CN109670678B - 虚拟星座动态环境下的任务分配方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚拟星座动态环境下的任务分配方法，涉及卫星调度技术领域。该方法包括：虚拟星座管控系统接收到一个待处理任务时，形成待处理任务对应的元任务集；卫星平台搜索其管理域内每一卫星的可执行任务集，将其管理域内各个卫星各自的可执行任务集均发送至虚拟星座管控系统；确定该卫星平台的管理域内每一卫星可执行的元任务所形成的候选元任务子集；将每一卫星在其候选元任务子集中期望收益最大的元任务作为该卫星对其候选元任务子集中期望投标的元任务；虚拟星座管控系统针对元任务集中每一元任务，形成该元任务对应的候选卫星集；确定该元任务对应的有序卫星序列。本发明能够提高任务分配的效率。

Description

虚拟星座动态环境下的任务分配方法和系统

技术领域

本发明涉及卫星调度技术领域，具体涉及一种虚拟星座动态环境 下的任务分配方法。

背景技术

卫星在多个领域都有着广泛的运用和使用价值，但由于卫星的功 能和能力受到自我的限制，即卫星的轨道是不变固定的，无法对单一 目标进行实时不间断的监控，仅能实现对目标的周期性成像，所以不 能够及时、有效地目标区域内的目标进行有效侦察与覆盖，无法达到 用户所需要的满意需求，因此在实际卫星观测中出现了多星联合对地 观测的趋势，也出现集中式卫星编队、卫星星群等的概念，虽然这些 卫星组合方式的成像覆盖范围较大且重访周期较短，但是相对于目前 任务需求的发展速度而言已经不能够高效地满足任务，并且由于这些 卫星组合方式必须研制、发射和管理维护卫星，造成其构建的成本高 昂。因此，有必要提供一种高效的任务分配方案。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种虚拟星座动态环境下的 任务分配方法和系统，能够提高任务分配的效率。

(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，本发明提供一种虚拟星座动态环境下的任务分配方法， 包括：

S100、虚拟星座管控系统接收到一个待处理任务时，将所述待处 理任务拆分为多个元任务，形成所述待处理任务对应的元任务集，并 将所述元任务集发送至多个卫星平台；

S200、每一个卫星平台在接收到所述元任务集时，搜索其管理域 内每一卫星的可执行任务集，将其管理域内各个卫星各自的可执行任 务集均发送至所述虚拟星座管控系统；根据所述元任务集和所述各个 卫星各自的可执行任务集，确定该卫星平台的管理域内每一卫星可执 行的元任务所形成的候选元任务子集；将每一卫星在其候选元任务子 集中期望收益最大的元任务作为该卫星对其候选元任务子集中期望投 标的元任务；

S300、所述虚拟星座管控系统在接收到各个卫星平台发送来的多 个卫星的可执行任务集时，针对所述元任务集中每一元任务，确定可 执行该元任务的多个卫星，形成该元任务对应的候选卫星集；按照卫 星的奖励值对每一元任务的候选卫星集中的各个卫星进行排序，得到 该元任务对应的有序卫星序列；将所述元任务集中各个元任务分别对 应的有序卫星序列及每一有序卫星序列中每一卫星的奖励值发送至所 述多个卫星平台；

S400、每一卫星平台将其管理域内每一卫星对其期望投标的元任 务的期望收益与该卫星的奖励值进行比较，若该卫星的奖励值大于或 等于该卫星的所述期望收益，则该卫星平台向所述虚拟星座管控系统 发送该卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标信息；

S500、当所述虚拟星座管控系统接收到投标信息时，向对应的卫 星平台发送中标信息；

S600、接收到所述中标信息的卫星平台控制中标卫星执行相应的 元任务。

第二方面，本发明提供一种虚拟星座动态环境下的任务分配系统， 该系统包括虚拟星座管控系统和多个卫星平台；其中：

所述虚拟星座管控系统用于接收到一个待处理任务时，将所述待 处理任务拆分为多个元任务，形成所述待处理任务对应的元任务集， 并将所述元任务集发送至多个卫星平台；

每一个卫星平台用于在接收到所述元任务集时，搜索其管理域内 每一卫星的可执行任务集，将其管理域内各个卫星各自的可执行任务 集均发送至所述虚拟星座管控系统；根据所述元任务集和所述各个卫 星各自的可执行任务集，确定该卫星平台的管理域内每一卫星可执行 的元任务所形成的候选元任务子集；将每一卫星在其候选元任务子集 中期望收益最大的元任务作为该卫星对其候选元任务子集中期望投标 的元任务；

所述虚拟星座管控系统还用于在接收到各个卫星平台发送来的多 个卫星的可执行任务集时，针对所述元任务集中每一元任务，确定可 执行该元任务的多个卫星，形成该元任务对应的候选卫星集；按照卫 星的奖励值对每一元任务的候选卫星集中的各个卫星进行排序，得到 该元任务对应的有序卫星序列；将所述元任务集中各个元任务分别对 应的有序卫星序列及每一有序卫星序列中每一卫星的奖励值发送至所 述多个卫星平台；

每一卫星平台还用于将其管理域内每一卫星对其期望投标的元任 务的期望收益与该卫星的奖励值进行比较，若该卫星的奖励值大于或 等于该卫星的所述期望收益，则该卫星平台向所述虚拟星座管控系统 发送该卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标信息；

所述虚拟星座管控系统还用于在接收到投标信息时，向对应的卫 星平台发送中标信息；

每一卫星平台还用于在接收到所述中标信息时控制中标卫星执行 相应的元任务。

(三)有益效果

本发明实施例提供了一种虚拟星座动态环境下的任务分配方法， 基于虚拟星座实现，可以应用在动态、不确定环境的场景中，这是传 统的、静态的、集中式的解决办法无法实现的。由虚拟星座管控系统 通过多个卫星平台对大量的卫星资源进行调配，多个卫星平台分区设 置，实现一种分布式控制。本发明中的很多步骤可以并行执行，且多 个元任务的整体分配方法也可以并行执行，从而大大提高了任务分配 的效率，比较适合随时可能发生变化的动态环境。由于本发明中，根 据卫星的可执行任务集和元任务集，确定每一元任务的候选卫星集， 这里考虑的是卫星的能力，而不仅仅是卫星是否处理过同样或类似的任务，解决了现有技术中的垄断机制，提高新发射的、潜在的卫星被 分配任务的概率，减少资源的浪费。本发明在S200中建立每一卫星的 候选元任务子集，是卫星对元任务的排序，在S300中建立每一元任务 的候选卫星集，是元任务对卫星的排序，可见本发明采用了双向排序 机制，使得在招投标信息交互中有效减少投标次数、评标的卫星数目， 即减少虚拟星座管控系统和卫星平台之间的通信量，避免因反复协商 次数过多造成的信息大量冗余和资源的浪费，从而提高任务分配效率 和分配成功率。

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是本发明一实施例中虚拟星座动态环境下的任务分配方法的 流程示意图。

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 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。

第一方面，本发明提供一种虚拟星座动态环境下的任务分配方法， 如图1所示，该任务分配方法包括：

S100、虚拟星座管控系统接收到一个待处理任务时，将所述待处 理任务拆分为多个元任务，形成所述待处理任务对应的元任务集，并 将所述元任务集发送至多个卫星平台；

当虚拟星座管控系统接收到一个动态任务时，可将该任务作为一 个待处理任务，进行后续处理，以便实现对该任务的分配。

可理解的是，所谓的元任务是指一个卫星可以单独完成的任务。 例如，一个待处理任务是连续24小时对地球某目标进行观测，然而由 于每个卫星均只有在某个时间窗内才能观测到该目标，因此一个卫星 无法实现连续24小时的观测。但如果将24小时分为多个时间段，在 其中一个时间段内对目标进行观测，即一个元任务，这样一个待处理 任务就可以分成多个元任务分别执行。

例如，一个待处理任务拆分为10个元任务，则其元任务集中有10 个元任务。由于一个任务被分成了10个元任务，而这10个元任务可 以并行分配，从而提高了任务分配的效率。

S200、每一个卫星平台在接收到所述元任务集时，搜索其管理域 内每一卫星的可执行任务集，将其管理域内各个卫星各自的可执行任 务集均发送至所述虚拟星座管控系统；

根据所述元任务集和所述各个卫星各自的可执行任务集，确定该 卫星平台的管理域内每一卫星可执行的元任务所形成的候选元任务子 集；将每一卫星在其候选元任务子集中期望收益最大的元任务作为该 卫星对其候选元任务子集中期望投标的元任务；

在实际应用中，不同的卫星平台，有不同的管理域。每一卫星平 台可以对其管理域内的多个卫星进行管理、控制等。

可理解的是，一个卫星的可执行任务集是指该卫星可以或能够执 行的任务的集合，该集合体现了该卫星的能力。可执行任务集中不仅 包括该卫星曾经执行过的任务，也包括未曾执行过的任务，虽然该卫 星未曾执行过某些任务，但是该卫星具有处理这些任务的能力。可见， 这里不仅仅考虑执行过此任务或类似任务的卫星，还考虑未执行过此 任务但是有能力执行此任务的卫星。在现有技术中仅考虑执行过此任 务或类似任务的卫星(即垄断机制)，对于新发射的、潜在的卫星来说， 其被分配任务的概率很低，造成资源的浪费。本发明相对于传统的垄 断机制来说，提高新发射的、潜在的卫星被分配任务的概率，减少资 源的浪费。

在实际应用中，卫星平台可将元任务集中的各个元任务和其管理 域内各个卫星各自的可执行任务集进行匹配。例如，其管理域内的某 颗卫星A的可执行任务集中的一个任务a1与元任务集C中的一个元任 务c2相匹配，卫星A的可执行任务集中的一个任务a2与元任务集C 中的一个元任务c4相匹配，卫星A的可执行任务集中的的一个任务a4 与元任务集中的一个元任务c5相匹配，则卫星A可执行的元任务有c2、 c4和c5，元任务c2、c4和c5形成一个卫星A的候选元任务子集。

每一个卫星对其候选元任务子集中的每一个元任务的期望收益的 计算公式可以为：

w＝u×(1+a％)

式中，w为该卫星对该元任务的期望收益，u为该卫星为完成该元 任务所需要付出的成本，a为期望的收益百分比。

每一个卫星可以采用上述公式计算分别对其候选元任务子集中各 个员元任务的期望收益，并按照期望收益从大到小的顺序，对其候选 元任务子集中的各个元任务进行排序，然后选择出期望收益最大的元 任务，作为该卫星期望投标的元任务，即想要投标的元任务。

S300、所述虚拟星座管控系统在接收到各个卫星平台发送来的多 个卫星的可执行任务集时，针对所述元任务集中每一元任务，确定可 执行该元任务的多个卫星，形成该元任务对应的候选卫星集；按照卫 星的奖励值对每一元任务的候选卫星集中的各个卫星进行排序，得到 该元任务对应的有序卫星序列；将所述元任务集中各个元任务分别对 应的有序卫星序列及每一有序卫星序列中每一卫星的奖励值发送至所 述多个卫星平台；

当虚拟星座管控系统接收到卫星平台发送来的卫星的可执行任务 集时，将元任务集中的每一个元任务与各个卫星的可执行任务集进行 匹配，例如，元任务c1与卫星A的可执行任务集中的一个任务相匹配， 元任务c1也与卫星D的可执行任务集中的一个任务相匹配，元任务c1 还与卫星F的可执行任务集中的一个任务相匹配，说明卫星A、D、F 均具有执行元任务c1的能力，因此元任务c1的候选卫星集为{卫星A、 卫星D、卫星F}。可理解的是，候选卫星集中的卫星可以是一个卫星 平台的管理域内的卫星，也可以是多个卫星平台的管理域内的卫星。

在实际应用中，按照卫星的奖励值对每一元任务的候选卫星集中的 各个卫星进行排序，得到该元任务对应的有序卫星序列的过程可以包 括如下步骤：

S301、根据多个卫星属性和每一卫星属性的权重值，确定每一元 任务的候选卫星集中每一卫星的综合质量值；

可理解的是，卫星的综合质量值是考虑卫星的多个卫星属性、体 现卫星优劣的综合参数的大小。

其中，卫星的卫星属性有多个，例如，负载、分辨率、卫星的电 源数、卫星的存储器容量、卫星能力的优先级等。每一个卫星属性都 对应一个权重值，权重值体现卫星属性的重要程度。

其中，每一元任务的候选卫星集中每一卫星的综合质量值的计算 过程可以包括如下步骤：

S3011、确定该元任务的候选卫星集中每一卫星对应的多个卫星属 性值所形成的属性向量；

例如，候选卫星集中的第i个卫星的属性向量为：

PRO＝{pro_i1,pro_i2...,pro_in}

式中，n为属性向量中卫星属性值的个数。

S3012、对该元任务的候选卫星集中各个卫星各自对应的属性向量 均进行规范化处理；

例如，采用下式对每一元任务的候选卫星集中第i个卫星对应的属 性向量进行规范化处理：

式中，pro_ij为所述第i个卫星对应的属性向量中的第j个卫星属性 值；mo_ij为对第j个卫星属性值pro_ij进行规划化处理后的值；m为该元 任务的候选卫星集中卫星的个数。

S3013、将每一卫星属性的权重值与规范化处理后的各个属性向量 中对应的属性值进行相乘，得到对应的加权属性值；

例如，各个卫星属性的权重值所形成的权重向量为：

w＝(w₁,w₂,...,w_n)^T

采用下式计算第i个卫星的第j个加权属性值：

sch_ij＝w_j·mo_ij,i＝1,...,m；j＝1，...，n

式中，规范化处理后的第i个卫星对应的属性向量中的第j个卫星 属性值mo_ij与对应的权重值w_j相乘，即可得到第i个卫星的第j个加权 属性值。

S3014、将该元任务的候选卫星集中每一卫星对应的各个加权属性 值求和，得到该卫星的综合质量值。

例如，采用下式计算第i个卫星的综合质量值：

式中，Z_i为第i个卫星的综合质量值。

S302、根据按照综合质量值，对每一元任务的候选卫星集中的各 个卫星进行排序，得到该元任务对应的第一卫星序列；

例如，按照Z从小到大的方式排序对一个元任务的候选卫星集中的 各个卫星进行排序，得到该元任务对应的第一卫星序列。在序列中的 排名越靠前，说明卫星越优质。

S303、对每一元任务对应的第一卫星序列中不同的卫星赋予不同 的初始奖励值；其中，综合质量值越高的卫星，被赋予的初始奖励值 越高；

可理解的是，初始奖励值是对卫星完成元任务所获得的奖励，综 合质量值越高即卫星越优质，其获得的初始奖励值越高。

S304、检查每一元任务对应的第一卫星序列中是否存在违约卫星：

S3041、若存在，则根据预设惩罚机制对违约卫星的奖励值进行更 新，根据当前奖励值，对该元任务对应的第一卫星序列中的各个卫星 进行排序，得到第二卫星序列，并将该第二卫星序列作为该元任务对 应的有序卫星序列；

卫星对地任务观测需要满足以下约束:每个观测任务必须在其某 个可用时间窗口内完成，同时观测要满足任务需求(例如，分辨率)， 减少不必要的观测；卫星连续两次观测之间必须有足够的调整时间； 同时因为动态、不确定情况没有执行的任务，需要进行任务的观测； 多任务需要在截止日期前完成且优先处理必须完成。

可理解的是，卫星违约是指一卫星在投标后中标，却因为该卫星 接收到收益更大的任务时放弃中标任务而去执行收益更大的任务，或 者超期完成任务，或者不符合上述约束中的其他条件。

在实际应用中，惩罚机制可采用如下惩罚公式：

式中，re₀为违约卫星初始的奖励值，re₁为所述违约卫星更新后的 奖励值，x为所述违约卫星中标的总次数，y为所述违约卫星违约的总 次数。

通过上述公式对初始的奖励值进行削减，从而实现对奖励值的更 新，这实际上一种任务分配过程中的动态调节，当违约次数过多时， 会极大的削弱对违约卫星的信任程度，这样做也可以保证谈判的成功 率。

进一步的，当违约卫星所违约的任务与本次所分配的任务相同， 则禁止违约卫星对本次任务进行投标；若不同，则允许采用上述的惩 罚公式对违约卫星的奖励值进行削弱。

S3042、若不存在，将该元任务对应的第一卫星序列作为该元任务 对应的有序卫星序列。

S400、每一卫星平台将其管理域内每一卫星对其期望投标的元任 务的期望收益与该卫星的奖励值进行比较，若该卫星的奖励值大于或 等于该卫星的所述期望收益，则该卫星平台向所述虚拟星座管控系统 发送该卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标信息；

这里，如果卫星的奖励值低于卫星对期望投标的元任务的期望收 益，卫星是不会对期望投标的元任务进行投标的；只有卫星的奖励值 高于或等于卫星对期望投标的元任务的期望收益时，卫星才会对期望 投标的元任务进行投标。

S500、当所述虚拟星座管控系统接收到投标信息时，向对应的卫 星平台发送中标信息；

当虚拟星座管控系统接收到投标信息时，说明投标的卫星的奖励 值是高于卫星对元任务的期望收益的，而且卫星进行投标的元任务是 其候选元任务子集中期望收益最高的，因此虚拟星座管控系统会向发 送投标信息的卫星平台发送中标信息。

其中，中标信息中可以包括：中标卫星和中标元任务。

S600、接收到所述中标信息的卫星平台控制中标卫星执行相应的 元任务。

当一卫星平台接收到中标信息后，控制中标卫星执行相应的元任 务。当采用上述方法使得元任务集中的每一个元任务都有卫星去执行， 从而完成对待处理任务的分配。

在整个协商过程中，虚拟星座管控系统和各个卫星平台需要遵守 诚信机制，卫星平台确保可以完成任务才投标；投标的信息真实可靠， 不会为了合同签订而给不能满足的卫星执行；不管什么任务都要执行， 不能因为收益不多而放弃。

因为有着应急观测任务的出现，需要对卫星资源进行快速的、有 效地调整和组织配置，而卫星资源的调整和组织配置非常复杂，传统 的、静态的、集中式的解决办法对资源组织与效率难以满足实际现实 需要。虚拟星座是为充分利用星地资源调配而提供的一种高效的卫星 任务解决方案。虚拟星座管控系统统筹任务规划，以一种协同的方式， 将不同载荷特性、卫星访问覆盖范围动态重叠的、多卫星平台管控的 对地观测卫星汇集在一起，发挥多星多传感器虚拟星座观测的优势， 实现联合协同观测，以满足用户对地观测需求。基于虚拟星座，本发 明中的任务分配方法可以应用在动态、不确定环境的场景中，这是传统的、静态的、集中式的解决办法无法实现的。

本发明中，由虚拟星座管控系统通过多个卫星平台对大量的卫星 资源进行调配，多个卫星平台分区设置，实现一种分布式控制。虽然 在文中设置了S100、S200、S300……S600这些步骤标号，但是这些步 骤并不一定顺序执行，其中很多步骤可以并行执行，且多个元任务的 整体分配方法也可以并行执行，从而大大提高了任务分配的效率，比 较适合随时可能发生变化的动态环境。由于本发明中，根据卫星的可 执行任务集和元任务集，确定每一元任务的候选卫星集，这里考虑的 是卫星的能力，而不仅仅是卫星是否处理过同样或类似的任务，解决 了现有技术中的垄断机制，提高新发射的、潜在的卫星被分配任务的概率，减少资源的浪费。

本发明在S200中建立每一卫星的候选元任务子集，是卫星对元任 务的排序，在S300中建立每一元任务的候选卫星集，是元任务对卫星 的排序，可见本发明采用了双向排序机制，使得在招投标信息交互中 有效减少投标次数、评标的卫星数目，即减少虚拟星座管控系统和卫 星平台之间的通信量，避免因反复协商次数过多造成的信息大量冗余 和资源的浪费，从而提高任务分配效率和分配成功率。

在具体实施时，卫星平台向所述虚拟星座管控系统发送卫星对其 期望投标的元任务进行投标的投标信息之前，所述方法还包括：

卫星平台对该卫星进行任务冲突检测，若检测到该卫星当前执行 的任务集和/或待执行任务集中存在与该卫星期望投标的元任务相冲突 的任务，则放弃该卫星期望投标的元任务；否则，该卫星平台向所述 虚拟星座管控系统发送该卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标 信息。

这里，进行任务冲突检测，以避免在真正执行任务时发生任务冲 突，导致无法完成任务，造成更大的损失。

当然，当卫星平台放弃该卫星期望投标的元任务时，还将所放弃 的元任务从该卫星的候选元任务子集中删除，并从该卫星当前的候选 元任务子集中选择期望收益最大的元任务作为该卫星新的期望投标的 元任务，并判断该新的期望投标的元任务的期望收益是否小于该卫星 的奖励值，若是，则对该卫星进行任务冲突检测，若无任务冲突，则 卫星平台向所述虚拟星座管控系统发送该卫星对其新的期望投标的元 任务进行投标的投标信息。

第二方面，本发明提供一种虚拟星座动态环境下的任务分配系统， 该系统包括虚拟星座管控系统和多个卫星平台；其中：

所述虚拟星座管控系统用于接收到一个待处理任务时，将所述待 处理任务拆分为多个元任务，形成所述待处理任务对应的元任务集， 并将所述元任务集发送至多个卫星平台；

每一个卫星平台用于在接收到所述元任务集时，搜索其管理域内 每一卫星的可执行任务集，将其管理域内各个卫星各自的可执行任务 集均发送至所述虚拟星座管控系统；根据所述元任务集和所述各个卫 星各自的可执行任务集，确定该卫星平台的管理域内每一卫星可执行 的元任务所形成的候选元任务子集；将每一卫星在其候选元任务子集 中期望收益最大的元任务作为该卫星对其候选元任务子集中期望投标 的元任务；

所述虚拟星座管控系统还用于在接收到各个卫星平台发送来的多 个卫星的可执行任务集时，针对所述元任务集中每一元任务，确定可 执行该元任务的多个卫星，形成该元任务对应的候选卫星集；按照卫 星的奖励值对每一元任务的候选卫星集中的各个卫星进行排序，得到 该元任务对应的有序卫星序列；将所述元任务集中各个元任务分别对 应的有序卫星序列及每一有序卫星序列中每一卫星的奖励值发送至所 述多个卫星平台；

每一卫星平台还用于将其管理域内每一卫星对其期望投标的元任 务的期望收益与该卫星的奖励值进行比较，若该卫星的奖励值大于或 等于该卫星的所述期望收益，则该卫星平台向所述虚拟星座管控系统 发送该卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标信息；

所述虚拟星座管控系统还用于在接收到投标信息时，向对应的卫 星平台发送中标信息；

每一卫星平台还用于在接收到所述中标信息时控制中标卫星执行 相应的元任务。

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 (5)

1.一种虚拟星座动态环境下的任务分配方法，其特征在于，包括：

S100、虚拟星座管控系统接收到一个待处理任务时，将所述待处理任务拆分为多个元任务，形成所述待处理任务对应的元任务集，并将所述元任务集发送至多个卫星平台；

S200、每一个卫星平台在接收到所述元任务集时，搜索其管理域内每一卫星的可执行任务集，将其管理域内各个卫星各自的可执行任务集均发送至所述虚拟星座管控系统；根据所述元任务集和所述各个卫星各自的可执行任务集，确定该卫星平台的管理域内每一卫星可执行的元任务所形成的候选元任务子集；将每一卫星在其候选元任务子集中期望收益最大的元任务作为该卫星对其候选元任务子集中期望投标的元任务；

S300、所述虚拟星座管控系统在接收到各个卫星平台发送来的多个卫星的可执行任务集时，针对所述元任务集中每一元任务，确定可执行该元任务的多个卫星，形成该元任务对应的候选卫星集；按照卫星的奖励值对每一元任务的候选卫星集中的各个卫星进行排序，得到该元任务对应的有序卫星序列；将所述元任务集中各个元任务分别对应的有序卫星序列及每一有序卫星序列中每一卫星的奖励值发送至所述多个卫星平台；

S400、每一卫星平台将其管理域内每一卫星对其期望投标的元任务的期望收益与该卫星的奖励值进行比较，若该卫星的奖励值大于或等于该卫星的所述期望收益，则该卫星平台向所述虚拟星座管控系统发送该卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标信息；

S500、当所述虚拟星座管控系统接收到投标信息时，向对应的卫星平台发送中标信息；

S600、接收到所述中标信息的卫星平台控制中标卫星执行相应的元任务；

按照卫星的奖励值对每一元任务的候选卫星集中的各个卫星进行排序，得到该元任务对应的有序卫星序列，包括：

S301、根据多个卫星属性和每一卫星属性的权重值，确定每一元任务的候选卫星集中每一卫星的综合质量值；

S302、根据按照综合质量值，对每一元任务的候选卫星集中的各个卫星进行排序，得到该元任务对应的第一卫星序列；

S303、对每一元任务对应的第一卫星序列中不同的卫星赋予不同的初始奖励值；其中，综合质量值越高的卫星，被赋予的初始奖励值越高；

S304、检查每一元任务对应的第一卫星序列中是否存在违约卫星：

若存在，则根据预设惩罚机制对违约卫星的奖励值进行更新，根据当前奖励值，对该元任务对应的第一卫星序列中的各个卫星进行排序，得到第二卫星序列，并将该第二卫星序列作为该元任务对应的有序卫星序列；

否则，将该元任务对应的第一卫星序列作为该元任务对应的有序卫星序列；

根据多个卫星属性和每一卫星属性的权重值，确定每一元任务的候选卫星集中每一卫星的综合质量值，包括：

S3011、确定该元任务的候选卫星集中每一卫星对应的多个卫星属性值所形成的属性向量；

S3012、对该元任务的候选卫星集中各个卫星各自对应的属性向量均进行规范化处理；

S3013、将每一卫星属性的权重值与规范化处理后的各个属性向量中对应的属性值进行相乘，得到对应的加权属性值；

S3014、将该元任务的候选卫星集中每一卫星对应的各个加权属性值求和，得到该卫星的综合质量值；

采用下式对每一元任务的候选卫星集中第i个卫星对应的属性向量进行规范化处理：

式中，pro_ij为所述第i个卫星对应的属性向量中的第j个卫星属性值；mo_ij为对第j个卫星属性值pro_ij进行规范化处理后的值；m为该元任务的候选卫星集中卫星的个数；n为属性向量中卫星属性值的个数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设惩罚机制对违约卫星的奖励值进行更新，包括：

式中，re₀为违约卫星初始的奖励值，re₁为所述违约卫星更新后的奖励值，x为所述违约卫星中标的总次数，y为所述违约卫星违约的总次数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，卫星平台向所述虚拟星座管控系统发送卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标信息之前，所述方法还包括：

卫星平台对该卫星进行任务冲突检测，若检测到该卫星当前执行的任务集和/或待执行任务集中存在与该卫星期望投标的元任务相冲突的任务，则放弃该卫星期望投标的元任务；否则，该卫星平台向所述虚拟星座管控系统发送该卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当卫星平台放弃该卫星期望投标的元任务时，还将所放弃的元任务从该卫星的候选元任务子集中删除，并从该卫星当前的候选元任务子集中选择期望收益最大的元任务作为该卫星新的期望投标的元任务，并判断该新的期望投标的元任务的期望收益是否小于该卫星的奖励值，若是，则对该卫星进行任务冲突检测，若无任务冲突，则卫星平台向所述虚拟星座管控系统发送该卫星对其新的期望投标的元任务进行投标的投标信息。

5.采用如权利要求1所述方法的任务分配系统，其特征在于，该系统包括虚拟星座管控系统和多个卫星平台；其中：

所述虚拟星座管控系统用于接收到一个待处理任务时，将所述待处理任务拆分为多个元任务，形成所述待处理任务对应的元任务集，并将所述元任务集发送至多个卫星平台；

每一个卫星平台用于在接收到所述元任务集时，搜索其管理域内每一卫星的可执行任务集，将其管理域内各个卫星各自的可执行任务集均发送至所述虚拟星座管控系统；根据所述元任务集和所述各个卫星各自的可执行任务集，确定该卫星平台的管理域内每一卫星可执行的元任务所形成的候选元任务子集；将每一卫星在其候选元任务子集中期望收益最大的元任务作为该卫星对其候选元任务子集中期望投标的元任务；

所述虚拟星座管控系统还用于在接收到各个卫星平台发送来的多个卫星的可执行任务集时，针对所述元任务集中每一元任务，确定可执行该元任务的多个卫星，形成该元任务对应的候选卫星集；按照卫星的奖励值对每一元任务的候选卫星集中的各个卫星进行排序，得到该元任务对应的有序卫星序列；将所述元任务集中各个元任务分别对应的有序卫星序列及每一有序卫星序列中每一卫星的奖励值发送至所述多个卫星平台；

每一卫星平台还用于将其管理域内每一卫星对其期望投标的元任务的期望收益与该卫星的奖励值进行比较，若该卫星的奖励值大于或等于该卫星的所述期望收益，则该卫星平台向所述虚拟星座管控系统发送该卫星对其期望投标的元任务进行投标的投标信息；

所述虚拟星座管控系统还用于在接收到投标信息时，向对应的卫星平台发送中标信息；

每一卫星平台还用于在接收到所述中标信息时控制中标卫星执行相应的元任务。

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