CN109034531A - 一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法，包括如下步骤：步骤1、将多源任务看作是新任务插入到初始规划方案中，构建动态任务集；步骤2、考虑多时间窗口的约束，建立基于多时间窗口的动态约束满足问题模型；步骤3、根据总收益最大原则和扰动测度最小原则，采用最优路径搜索的方法为每个观测任务确定成像时间窗口和成像姿态角。本发明解决了卫星成像任务动态规划的技术难题，相比于现有的动态任务规划方法具有明显的自主性优势和工程适用性。

Description

一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法

技术领域

本发明涉及卫星成像任务规划方法，具体地，涉及一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法。

背景技术

动态任务规划问题由于其不确定性、多变性，一直以来都是卫星成像任务规划技术研究中的难点。卫星成像任务动态规划问题主要有卫星资源状态变化、新任务的插入等几种扰动形式。且目前任务规划问题考虑的任务来源单一，对多任务源情况下的任务规划问题研究甚少。

在多任务源情况下，卫星可接收成像任务的通道多，任务类型多，卫星与成像任务之间的时间窗口约束复杂，传统的任务规划已经无法满足这种情况下的成像需求。

本发明在卫星成像任务自主规划的基础上提出了一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法，对于实现卫星在轨成像任务动态规划具有重要意义。

发明内容

针对卫星成像任务动态规划的技术难题，本发明提供了一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法，对于实现卫星在轨成像任务动态规划具有重要意义。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法，包括如下步骤：

步骤1、设初始规划方案中未完成的任务集为M_rest，在T_insert时刻有来自其他任务源的新任务集M_new，构建动态任务集M_dynamic为：

M_dynamic＝M_rest∪M_new

步骤2、考虑多时间窗口的约束，建立基于多时间窗口的动态约束满足问题模型；具体的：

S21、优化目标，使动态调整后的方案总收益最大。

设动态任务集M_dynamic中任务m_di的优先级为p_i，决策变量为x_i，且

则目标函数为

S22、多时间窗口约束，包括卫星与任务源之间的可见时间窗口约束、卫星与新任务之间的可见时间窗口约束；

设任务源集合为GS＝{GS₁,GS₂,……,GS_n}，n为任务源的数量；新任务集合为 表示由第i个任务源插入的第j个新任务。

卫星与任务源之间的可见时间窗口集合为

卫星对新任务的可见时间窗口集合为

卫星对新任务的成像时间窗口集合为

则应满足

S23、新任务的优先观测性约束，即插入的新任务是要求卫星优先观测或必须观测的；

设动态任务集为M_dynamic，插入的新任务集为则应满足

步骤3、设扰动测度为Δ，n₁、n₂分别为相对初始方案，动态调整后的方案中开始观测时间发生变化的任务数量和被删除的任务数量，n为初始方案中观测任务的总数，p_i、p_j、p_k为任务的优先级；根据总收益最大原则和扰动测度最小原则，即：

并采用最优路径搜索的方法为每个观测任务确定成像时间窗口和成像姿态角。

本发明的一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法，由于采取上述的技术方案，使得本发明的卫星成像任务动态规划方法相比于现有的任务动态规划方法具有明显的自主性优势和工程适用性。

附图说明

图1为本发明涉及的一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法流程图。

具体实施方式

以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于发明的保护范围。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

图1为本发明涉及的一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法，本发明包括如下步骤：

步骤1、设初始规划方案中未完成的任务集为M_rest，在T_insert时刻有来自其他任务源的新任务集M_new，构建动态任务集M_dynamic为：

M_dynamic＝M_rest∪M_new

步骤2、考虑多时间窗口的约束，建立基于多时间窗口的动态约束满足问题模型，即：

S21、优化目标：使动态调整后的方案总收益最大。

设动态任务集M_dynamic中任务m_di的优先级为p_i，决策变量为x_i，且

则目标函数为

S22、多时间窗口约束：包括卫星与任务源之间的可见时间窗口约束、卫星与新任务之间的可见时间窗口约束。

设任务源集合为GS＝{GS₁,GS₂,……,GS_n}，n为任务源的数量；新任务集合为 表示由第i个任务源插入的第j个新任务。

卫星与任务源之间的可见时间窗口集合为

卫星对新任务的可见时间窗口集合为

卫星对新任务的成像时间窗口集合为

则应满足

S23、新任务的优先观测性约束：即插入的新任务是要求卫星优先观测或必须观测的。

设动态任务集为M_dynamic，插入的新任务集为则应满足

步骤3、设扰动测度为Δ，n₁、n₂分别为相对初始方案，动态调整后的方案中开始观测时间发生变化的任务数量和被删除的任务数量，n为初始方案中观测任务的总数，p_i、p_j、p_k为任务的优先级。根据总收益最大原则和扰动测度最小原则，即：

并采用最优路径搜索的方法为每个观测任务确定成像时间窗口和成像姿态角。

经过仿真验证，本发明取得了卫星成像任务动态规划时满足最大收益和最小扰动测度时的规划方案。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、设初始规划方案中未完成的任务集为M_rest，在T_insert时刻有来自其他任务源的新任务集M_new，构建动态任务集M_dynamic为：

M_dynamic＝M_rest∪M_new

步骤2、考虑多时间窗口的约束，建立基于多时间窗口的动态约束满足问题模型；

步骤3、设扰动测度为Δ，n₁、n₂分别为相对初始方案，动态调整后的方案中开始观测时间发生变化的任务数量和被删除的任务数量，n为初始方案中观测任务的总数，p_i、p_j、p_k为任务的优先级；根据总收益最大原则和扰动测度最小原则，即：

并采用最优路径搜索的方法为每个观测任务确定成像时间窗口和成像姿态角。

2.如权利要求1所述的一种考虑多时间窗口约束的卫星成像多源任务动态规划方法，其特征在于，所述轴S2具体包括如下步骤：

S21、优化目标，使动态调整后的方案总收益最大；

设动态任务集M_dynamic中任务m_di的优先级为p_i，决策变量为x_i，且则目标函数为：

S22、多时间窗口约束，包括卫星与任务源之间的可见时间窗口约束、卫星与新任务之间的可见时间窗口约束；具体的：

设任务源集合为GS＝{GS₁,GS₂,……,GS_n}，n为任务源的数量；新任务集合为 表示由第i个任务源插入的第j个新任务；

卫星与任务源之间的可见时间窗口集合为：

卫星对新任务的可见时间窗口集合为：

卫星对新任务的成像时间窗口集合为：

则应满足：

S23、新任务的优先观测性约束，即插入的新任务是要求卫星优先观测或必须观测的；

设动态任务集为M_dynamic，插入的新任务集为则应满足：