CN115330112A - 面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法和系统 - Google Patents

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CN115330112A CN202210721851.XA CN202210721851A CN115330112A CN 115330112 A CN115330112 A CN 115330112A CN 202210721851 A CN202210721851 A CN 202210721851A CN 115330112 A CN115330112 A CN 115330112A
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夏维
王执龙
朱外明
马华伟
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Abstract

本发明提供一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法、系统、存储介质和电子设备，涉及多星协同规划技术领域。本发明中，首先通过预处理划分周期频次，在每个频次内通过时间窗的拼接生成连续观测时间窗；然后设计了三个启发式因子计算所生成的连续观测时间窗的优先级；最后依据优先级将连续观测时间窗更新到当前方案。其中，在连续观测时间窗生成阶段，由于单颗卫星对地面目标的观测时长有限，为满足该问题的连续观测时长要求，本专利将多颗位于不同轨道卫星的空闲时间窗进行统计并按照起始时间进行排序，然后将相继过境的卫星时间窗进行拼接以生成连续观测时间窗。

Description

面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法和系统
技术领域
本发明涉及多星协同规划技术领域，具体涉及一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法、系统、存储介质和电子设备。
背景技术
对地观测卫星作为一种重要的航天飞行器，主要通过搭载的卫星传感器从太空中获取地球表面相关图像数据，并将数据传回到地面供专业人员进行分析，提取有用信息交由用户使用。卫星具有覆盖范围广，持续时间长，不受时间、地域和国界限制、不涉及人员安全等优点，在资源勘探、环境监测、军事侦查、灾后救援等领域具有重要的作用。
在对地观测卫星实际应用中，存在许多对目标进行周期性轮巡的需求，周期轮巡任务要求多颗卫星相互协同对地面同一目标进行周期性多次观测，如针对火灾易发区，需要采用高低轨卫星联合拍摄的方式进行观测，使用高轨卫星每日针对重点区域巡查，发现灾害地点后，再通过多颗低轨高分辨率卫星对灾害区域进行多次成像。灾害发生后，需要对灾害地点进行持续一段时间的连续观测，而这种联合拍摄的方式不能满足灾害监测场景下的连续观测时长需求，进而为卫星任务规划带来了新的挑战。
与常规任务所要求的地面目标被观测到为结束条件不同，周期轮巡任务要求多颗卫星相互协同对地面同一目标进行周期性多次观测，而针对考虑连续观测时长的周期轮巡任务，还要求在每个频次内对地面目标进行一定时长的连续观测，且任务要求的连续观测时长远远大于卫星单次过境的成像时长。当下仍未有同时满足该类任务中周期轮巡和对地连续观测两个需求的解决方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法、系统、存储介质和电子设备，解决了现有周期轮巡任务规划方案无法同时满足周期轮巡和对地连续观测的技术问题。
(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：
一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法，包括：
S1、针对任一周期批次，获取任务数据taski和已有规划方案Plan，将待规划任务时间窗{TTWij|i∈T，j∈S}按照开始时刻升序排列，获取排序后时间窗时间集合{ob_wini|i∈T}；
S2、将当前时间窗标识now_winid初始化为{ob_wini|i∈T}的首个时间窗的标识；设置当前连续区间标识inter_id并初始化为0；
S3、调用冲突判断方法遍历{ob_wini|i∈T}，找到第一个与已有方案无冲突的时间窗作为构造连续区间的最早时间窗，输出now_winid；
S4、如果now_winid不为空值且时间窗遍历未完成，跳转至S5，否则跳转至S8；
S5、当前连续区间标识inter_id取值增加1，将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；其中，连续区间是指以连续观测时间窗开始时间和结束时间为区间上下界的时间区间；
S6、调用连续区间判断与生成方法，根据now_winid、{ob_wini|i∈T}判断时间窗的连续性并生成连续观测时间窗；
S7、将连续观测时间窗对应集合中包含的时间窗在{ob_wini|i∈T}中删除，跳转至S3；
S8、如果now_winid不为空值且时间窗遍历完成，跳转至S9，否则跳转至S11；
S9、当前连续区间标识inter_id取值增加1；将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；设置当前时间窗后续时间间隔为0；
S10、选择连续时长大于预设时长的连续观测时间窗，并计算启发式因子值及区间优先级；选用优先级最高的连续观测时间窗对应的规划方案new_Plan替换当前方案；
S11、输出更新后的方案new_Plan。
优选的，对任务数据进行预处理获取各个所述周期批次对应的待规划时间窗集合，具体包括：
S100、获取任务数据taski、已有规划方案Plan、总规划频次ni；
S200、识别任务i所有时间窗中最早和最迟时间窗的开始时刻first_start和last_start；
S300、令当前规划频次c＝1，start_timec＝first_start；
S400、计算当前规划频次的结束时刻
Figure BDA0003711655750000032
Figure BDA0003711655750000031
S500、读取开始时刻在时间start_timec和end_timec之间的时间窗集合，并标记该时间窗集合为频次c，如果c＝ni，跳转至S700，否则跳转至S600；
S600、令c＝c+1，start_timec＝end_timec-1，转步骤4；
S700、输出各频次对应的待规划时间窗集合。
优选的，所述S3具体包括：
S31、根据待判断的now_winid读取{ob_wini|i∈T}中now_winid紧后的待判断时间窗子集{pend_ob_wini|i∈T}；
S32、遍历{pend_ob_wini|i∈T}，判断pend_ob_wini与已有方案是否存在冲突；
S33、如果时间窗pend_ob_wini与已有规划方案Plan中的时间窗存在冲突且遍历未完成，跳转至S32，否则跳转至S34；
S34、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗存在冲突且时间窗遍历完成，跳转至S37，否则跳转至S35；
S35、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗不存在冲突且遍历未完成，将时间窗pend_ob_wini赋值给当前时间窗标识now_winid，跳转至S37，否则跳转至S36；
S36、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗不存在冲突且遍历完成，将时间窗pend_ob_wini赋值给当前时间窗标识now_winid，否则跳转至S37；
S37、输出当前时间窗标识now_winid。
优选的，所述S6中通过预设的时间阈值判断时间窗的连续性，将连续的各个时间窗归为一个连续观测时间窗，具体包括：
S61、调用冲突判断方法，根据now_winid以及{ob_wini|i∈T}，遍历当前时间窗紧后的时间窗，寻找与已有方案无冲突的时间窗并输出对应的标识next_winid；
S62、如果next_winid不是空值，跳转至S63，否则当前连续观测时间窗为空，跳转至S67；
S63、根据now_winid对应时间窗的结束时间、next_winid对应时间窗的开始时间计算两时间窗的时间间隔；
S64、若时间间隔小于时间阈值Q，且当前时间窗紧后的时间窗遍历未完成，跳转至S65；且当前时间窗紧后的时间窗遍历已完成，跳转至S66；否则跳转至S67；
S65、将next_winid对应时间窗更新至当前当前连续观测时间窗内，将next_winid更新到方案中，将next_winid赋值给now_winid，跳转至S61；
S66、将next_winid对应时间窗更新至当前连续观测时间窗内，将now_winid对应时间窗的两时间窗的间隔更新为0，跳转至S67；
S67、输出当前连续观测时间窗。
优选的，所述S10中的启发式因子包括：
观测时长满足度因子：
Figure BDA0003711655750000051
Figure BDA0003711655750000061
其中，first_starti和last_endi分别为任务i在连续观测时间窗内最早观测时间窗的开始时间和最迟观测时间窗的结束时间，dui为任务要求的连续观测时长，con_rati表示连续观测时间窗与任务要求连续观测时长的比值，sati_rati为该连续观测时间窗口的时长满足度因子；
优选的，时间窗集合时效性因子：
time_idi＝sort(win_starti)
Figure BDA0003711655750000062
其中，sort为排序函数，按照时间窗开始时间的先后顺序进行排序，序号从0开始，win_starti为第i个连续观测时间窗的首个观测时间窗的开始时间，time_idi为该连续观测时间窗的时效性序号，time_effi为该连续观测时间窗的时效性因子；
优选的，时间窗集合冲突度因子：
Figure BDA0003711655750000063
Figure BDA0003711655750000064
Figure BDA0003711655750000065
其中，dui为任务要求的以秒计的连续观测时长，Numfloor为以1020s计算得出的时间窗数量的下限，Numup为以480s计算得出的时间窗数量的上限，num为当前连续观测时间窗内时间窗的数量，num_facti为该连续观测时间窗的时间窗集合冲突度因子。
优选的，所述S10中区间优先级的计算过程如下：
Figure BDA0003711655750000071
其中，nfi、sri和tei分别表示各启发因子对应的权重。
一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划系统，包括：
获取模块，用于执行S1、针对任一周期批次，获取任务数据taski和已有规划方案Plan，将待规划任务时间窗{TTWij|i∈T，j∈S}按照开始时刻升序排列，获取排序后时间窗时间集合{ob_wini|i∈T}；
设置模块，用于执行S2、将当前时间窗标识now_winid初始化为{ob_wini|i∈T}的首个时间窗的标识；设置当前连续区间标识inter_id并初始化为0；
第一判断模块，用于执行S3、调用冲突判断方法遍历{ob_wini|i∈T}，找到第一个与已有方案无冲突的时间窗作为构造连续区间的最早时间窗，输出now_winid；
第一跳转模块，用于执行S4、如果now_winid不为空值且时间窗遍历未完成，跳转至第一更新模块执行S5，否则跳转至第三跳转模块执行S8；
第一更新模块，用于执行S5、当前连续区间标识inter_id取值增加1，将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；其中，连续区间是指以连续观测时间窗开始时间和结束时间为区间上下界的时间区间；
第二判断模块，用于执行S6、调用连续区间判断与生成方法，根据now_winid、{ob_wini|i∈T}判断时间窗的连续性并生成连续观测时间窗；
第二跳转模块，用于执行S7、将连续观测时间窗对应集合中包含的时间窗在{ob_wini|i∈T}中删除，跳转至第一判断模块执行S3；
第三跳转模块，用于执行S8、如果now_winid不为空值且时间窗遍历完成，跳转至第二更新模块执行S9，否则跳转至输出模块执行S11；
第二更新模块，用于执行S9、当前连续区间标识inter_id取值增加1；将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；设置当前时间窗后续时间间隔为0；
启发模块，用于执行S10、选择连续时长大于预设时长的连续观测时间窗，并计算启发式因子值及区间优先级；选用优先级最高的连续观测时间窗对应的规划方案new_Plan替换当前方案；
输出模块，用于执行S11、输出更新后的方案new_Plan。
一种存储介质，其存储有用于面向周期性连续观测任务的多星协同规划的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上所述的多星协同规划方法。
一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的多星协同规划方法。
(三)有益效果
本发明提供了一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法、系统、存储介质和电子设备。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明中，在连续观测时间窗生成阶段，由于单颗卫星对地面目标的观测时长有限，为满足该问题的连续观测时长要求，将多颗位于不同轨道卫星的空闲时间窗进行统计并按照起始时间进行排序，然后将相继过境的卫星时间窗进行拼接以生成连续观测时间窗，以实现对地面目标的连续观测。
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为本发明实施例提供一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供一种时间窗拼接示意图。
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，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。
本申请实施例通过提供一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法、系统、存储介质和电子设备，解决了现有周期轮巡任务规划方案无法同时满足周期轮巡和对地连续观测的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
针对考虑连续观测时长的周期轮巡问题，本发明实施例所提出的一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法，首先通过预处理划分周期频次，在每个频次内通过时间窗的拼接生成连续观测时间窗；然后设计了三个启发式因子计算所生成的连续观测时间窗的优先级；最后依据优先级将连续观测时间窗更新到当前方案。
其中，在连续观测时间窗生成阶段，由于单颗卫星对地面目标的观测时长有限，为满足该问题的连续观测时长要求，本专利将多颗位于不同轨道卫星的空闲时间窗进行统计并按照起始时间进行排序，然后将相继过境的卫星时间窗进行拼接以生成连续观测时间窗。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例：
如图1所示，本发明实施例提供了一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法，包括：
S1、针对任一周期批次，获取任务数据taski和已有规划方案Plan，将待规划任务时间窗{TTWij|i∈T,j∈S}按照开始时刻升序排列，获取排序后时间窗时间集合{ob_wini|i∈T}；
S2、将当前时间窗标识now_winid初始化为{ob_wini|i∈T}的首个时间窗的标识；设置当前连续区间标识inter_id并初始化为0；
S3、调用冲突判断方法遍历{ob_wini|i∈T}，找到第一个与已有方案无冲突的时间窗作为构造连续区间的最早时间窗，输出now_winid；
S4、如果now_winid不为空值且时间窗遍历未完成，跳转至S5，否则跳转至S8；
S5、当前连续区间标识inter_id取值增加1，将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；其中，连续区间是指以连续观测时间窗开始时间和结束时间为区间上下界的时间区间；
S6、调用连续区间判断与生成方法，根据now_winid、{ob_wini|i∈T}判断时间窗的连续性并生成连续观测时间窗；
S7、将连续观测时间窗对应集合中包含的时间窗在{ob_wini|i∈T}中删除，跳转至S3；
S8、如果now_winid不为空值且时间窗遍历完成，跳转至S9，否则跳转至S11；
S9、当前连续区间标识inter_id取值增加1；将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；设置当前时间窗后续时间间隔为0；
S10、选择连续时长大于预设时长的连续观测时间窗，并计算启发式因子值及区间优先级；选用优先级最高的连续观测时间窗对应的规划方案new_Plan替换当前方案；
S11、输出更新后的方案new_Plan。
本发明实施例中，在连续观测时间窗生成阶段，由于单颗卫星对地面目标的观测时长有限，为满足该问题的连续观测时长要求，将多颗位于不同轨道卫星的空闲时间窗进行统计并按照起始时间进行排序，然后将相继过境的卫星时间窗进行拼接以生成连续观测时间窗，以实现对地面目标的连续观测。
下面将结合附图详细介绍上述技术方案的各个步骤：
首先需要补充的是，本申请中涉及到的部分名词如下：
频次：周期轮巡任务的一个周期称为频次。
连续观测时长要求：任务要求获得某一地面目标持续一定时间的成像信息。
连续观测时间窗：多个时间窗拼接后所生成的可以对地面目标进行连续观测的时间窗集合称为连续观测时间窗；其中最早时间窗开始时刻为连续观测时间窗的开始时刻，最迟时间窗的结束时刻为连续观测时间窗的结束时刻。
(时间窗)连续区间：以连续观测时间窗开始时间和结束时间为区间上下界的时间区间。
在步骤S1中，针对任一周期批次，获取任务数据taski和已有规划方案Plan，将待规划任务时间窗{TTWij|i∈T，j∈S}按照开始时刻升序排列，获取排序后时间窗时间集合{ob_wini|i∈T}；
特别的，对任务数据进行预处理获取各个所述周期批次对应的待规划时间窗集合，以满足任务的周期性需求；具体包括：
S100、获取任务数据taski、已有规划方案Plan、总规划频次ni；
S200、识别任务i所有时间窗中最早和最迟时间窗的开始时刻first_start和last_start；
S300、令当前规划频次c＝1，start_timec＝first_start；
S400、计算当前规划频次的结束时刻
Figure BDA0003711655750000131
Figure BDA0003711655750000132
S500、读取开始时刻在时间start_timec和end_timec之间的时间窗集合，并标记该时间窗集合为频次c，如果c＝ni，跳转至S700，否则跳转至S600；
S600、令c＝c+1，start_timec＝end_timec-1，转步骤4；
S700、输出各频次对应的待规划时间窗集合。
在步骤S2中，将当前时间窗标识now_winid初始化为{ob_wini|i∈T}的首个时间窗的标识；设置当前连续区间标识inter_id并初始化为0；
在步骤S3中，调用冲突判断方法遍历{ob_wini|i∈T}，找到第一个与已有方案无冲突的时间窗作为构造连续区间的最早时间窗，输出now_winid；具体包括：
S31、根据待判断的now_winid读取{ob_wini|i∈T}中now_winid紧后的待判断时间窗子集{pend_ob_wini|i∈T}；
S32、遍历{pend_ob_wini|i∈T}，判断pend_ob_wini与已有方案是否存在冲突；
S33、如果时间窗pend_ob_wini与已有规划方案Plan中的时间窗存在冲突且遍历未完成，跳转至S32，否则跳转至S34；
S34、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗存在冲突且时间窗遍历完成，跳转至S37，否则跳转至S35；
S35、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗不存在冲突且遍历未完成，将时间窗pend_ob_wini赋值给当前时间窗标识now_winid，跳转至S37，否则跳转至S36；
S36、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗不存在冲突且遍历完成，将时间窗pend_ob_wini赋值给当前时间窗标识now_winid，否则跳转至S37；
S37、输出当前时间窗标识now_winid。
在步骤S4中，如果now_winid不为空值且时间窗遍历未完成，跳转至S5，否则跳转至S8。
在步骤S5中，当前连续区间标识inter_id取值增加1，将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；其中，连续区间是指以连续观测时间窗开始时间和结束时间为区间上下界的时间区间。
在步骤S6中，如图2所示，调用连续区间判断与生成方法，根据now_winid、{ob_wini|i∈T}判断时间窗的连续性并生成连续观测时间窗；具体包括：
S61、调用冲突判断方法，根据now_winid以及{ob_wini|i∈T}，遍历当前时间窗紧后的时间窗，寻找与已有方案无冲突的时间窗并输出对应的标识next_winid；
S62、如果next_winid不是空值，跳转至S63，否则当前连续观测时间窗为空，跳转至S67；
S63、根据now_winid对应时间窗的结束时间、next_winid对应时间窗的开始时间计算两时间窗的时间间隔；
S64、若时间间隔小于时间阈值Q，且当前时间窗紧后的时间窗遍历未完成，跳转至S65；且当前时间窗紧后的时间窗遍历已完成，跳转至S66；否则跳转至S67；
S65、将next_winid对应时间窗更新至当前当前连续观测时间窗内，将next_winid更新到方案中，将next_winid赋值给now_winid，跳转至S61；
S66、将next_winid对应时间窗更新至当前连续观测时间窗内，将now_winid对应时间窗的两时间窗的间隔更新为0，跳转至S67；
S67、输出当前连续观测时间窗。
在步骤S8中，如果now_winid不为空值且时间窗遍历完成，跳转至S9，否则跳转至S11。
在步骤S9中，当前连续区间标识inter_id取值增加1；将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；设置当前时间窗后续时间间隔为0。
在步骤S10中，选择连续时长大于预设时长(例如15分钟)的连续观测时间窗，并计算启发式因子值及区间优先级；选用优先级最高的连续观测时间窗对应的规划方案new_Plan替换当前方案。
所述S10中的启发式因子包括：
观测时长满足度因子：
Figure BDA0003711655750000151
Figure BDA0003711655750000161
其中，first_starti和last_endi分别为任务i在连续观测时间窗内最早观测时间窗的开始时间和最迟观测时间窗的结束时间，dui为任务要求的连续观测时长，con_rati表示连续观测时间窗与任务要求连续观测时长的比值，sati_rati为该连续观测时间窗口的时长满足度因子。
时间窗集合时效性因子：
time_idi＝sort(win_starti)
Figure BDA0003711655750000162
其中，sort为排序函数，按照时间窗开始时间的先后顺序进行排序，序号从0开始，win_starti为第i个连续观测时间窗的首个观测时间窗的开始时间，time_idi为该连续观测时间窗的时效性序号，time_effi为该连续观测时间窗的时效性因子。
时间窗集合冲突度因子：
Figure BDA0003711655750000163
Figure BDA0003711655750000164
Figure BDA0003711655750000165
其中，dui为任务要求的以秒计的连续观测时长，Numfloor为以1020s计算得出的时间窗数量的下限，Numup为以480s计算得出的时间窗数量的上限，num为当前连续观测时间窗内时间窗的数量，num_facti为该连续观测时间窗的时间窗集合冲突度因子。
具体的，区间优先级的计算过程如下：
Figure BDA0003711655750000171
其中，nfi、sri和tei分别表示各启发因子对应的权重。
在步骤S11中，输出更新后的方案new_Plan。
本发明实施例提供了一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划系统，包括：
获取模块，用于执行S1、针对任一周期批次，获取任务数据taski和已有规划方案Plan，将待规划任务时间窗{TTWij|i∈T，j∈S}按照开始时刻升序排列，获取排序后时间窗时间集合{ob_wini|i∈T}；
设置模块，用于执行S2、将当前时间窗标识now_winid初始化为{ob_wini|i∈T}的首个时间窗的标识；设置当前连续区间标识inter_id并初始化为0；
第一判断模块，用于执行S3、调用冲突判断方法遍历{ob_wini|i∈T}，找到第一个与已有方案无冲突的时间窗作为构造连续区间的最早时间窗，输出now_winid；
第一跳转模块，用于执行S4、如果now_winid不为空值且时间窗遍历未完成，跳转至第一更新模块执行S5，否则跳转至第三跳转模块执行S8；
第一更新模块，用于执行S5、当前连续区间标识inter_id取值增加1，将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；其中，连续区间是指以连续观测时间窗开始时间和结束时间为区间上下界的时间区间；
第二判断模块，用于执行S6、调用连续区间判断与生成方法，根据now_winid、{ob_wini|i∈T}判断时间窗的连续性并生成连续观测时间窗；
第二跳转模块，用于执行S7、将连续观测时间窗对应集合中包含的时间窗在{ob_wini|i∈T}中删除，跳转至第一判断模块执行S3；
第三跳转模块，用于执行S8、如果now_winid不为空值且时间窗遍历完成，跳转至第二更新模块执行S9，否则跳转至输出模块执行S11；
第二更新模块，用于执行S9、当前连续区间标识inter_id取值增加1；将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；设置当前时间窗后续时间间隔为0；
启发模块，用于执行S10、选择连续时长大于预设时长的连续观测时间窗，并计算启发式因子值及区间优先级；选用优先级最高的连续观测时间窗对应的规划方案new_Plan替换当前方案；
输出模块，用于执行S11、输出更新后的方案new_Plan。
本发明实施例提供了一种存储介质，其存储有用于面向周期性连续观测任务的多星协同规划的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上所述的多星协同规划方法。
本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的多星协同规划方法。
可理解的是，本发明实施例提供的面向周期性连续观测任务的多星协同规划系统、存储介质和电子设备与本发明实施例提供的面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法相对应，其有关内容的解释、举例和有益效果等部分可以参考基于区块链的多星协同规划方法中的相应部分，此处不再赘述。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明实施例对任务数据进行预处理获取各个所述周期批次对应的待规划时间窗集合，以满足任务的周期性需求。
2、本发明实施例中，在连续观测时间窗生成阶段，由于单颗卫星对地面目标的观测时长有限，为满足该问题的连续观测时长要求，将多颗位于不同轨道卫星的空闲时间窗进行统计并按照起始时间进行排序，然后将相继过境的卫星时间窗进行拼接以生成连续观测时间窗，以实现对地面目标的连续观测。
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 (9)

1.一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划方法，其特征在于，包括：
S1、针对任一周期批次，获取任务数据taski和已有规划方案Plan，将待规划任务时间窗{TTWij|i∈T，j∈S}按照开始时刻升序排列，获取排序后时间窗时间集合{ob_wini|i∈T}；
S2、将当前时间窗标识now_winid初始化为{ob_wini|i∈T}的首个时间窗的标识；设置当前连续区间标识inter_id并初始化为0；
S3、调用冲突判断方法遍历{ob_wini|i∈T}，找到第一个与已有方案无冲突的时间窗作为构造连续区间的最早时间窗，输出now_winid；
S4、如果now_winid不为空值且时间窗遍历未完成，跳转至S5，否则跳转至S8；
S5、当前连续区间标识inter_id取值增加1，将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；其中，连续区间是指以连续观测时间窗开始时间和结束时间为区间上下界的时间区间；
S6、调用连续区间判断与生成方法，根据now_winid、{ob_wini|i∈T}判断时间窗的连续性并生成连续观测时间窗；
S7、将连续观测时间窗对应集合中包含的时间窗在{ob_wini|i∈T}中删除，跳转至S3；
S8、如果now_winid不为空值且时间窗遍历完成，跳转至S9，否则跳转至S11；
S9、当前连续区间标识inter_id取值增加1；将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；设置当前时间窗后续时间间隔为0；
S10、选择连续时长大于预设时长的连续观测时间窗，并计算启发式因子值及区间优先级；选用优先级最高的连续观测时间窗对应的规划方案new_Plan替换当前方案；
S11、输出更新后的方案new_Plan。
2.如权利要求1所述的多星协同规划方法，其特征在于，对任务数据进行预处理获取各个所述周期批次对应的待规划时间窗集合，具体包括：
S100、获取任务数据taski、已有规划方案Plan、总规划频次ni；
S200、识别任务i所有时间窗中最早和最迟时间窗的开始时刻first_start和last_start；
S300、令当前规划频次c＝1，start_timec＝first_start；
S400、计算当前规划频次的结束时刻
Figure FDA0003711655740000021
Figure FDA0003711655740000022
S500、读取开始时刻在时间start_timec和end_timec之间的时间窗集合，并标记该时间窗集合为频次c，如果c＝ni，跳转至S700，否则跳转至S600；
S600、令c＝c+1，start_timec＝end_timec-1，转步骤4；
S700、输出各频次对应的待规划时间窗集合。
3.如权利要求1或者2所述的多星协同规划方法，其特征在于，所述S3具体包括：
S31、根据待判断的now_winid读取{ob_wini|i∈T}中now_winid紧后的待判断时间窗子集{pend_ob_wini|i∈T}；
S32、遍历{pend_ob_wini|i∈T}，判断pend_ob_wini与已有方案是否存在冲突；
S33、如果时间窗pend_ob_wini与已有规划方案Plan中的时间窗存在冲突且遍历未完成，跳转至S32，否则跳转至S34；
S34、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗存在冲突且时间窗遍历完成，跳转至S37，否则跳转至S35；
S35、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗不存在冲突且遍历未完成，将时间窗pend_ob_wini赋值给当前时间窗标识now_winid，跳转至S37，否则跳转至S36；
S36、如果时间窗pend_ob_wini与Plan中的时间窗不存在冲突且遍历完成，将时间窗pend_ob_wini赋值给当前时间窗标识now_winid，否则跳转至S37；
S37、输出当前时间窗标识now_winid。
4.如权利要求3所述的多星协同规划方法，其特征在于，所述S6中通过预设的时间阈值判断时间窗的连续性，将连续的各个时间窗归为一个连续观测时间窗，具体包括：
S61、调用冲突判断方法，根据now_winid以及{ob_wini|i∈T}，遍历当前时间窗紧后的时间窗，寻找与已有方案无冲突的时间窗并输出对应的标识next_winid；
S62、如果next_winid不是空值，跳转至S63，否则当前连续观测时间窗为空，跳转至S67；
S63、根据now_winid对应时间窗的结束时间、next_winid对应时间窗的开始时间计算两时间窗的时间间隔；
S64、若时间间隔小于时间阈值Q，且当前时间窗紧后的时间窗遍历未完成，跳转至S65；且当前时间窗紧后的时间窗遍历已完成，跳转至S66；否则跳转至S67；
S65、将next_winid对应时间窗更新至当前当前连续观测时间窗内，将next_winid更新到方案中，将next_winid赋值给now_winid，跳转至S61；
S66、将next_winid对应时间窗更新至当前连续观测时间窗内，将now_winid对应时间窗的两时间窗的间隔更新为0，跳转至S67；
S67、输出当前连续观测时间窗。
5.如权利要求3所述的多星协同规划方法，其特征在于，所述S10中的启发式因子包括：
观测时长满足度因子：
Figure FDA0003711655740000041
Figure FDA0003711655740000042
其中，first_starti和last_endi分别为任务i在连续观测时间窗内最早观测时间窗的开始时间和最迟观测时间窗的结束时间，dui为任务要求的连续观测时长，con_rati表示连续观测时间窗与任务要求连续观测时长的比值，sati_rati为该连续观测时间窗口的时长满足度因子；
和/或时间窗集合时效性因子：
time_idi＝sort(win_starti)
Figure FDA0003711655740000051
其中，sort为排序函数，按照时间窗开始时间的先后顺序进行排序，序号从0开始，win_starti为第i个连续观测时间窗的首个观测时间窗的开始时间，time_idi为该连续观测时间窗的时效性序号，time_effi为该连续观测时间窗的时效性因子；
和/或时间窗集合冲突度因子：
Figure FDA0003711655740000052
Figure FDA0003711655740000053
Figure FDA0003711655740000054
其中，dui为任务要求的以秒计的连续观测时长，Numfloor为以1020s计算得出的时间窗数量的下限，Numup为以480s计算得出的时间窗数量的上限，num为当前连续观测时间窗内时间窗的数量，num_facti为该连续观测时间窗的时间窗集合冲突度因子。
6.如权利要求5所述的多星协同规划方法，其特征在于，所述S10中区间优先级的计算过程如下：
Figure FDA0003711655740000055
其中，nfi、sri和tei分别表示各启发因子对应的权重。
7.一种面向周期性连续观测任务的多星协同规划系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于执行S1、针对任一周期批次，获取任务数据taski和已有规划方案Plan，将待规划任务时间窗{TTWij|i∈T，j∈S}按照开始时刻升序排列，获取排序后时间窗时间集合{ob_wini|i∈T}；
设置模块，用于执行S2、将当前时间窗标识now_winid初始化为{ob_wini|i∈T}的首个时间窗的标识；设置当前连续区间标识inter_id并初始化为0；
第一判断模块，用于执行S3、调用冲突判断方法遍历{ob_wini|i∈T}，找到第一个与已有方案无冲突的时间窗作为构造连续区间的最早时间窗，输出now_winid；
第一跳转模块，用于执行S4、如果now_winid不为空值且时间窗遍历未完成，跳转至第一更新模块执行S5，否则跳转至第三跳转模块执行S8；
第一更新模块，用于执行S5、当前连续区间标识inter_id取值增加1，将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；其中，连续区间是指以连续观测时间窗开始时间和结束时间为区间上下界的时间区间；
第二判断模块，用于执行S6、调用连续区间判断与生成方法，根据now_winid、{ob_wini|i∈T}判断时间窗的连续性并生成连续观测时间窗；
第二跳转模块，用于执行S7、将连续观测时间窗对应集合中包含的时间窗在{ob_wini|i∈T}中删除，跳转至第一判断模块执行S3；
第三跳转模块，用于执行S8、如果now_winid不为空值且时间窗遍历完成，跳转至第二更新模块执行S9，否则跳转至输出模块执行S11；
第二更新模块，用于执行S9、当前连续区间标识inter_id取值增加1；将now_winid根据inter_id更新到当前连续区间；设置当前时间窗后续时间间隔为0；
启发模块，用于执行S10、选择连续时长大于预设时长的连续观测时间窗，并计算启发式因子值及区间优先级；选用优先级最高的连续观测时间窗对应的规划方案new_Plan替换当前方案；
输出模块，用于执行S11、输出更新后的方案new_Plan。
8.一种存储介质，其特征在于，其存储有用于面向周期性连续观测任务的多星协同规划的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1～6任一项所述的多星协同规划方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1～6任一项所述的多星协同规划方法。
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