略。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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是本发明一个实施例的卫星应急任务动态规划方法的流程图；
图2是本发明一个实施例的卫星应急任务动态规划方法装置的框图；
图3是本发明一个实施例中时间窗筛选示意图；
图4是本发明另一个实施例中时间窗筛选示意图；
图5是本发明一个实施例中冲突集筛选示意图；
图6是本发明一个实施例中任务规划示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。
下面首先对本发明实施例需要用到的一些参数进行说明。
P0表示原规划方案；
S＝{1,2,...,j,...NS}表示卫星集合；
DGT＝{1,2...,i,...,NDGT}表示已规划常规任务集合；
DET＝{1,2...,i,...,NDET}表示已规划应急任务集合；
ET＝{1,2,...,i,...,NET}表示未规划应急任务集合；
GT＝{1,2...,i,...,NGT}表示未规划常规任务集合；
G＝{1,2,...,NG}表示地面站任务集合；
C＝{1,2,...,m,...,NC}表示测控站任务集合；
ti∈GT∪ET∪DET∪DGT表示观测任务；
ti∈G表示下传任务；
ti∈C表示上注任务；
tvi表示任务i的权重；
psj表示任务规划开始时间；
pej表示任务规划结束时间；
Figure GDA0002611717390000101
表示测控站m的可见时间窗集合；
Figure GDA0002611717390000102
表示测控站m在卫星j上的可见时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000103
是测控站m与卫星j的可见时间窗总数；
Figure GDA0002611717390000104
表示测控站m与卫星j的第c个时间窗，
Figure GDA0002611717390000105
是开始时间，
Figure GDA0002611717390000106
是结束时间；
Figure GDA0002611717390000107
表示目标i的可见时间窗集合；
Figure GDA0002611717390000108
表示目标i在卫星j上的可见时间窗集
合，
Figure GDA0002611717390000109
是目标i与卫星j的可见时间窗总数；
Figure GDA00026117173900001010
表示目标i与卫星j的第a个时间窗，
Figure GDA00026117173900001011
是开始时间，
Figure GDA00026117173900001012
是结束时间；
Figure GDA00026117173900001013
表示地面站k的可见时间窗集合；
Figure GDA00026117173900001014
表示地面站k在卫星j的可见时间窗集合，
Figure GDA00026117173900001015
是地面站k与卫星j的可见时间窗总数；
Figure GDA00026117173900001016
表示地面站k与卫星j的第b个时间窗，
Figure GDA00026117173900001017
是开始时间，
Figure GDA00026117173900001018
是结束时间；
dli表示应急任务i的任务完成期限；
tdlij表示应急任务i在卫星j最迟观测完成时间；
Figure GDA00026117173900001019
表示目标i的冲突任务集，包括时间窗冲突任务和存储冲突任务；
Figure GDA00026117173900001020
表示目标i的冲突集，包括时间窗冲突和存储冲突；
Figure GDA00026117173900001021
表示任务i在卫星j上第e时间窗观测开始时间；
Figure GDA00026117173900001022
表示任务i在卫星j上第e时间窗观测结束时间；
tu,tv表示卫星j上两个连续执行的任务，其中tu在第p个时间窗观
测，tv在第q个时间窗观测；
tdi表示任务i产生的存储量；
Figure GDA00026117173900001023
表示地面站k在卫星j的第b个时间窗下传数据量；
MSj表示卫星j的最大存储量；
Figure GDA00026117173900001024
表示卫星j到第d个地面站时间窗时的存储量，其中
Figure GDA00026117173900001025
表示卫星j到虚拟的第1个地面站时间窗的存储量即开始执行目标时的初始存储量；
Figure GDA0002611717390000111
表示卫星j上第d-1个地面站开始时间到第d个地面站开始时间之间的时间窗变量集合；
Figure GDA0002611717390000112
表示地面站k在卫星j上第b个时间窗到前一个此卫星上最近地面站时间窗之间的应急任务i时间窗(i,a)集合，如图3所示。
Figure GDA0002611717390000113
Figure GDA0002611717390000114
Figure GDA0002611717390000115
一种卫星应急任务动态规划方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
110、获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗；
120、获取应急任务的每个可用可见时间窗在卫星对应的其后最近的下传时间窗，并将其称为此时间窗的预定下传时间窗，将预定下传时间窗结束时间作为应急任务此时间窗的下传完成时间；
130、根据应急任务的完成期限以及应急任务在每个所述可用可见时间窗的下传完成时间，依据其下传完成时间对应急任务的可用可见时间窗按下传完成时间先后顺序进行排序，得到可用可见时间窗集；遍历所述可用可见时间窗集，选择第一个可用可见时间窗，并判断此可用可见时间窗是否存在时间窗冲突以及存储冲突，如果没有存在时间窗冲突以及存储冲突，则插入应急任务，如果存在时间窗冲突或存储冲突，则遍历下一个可用可见时间窗，并重复执行当前步骤，直到可以将应急任务插入一个所述可用可见时间窗中或时间窗集遍历完成。
本实施例中，卫星应急任务动态规划方法利用如下目标函数指导应急任务尽量选择预定下传时间窗对应的较早的可用可见时间窗内完成(即步骤120和130具体利用如下公式完成)：
Figure GDA0002611717390000121
其中，NDET表示已规划应急任务的数量，NET表示未规划应急任务的数量，NS表示卫星的数量，NG表示地面站的数量，GWkj表示地面站k和卫星j的时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000122
表示地面站k在卫星j上第b个时间，所述第b个时间窗为所述预定下传时间窗，窗到前一个此卫星上最近地面站时间窗之间的应急任务时间窗集合，dli表示应急任务i完成期限，
Figure GDA0002611717390000123
表示应急任务i在卫星j上第b时间窗观测结束时间,
Figure GDA0002611717390000124
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他；
此目标函数通过最大化每个应急任务完成截止时间与任务下传完成时间的时段，从而指导启发式算法实现应急任务在下传完成时间较早的时间窗内观测。
本实施例针对原有技术方案没有考虑应急任务越早完成越好的问题，设计了应急任务越早完成越好目标函数，并依据目标函数设计了应急任务可插入时间窗的选择规则，即如果应急任务ti存在多个可插入的时间窗，则将尽量选择向后邻近的地面站时间窗
Figure GDA0002611717390000125
结束时间
Figure GDA0002611717390000126
较早的任务时间窗
Figure GDA0002611717390000127
以便于应急任务的及时完成，提高整体方案的收益。
在一个实施例中，卫星应急任务动态规划装置在没有一个所述可用可见时间窗可以插入任务时，还包括如下步骤：
210、针对每个可用可见时间窗，获取对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，其中所述预定时间段为对应卫星从所述预定下传时间窗到该卫星的所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗之间的时间段；
220、根据对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储的数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，确定对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量；
230、遍历应急任务的可用可见时间窗集，选择一个可用可见时间窗，获取应急任务的冲突集，其中所述冲突集包括若干个应急任务的冲突，每个所述冲突包括应急任务的N个冲突任务，N大于或等于1；
240、对所述冲突集进行遍历，选取一个所述冲突，判断此冲突中冲突任务是否都存在无冲突时间窗可以直接插入，如果存在，删除当前冲突，插入其他无冲突时间窗，然后再将应急任务进行无冲突插入(即将应急任务插入上述无冲突时间窗)，如果不存在，则遍历下一个可用可见时间窗，其中，所述无冲突时间窗是指既不存在时间窗冲突，也不存在存储冲突，其中所述存储冲突根据所述每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量确定。
本实施例中利用如下公式计算确定每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量：
Figure GDA0002611717390000131
且
Figure GDA0002611717390000137
并且每个所述预定下传时间窗的存储量不能超过卫星的最大存储量：
Figure GDA0002611717390000132
Figure GDA0002611717390000133
其中，
Figure GDA0002611717390000134
表示卫星j到第d-1个地面站时间窗时的存储量，其中
Figure GDA0002611717390000135
表示卫星j到虚拟的第1个地面站时间窗的存储量即开始执行目标时的初始存储量，
Figure GDA0002611717390000136
表示卫星j上第d-1个地面站开始时间到第d个地面站开始时间之间的时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000141
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他，tdi表示任务i产生的存储量，
Figure GDA0002611717390000142
等于1表示地面站k在卫星j的第b个时间窗接受数据，等于0表示其他，
Figure GDA0002611717390000143
表示地面站k在卫星j的第b个时间窗下传数据量，
Figure GDA0002611717390000144
表示卫星j到第d个地面站时间窗时的存储量；MSj表示卫星j的最大存储量；
本实施例中，冲突集的确定包括以下步骤，如图5所示，假设卫星的最大存储量为3个观测任务，则当插入应急任务ti时，会在卫星1上产生存储冲突集{{t1},{t2},{t3}}，卫星2上产生时间窗冲突集{{t4,t5},{t5}}，因此任务ti的冲突集是{{t1},{t2},{t3},{t4,t5},{t5}}。
本实施例使任务在插入规划方案的过程中必须满足卫星的存储约束，本实施例在插入应急任务的过程中首先检查在待插入时间窗中是否存在时间窗冲突任务，如果不存在时间窗冲突任务，则接着检查插入应急任务后是否会使卫星的存储量超过最大存储量，即检查在待插入时间窗所邻的地面站时间窗之间是否存在存储冲突任务，如果两者都不存在则带插入时间窗插入应急任务。本实施例可以保证卫星在观测过程中，满载时经地面站下传数据后才能继续观测，可使得任务能够及时下传。
在一个实施例中，卫星应急任务动态规划方法利用如下步骤获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗：
310、获取接收到应急任务后，每个卫星上的上注时间窗，并选取每个卫星上的最早上注时间窗的开始时间，作为应急任务在每个卫星上的最早上注时刻；
320、获取应急任务的完成期限之前，每个卫星上的下传时间窗，并选取每个卫星上的最晚下传时间窗的结束时间，作为应急任务在每个卫星上的时间窗筛选结束时刻；
330、获取应急任务在每个卫星上的可见时间窗，并从所述可见时间中选取位于每个卫星的所述最早上注时刻和时间窗筛选结束时刻之间的时间窗，得到应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗。
在具体实施过程中，即首先在原规划方案P0中找到每颗卫星上最早上注时间窗
Figure GDA0002611717390000151
令此卫星开始规划时间点等于时间窗的开始时间即
Figure GDA0002611717390000152
接着找到每颗卫星上距离任务ti完成期限dli前向最近地面站的下传时间窗
Figure GDA0002611717390000153
(地面站在其时间窗中可以接受卫星下传的存储数据)的结束时间点
Figure GDA0002611717390000154
然后对计算出的时间窗进行筛选，保留psj和tdlij之间的时间窗，以保证规划方案的及时上注和应急任务的及时完成。其具体如下：
如图4所示，在卫星1、卫星2和卫星3上任务ti∈GT∪ET∪DT有时间窗集
Figure GDA0002611717390000155
测控站m有时间窗集
Figure GDA0002611717390000156
地面站k有时间窗集
Figure GDA0002611717390000157
那么经过筛选后的时间窗集为
Figure GDA0002611717390000158
综上，上述实施例的规划的目标函数和约束如下：
Figure GDA0002611717390000159
Figure GDA00026117173900001510
Figure GDA00026117173900001511
Figure GDA00026117173900001512
Figure GDA00026117173900001513
Figure GDA00026117173900001514
Figure GDA00026117173900001515
Figure GDA00026117173900001516
且
Figure GDA00026117173900001517
Figure GDA00026117173900001518
Figure GDA00026117173900001519
式(1)表示规划任务总权重最大化的目标；式(2)表示应急任务提前完成时间最大化的目标；式(3)是每个目标任务最多被执行一次；式(4)是每个地面站时间窗都要执行；式(5)是每个测控站时间窗都要执行；式(6)同一颗卫星先后执行的两个任务的观测时间窗不能有重叠；式(7)是任务的观测时间窗必须在可见时间窗范围内；式(8)(9)(10)是卫星在执行任务的过程中存储量不能超过相关卫星的最大存储量。
在一个实施例中，将本发明实施例的方法应用到具体的任务规划中，如图6所示，包括如下步骤：
步骤一、初始化原任务规划方案P0，卫星集合S＝{1,2,...,j,...NS}，已规划常规任务集合DGT＝{1,2...,i,...,NDGT}，已规划应急任务集合DET＝{1,2...,i,...,NDET}，未规划常规任务集合GT＝{1,2,...,i,...,NGT}，未规划应急任务集合ET＝{1,2,...,i,...,NET}，观测任务ti∈{GT∪ET∪DT}，地面站任务集合G＝{1,2,...,k,...,NG}，测控站任务集合C＝{1,2,...,m,...,NC}；
步骤二、计算每个应急任务ti∈ET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ti和卫星Sj的时间窗；
步骤三、应急任务直接插入策略：选择一个应急任务taski，对所有时间窗进行筛选，只保留卫星j的上注时间psj和应急任务在卫星j上最迟观测完成时间tdlij之间的时间窗集TWi，对时间窗按其后邻近地面站时间结束时间进行排序，并判断所有卫星上的时间窗集TWi中是否存在时间窗
Figure GDA0002611717390000161
可以插入应急任务ti，如果存在，插入应急任务ti，跳转步骤六，否则进入步骤四；
步骤四、应急任务回溯插入策略：对无法进行直接插入的任务ti，计算应急任务ti时间窗冲突和存储冲突集
Figure GDA0002611717390000162
假设新任务对冲突进行替换，则判断替换出的冲突
Figure GDA0002611717390000163
中的冲突任务在其他时间窗是否存在空闲时间段可以插入，如果存在，假设成立并将冲突任务插入空闲时间段，跳转步骤六，否则假设不成里，跳转步骤五；
步骤五、应急任务删除插入策略：上述两种方法无法实现应急任务插入时，判断是否存在权值比ti小的冲突，如果存在，则删除冲突集中权值最小的冲突
Figure GDA0002611717390000164
插入应急任务ti，将删除冲突中常规任务加入到常规任务集，应急任务加入应急任务集；
步骤六、判断是否对应急任务集ET遍历完成，如果是，跳转步骤七，否则跳转步骤三；
步骤七、计算每个常规任务ti∈GT时间窗集合TWi＝{TWi1,TWi2,...,TWiNS}：对常规任务集GT＝{1,2...,i,...,NGT}中的任务按权重tvi从低到高进行排序，遍历常规任务集GT和卫星集S，计算常规任务ti和卫星Sj的时间窗集；
步骤八、常规任务直接插入策略：选择一个常规任务ti∈GT，只保留卫星j的上注时间psj和任务规划结束时间pej之间的时间窗集TWi，并判断其所有时间窗集TWi中是否有时间窗
Figure GDA0002611717390000171
可以插入常规任务ti，如果是则插入，跳转步骤十一，否则进入步骤九；
步骤九、常规任务回溯插入策略：对无法进行直接插入的任务ti，计算常规任务时间窗冲突和存储冲突集
Figure GDA0002611717390000172
假设新任务对冲突进行替换，则判断替换出的冲突
Figure GDA0002611717390000173
中的冲突任务在其他时间窗是否存在空闲时间段可以插入，如果存在，则假设成立并将冲突任务插入空闲时间段，跳转步骤十一，否则假设不成里跳转步骤十；
步骤十、常规任务删除插入策略：上述两种方法无法实现常规任务插入时，选择ti所有冲突任务集cfi中权值最小的冲突，并判断其权值是否小于常规任务ti的权值tvi，如果是，则删除冲突后插入此任务，将删除冲突中常规任务加入到常规任务集，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P1，否则跳转步骤八；
本实施例，在规划过程中考虑了卫星上注时间点和应急任务完成期限，减少规整规划方案与实际工程应急差别，保证规划新方案的及时上注和应急任务的及时完成。在应用启发式算法规划过程中加入了卫星的最大存储约束，更加符合卫星的实际约束情况，提高了规划方案的可行性。在规划目标函数中加入应急任务时间越早完成越好的模块，并且在设计相应的启发式规划，能够使应急任务在完成期限内和满足约束的条件下尽早完成，提高了整体方案的收益。
对应于上述卫星应急任务动态规划方法，本发明还提供了一种卫星应急任务动态规划装置，如图2所示，所述装置包括：
时间窗筛选模块，用于获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗；
预定下传时间窗确定模块，用于获取应急任务的每个可用可见时间窗在卫星对应的其后最近的下传时间窗，并将其结束时间作为应急任务此时间窗的下传完成时间；
第一任务插入模块，用于根据应急任务的完成期限以及应急任务在每个所述可用可见时间窗的下传完成时间，依据其下传完成时间对应急任务的可用可见时间窗按时间先后顺序进行排序，得到可用可见时间窗集，遍历所述可用可见时间窗集，选择第一个可用可见时间窗，并判断此可用可见时间窗是否存在时间窗冲突以及存储冲突，如果没有存在时间窗冲突以及存储冲突，则插入应急任务，如果存在时间窗冲突或存储冲突，则遍历下一个可用可见时间窗，并重复执行当前步骤，直到可以将应急任务插入一个所述可用可见时间窗中或时间窗集遍历完成。
本实施例中，所述装置利用如下目标函数指导应急任务尽量选择在其后下传时间最早完成的可用可见时间窗内完成：
Figure GDA0002611717390000181
其中，NDET表示已规划应急任务的数量，NET表示未规划应急任务的数量，NS表示卫星的数量，NG表示地面站的数量，GWkj表示地面站k和卫星j的时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000182
表示地面站k在卫星j上第b个时间窗到前一个此卫星上最近地面站时间窗之间的应急任务时间窗集合，dli表示应急任务i完成期限，
Figure GDA0002611717390000191
表示应急任务i在卫星j上第b时间窗观测结束时间,
Figure GDA0002611717390000192
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他；
此目标函数通过最大化每个应急任务完成截止时间与任务下传完成时间的时段，从而指导启发式算法实现应急任务在下传完成时间较早的时间窗内观测。
在一个实施例中，卫星应急任务动态规划装置还包括：
数据量获取模块，针对每个可用可见时间窗，获取对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，其中所述预定时间段为对应卫星从所述预定下传时间窗到该卫星的所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗之间的时间段；
存储量确定模块，用于根据对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储的数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，确定对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量；
冲突集确定模块，用于遍历应急任务的可用可见时间窗集，选择一个可用可见时间窗，获取应急任务的冲突集，其中所述冲突集包括若干个应急任务的冲突，每个所述冲突包括应急任务的N个冲突任务，N大于或等于1；
第二任务插入模块，用于对所述冲突集进行遍历，选取一个所述冲突，判断此冲突中冲突任务是否都存在无冲突时间窗可以直接插入，如果存在，删除当前冲突，插入其他无冲突时间窗，然后再将应急任务进行无冲突插入，如果不存在，则遍历下一个可用可见时间窗，其中，所述无冲突时间窗是指既不存在时间窗冲突，也不存在存储冲突的时间窗，其中所述存储冲突根据所述对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量确定。
本实施例中，所述装置利用如下公式计算确定每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量：
Figure GDA0002611717390000201
并且每个所述预定下传时间窗的存储量不能超过卫星的最大存储量：
Figure GDA0002611717390000202
Figure GDA0002611717390000203
其中，
Figure GDA0002611717390000204
表示卫星j到第d-1个地面站时间窗时的存储量，其中
Figure GDA0002611717390000205
表示卫星j到虚拟的第1个地面站时间窗的存储量即开始执行目标时的初始存储量，
Figure GDA0002611717390000206
表示卫星j上第d-1个地面站开始时间到第d个地面站开始时间之间的时间窗集合，
Figure GDA0002611717390000207
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他，tdi表示任务i产生的存储量，
Figure GDA0002611717390000208
等于1表示地面站k在卫星j的第b个时间窗接受数据，等于0表示其他，
Figure GDA0002611717390000209
表示地面站k在卫星j的第b个时间窗下传数据量，
Figure GDA00026117173900002010
表示卫星j到第d个地面站时间窗时的存储量；MSj表示卫星j的最大存储量；
利用以上的约束可以保证卫星在观测过程中，满载时经地面站下传数据后才能继续观测，可使得任务能够及时下传。
在一个实施例中，卫星应急任务动态规划装置的时间窗筛选模块包括：
上注时刻确定子模块，用于获取接收到应急任务后，每个卫星上的上注时间窗，并选取每个卫星上的最早上注时间窗的开始时间，作为应急任务在每个卫星上的最早上注时刻；
结束时刻确定子模块，用于获取应急任务的完成期限之前，每个卫星上的下传时间窗，并选取每个卫星上的最晚下传时间窗的结束时间，作为应急任务在每个卫星上的时间窗筛选结束时刻；
时间窗筛选子模块，用于获取应急任务在每个卫星上的可见时间窗，并从所述可见时间窗中选取位于每个卫星的所述最早上注时刻和时间窗筛选结束时刻之间的时间窗，得到应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗。
本发明实施例中的装置是与本发明实施例中的方法对应的产品，本发明实施例中的方法的每一个步骤均由本发明实施例中的装置的部件完成，因此对于相同的部分不再进行赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种卫星应急任务动态规划方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗；
获取应急任务的每个可用可见时间窗在卫星对应的其后最近的下传时间窗，并将其称为当前可用可见时间窗的预定下传时间窗，将预定下传时间窗结束时间作为应急任务的当前可用可见时间窗的下传完成时间；
根据应急任务的完成期限以及应急任务在每个所述可用可见时间窗的下传完成时间，依据其下传完成时间对应急任务的可用可见时间窗按下传完成时间先后顺序进行排序，得到可用可见时间窗集；遍历所述可用可见时间窗集，选择第一个可用可见时间窗，并判断当前可用可见时间窗是否存在时间窗冲突以及存储冲突，如果没有存在时间窗冲突以及存储冲突，则插入应急任务，如果存在时间窗冲突或存储冲突，则遍历下一个可用可见时间窗，并重复执行当前步骤，直到可以将应急任务插入一个所述可用可见时间窗中或时间窗集遍历完成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下目标函数指导应急任务尽量选择预定下传时间窗对应的较早的可用可见时间窗内完成：
Figure FDA0002611717380000011
其中，NDET表示已规划应急任务的数量，NET表示未规划应急任务的数量，NS表示卫星的数量，NG表示地面站的数量，GWkj表示地面站k和卫星j的时间窗集合，
Figure FDA0002611717380000012
表示地面站k在卫星j上第b个时间窗到前一个此卫星上最近地面站时间窗之间的应急任务时间窗集合，所述第b个时间窗为所述预定下传时间窗，dli表示应急任务i完成期限，
Figure FDA0002611717380000013
表示应急任务i在卫星j上第b时间窗观测结束时间,
Figure FDA0002611717380000014
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他；
此目标函数通过最大化每个应急任务完成截止时间与任务下传完成时间的时段，从而指导启发式算法实现应急任务在下传完成时间较早的时间窗内观测。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在没有一个所述可用可见时间窗可以插入任务时，还包括如下步骤：
针对每个可用可见时间窗，获取对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，其中所述预定时间段为对应卫星从所述预定下传时间窗到该卫星的所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗之间的时间段；
根据对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储的数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，确定对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量；
遍历应急任务的可用可见时间窗集，选择一个可用可见时间窗，获取应急任务的冲突集，其中所述冲突集包括若干个应急任务的冲突，每个所述冲突包括应急任务的N个冲突任务，N大于或等于1；
对所述冲突集进行遍历，选取一个所述冲突，判断此冲突中冲突任务是否都存在无冲突时间窗可以直接插入，如果存在，删除当前冲突，插入其他无冲突时间窗，然后再将应急任务进行无冲突插入，如果不存在，则遍历下一个可用可见时间窗，其中，所述无冲突时间窗是指既不存在时间窗冲突，也不存在存储冲突的时间窗，其中所述存储冲突根据所述每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下公式计算确定每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量：
Figure FDA0002611717380000031
且
Figure FDA0002611717380000032
并且每个所述预定下传时间窗的存储量不能超过卫星的最大存储量：
Figure FDA0002611717380000033
Figure FDA0002611717380000034
其中，
Figure FDA0002611717380000035
表示卫星j到第d-1个地面站时间窗时的存储量，其中
Figure FDA0002611717380000036
表示卫星j到虚拟的第1个地面站时间窗的存储量，即开始执行目标时的初始存储量，
Figure FDA0002611717380000037
表示卫星j上第d-1个地面站开始时间到第d个地面站开始时间之间的时间窗集合，
Figure FDA0002611717380000038
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他，tdi表示任务i产生的存储量，
Figure FDA0002611717380000039
等于1表示地面站k在卫星j的第b个时间窗接受数据，等于0表示其他，
Figure FDA00026117173800000310
表示地面站k在卫星j的第b个时间窗下传数据量，
Figure FDA00026117173800000311
表示卫星j到第d个地面站时间窗时的存储量；MSj表示卫星j的最大存储量；
利用以上的约束可以保证卫星在观测过程中，满载时经地面站下传数据后才能继续观测，可使得任务能够及时下传。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下步骤获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗：
获取接收到应急任务后，每个卫星上的上注时间窗，并选取每个卫星上的最早上注时间窗的开始时间，作为应急任务在每个卫星上的最早上注时刻；
获取应急任务的完成期限之前，每个卫星上的下传时间窗，并选取每个卫星上的最晚下传时间窗的结束时间，作为应急任务在每个卫星上的时间窗筛选结束时刻；
获取应急任务在每个卫星上的可见时间窗，并从所述可见时间窗中选取位于每个卫星的所述最早上注时刻和时间窗筛选结束时刻之间的时间窗，得到应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗。
6.一种卫星应急任务动态规划装置，其特征在于，所述装置包括：
时间窗筛选模块，用于获取应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗；
预定下传时间窗确定模块，用于获取应急任务的每个可用可见时间窗在卫星对应的其后最近的下传时间窗，并将其称为当前可用可见时间窗的预定下传时间窗，将预定下传时间窗结束时间作为应急任务的当前可用可见时间窗的下传完成时间；
第一任务插入模块，用于根据应急任务的完成期限以及应急任务在每个所述可用可见时间窗的下传完成时间，依据其下传完成时间对应急任务的可用可见时间窗按下传完成时间先后顺序进行排序，得到可用可见时间窗集；遍历所述可用可见时间窗集，选择第一个可用可见时间窗，并判断当前可用可见时间窗是否存在时间窗冲突以及存储冲突，如果没有存在时间窗冲突以及存储冲突，则插入应急任务，如果存在时间窗冲突或存储冲突，则遍历下一个可用可见时间窗，并重复执行当前步骤，直到可以将应急任务插入一个所述可用可见时间窗中或时间窗集遍历完成。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置利用如下目标函数指导应急任务尽量选择预定下传时间窗对应的较早的可用可见时间窗内完成：
Figure FDA0002611717380000041
其中，NDET表示已规划应急任务的数量，NET表示未规划应急任务的数量，NS表示卫星的数量，NG表示地面站的数量，GWkj表示地面站k和卫星j的时间窗集合，
Figure FDA0002611717380000042
表示地面站k在卫星j上第b个时间窗到前一个此卫星上最近地面站时间窗之间的应急任务时间窗集合，所述第b个时间窗为所述预定下传时间窗，dli表示应急任务i完成期限，
Figure FDA0002611717380000051
表示应急任务i在卫星j上第b时间窗观测结束时间,
Figure FDA0002611717380000052
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他；
此目标函数通过最大化每个应急任务完成截止时间与任务下传完成时间的时段，从而指导启发式算法实现应急任务在下传完成时间较早的时间窗内观测。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
数据量获取模块，针对每个可用可见时间窗，获取对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，其中所述预定时间段为对应卫星从所述预定下传时间窗到该卫星的所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗之间的时间段；存储量确定模块，用于根据对应卫星到所述预定下传时间窗的前一个下传时间窗时的存储量、对应卫星在所述预定时间段之间的任务时间窗、每个所述任务时间窗对应的任务存储的数据量、对应卫星在所述预定时间段之间的下传时间窗以及对应卫星在每个所述下传时间窗中下传的数据量，确定对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量；
冲突集确定模块，用于遍历应急任务的可用可见时间窗集，选择一个可用可见时间窗，获取应急任务的冲突集，其中所述冲突集包括若干个应急任务的冲突，每个所述冲突包括应急任务的N个冲突任务，N大于或等于1；
第二任务插入模块，用于对所述冲突集进行遍历，选取一个所述冲突，判断此冲突中冲突任务是否都存在无冲突时间窗可以直接插入，如果存在，删除当前冲突，插入其他无冲突时间窗，然后再将应急任务进行无冲突插入，如果不存在，则遍历下一个可用可见时间窗，其中，所述无冲突时间窗是指既不存在时间窗冲突，也不存在存储冲突的时间窗，其中所述存储冲突根据所述对应卫星到所述预定下传时间窗时的存储量确定。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置利用如下公式计算确定每个卫星到所述预定下传时间窗时的存储量：
Figure FDA0002611717380000061
且
Figure FDA0002611717380000062
并且每个所述预定下传时间窗的存储量不能超过卫星的最大存储量：
Figure FDA0002611717380000063
Figure FDA0002611717380000064
其中，
Figure FDA0002611717380000065
表示卫星j到第d-1个地面站时间窗时的存储量，其中
Figure FDA0002611717380000066
表示卫星j到虚拟的第1个地面站时间窗的存储量即开始执行目标时的初始存储量，
Figure FDA0002611717380000067
表示卫星j上第d-1个地面站开始时间到第d个地面站开始时间之间的时间窗集合，
Figure FDA0002611717380000068
等于1表示目标i在卫星j的第a个时间窗被观测，等于0表示其他，tdi表示任务i产生的存储量，
Figure FDA0002611717380000069
等于1表示地面站k在卫星j的第b个时间窗接受数据，等于0表示其他，
Figure FDA00026117173800000610
表示地面站k在卫星j的第b个时间窗下传数据量，
Figure FDA00026117173800000611
表示卫星j到第d个地面站时间窗时的存储量；MSj表示卫星j的最大存储量；
利用以上的约束可以保证卫星在观测过程中，满载时经地面站下传数据后才能继续观测，可使得任务能够及时下传。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述时间窗筛选模块包括：
上注时刻确定子模块，用于获取接收到应急任务后，每个卫星上的上注时间窗，并选取每个卫星上的最早上注时间窗的开始时间，作为应急任务在每个卫星上的最早上注时刻；
结束时刻确定子模块，用于获取应急任务的完成期限之前，每个卫星上的下传时间窗，并选取每个卫星上的最晚下传时间窗的结束时间，作为应急任务在每个卫星上的时间窗筛选结束时刻；
时间窗筛选子模块，用于获取应急任务在每个卫星上的可见时间窗，并从所述可见时间窗中选取位于每个卫星的所述最早上注时刻和时间窗筛选结束时刻之间的时间窗，得到应急任务在每个卫星上的可用可见时间窗。
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