CN116307288A - 一种测控站网任务调度协同优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测控站网任务调度协同优化方法，包括对测控任务进行分级排序确定优先级别；对每个测控任务依据任务期限、任务类型和所需测控站划分时段；对单个测控站对应不同测控任务的划分时段进行排序，对产生的冲突时段进行优化排序；根据优化排序结果生成单个测控站网测控任务计划；最后得到所有测控站测控任务计划。本发明对测控任务进行合理排序优化，统一调度测控站多测控任务的执行时段，保障了高优先级测控任务的执行，降低了测控任务之间的冲突时段，合理分配测控任务，达到资源合理高效利用的目标，为应对大量测控任务的测控站调度提供了协调调度优化方法，提高了测控任务的完成率。

Description

一种测控站网任务调度协同优化方法
技术领域
本发明涉及卫星测控站网任务调度技术领域，尤其涉及一种测控站网任务调度协同优化方法。
背景技术
目前，随着商业航天的发展，越来越多的企业拥有或规划了自己的卫星星座，利用商业卫星给企业带来更多的便利，其中包括了阿里巴巴、吉利等与卫星本不直接相关企业，所以商用卫星数量将日益增多，卫星资源的受用面扩展，导致卫星的工作任务、卫星的长期管理任务急剧增加。每一个卫星的在轨运行和任务都需要测控站与卫星进行通信和控制以保证卫星的在轨状态和任务的顺利执行，所以测控站是卫星运行的必要资源。
一个测控站的建设需要大量的人力、物力和时间投入，并且涉及选址、基建、研制等多个部门协作完成，所以一个测控站的建设相对困难，以遂宁卫星测控站为例，卫星测控站建设项目总投资约2800万元，占地10亩，总建筑面积970.96平方米，拟建设天线基座、测试塔、综合楼及其他配套用房等设施，同时配备防雷、环境监视、安防等设施，项目7个月完工。
通过建设测控站的方式来应对增加的卫星管控需求不合理，且周期较长。所以合理高效的利用现有测控站资源，对测控站进行组网，多站协同工作，有效合理的调度测控站资源，促进站间协作配合，才是合理解决卫星任务激增的合理办法。然而面对大量的卫星任务，如何选择测控站，如何选择时段，如何避免任务冲突，怎么分配优先任务，都是任务调度应当解决的难题，所以如何优化测控站网的任务调度是需要解决的问题。
经发明人检索，并未发现与本发明相同或相近的测控站网任务调度协同优化方法。
文献号为CN115796541A的专利文献虽然提供了一种集群测控站调度方法，但其更多的是考虑了现有地面站可机动的特点，引入了地面站集群机动部署的概念，建立了集群部署离散优化数学模型，通过机动部署优化层和任务分配优化层，在考虑机动成本的前提下，最大化任务弧段覆盖和任务总体收益。与本发明的原理并不相同。
发明内容
本发明提供一种测控站网任务调度协同优化方法，从测控站网的任务分配和相互协调调度出发，统一调度测控站多测控任务的执行时段，解决了测控站的资源不能得到高效合理利用，测控任务的冲突时段不易消除，测控站的测控效率低，影响了测控任务完成的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种测控站网任务调度协同优化方法，包括以下步骤：
S1、对测控任务进行分级排序确定优先级别；
S2、对每个测控任务依据任务期限、任务类型和所需测控站划分时段；
S3、对单个测控站对应不同测控任务的划分时段进行排序，对产生的冲突时段进行优化排序；
S4、根据优化排序结果生成单个测控站网测控任务计划；
S5、重复步骤S3-S4，得到所有测控站测控任务计划。
进一步的：所述S1中测控任务进行分级排序的依据包括，测控任务时间紧急度和测控任务的类型。
进一步的：所述S3中对每个测控站对应的不同测控任务的划分时段进行排序包括以下步骤：
S31、以最高优先级测控任务的第1个划分时段作为计算参照；
S32、其他测控任务的划分时段依次与最高优先级测控任务的第1个划分时段进行比对计算；
S33、标记其他任务与优先级最高的测控任务的第1个划分时段的冲突时段，对冲突时段优化排序；
S34、重复步骤S31至S33，确定最高优先级测控任务的划分时段；
S35、重复步骤S31-34，按优先级次序依次完成其他测控任务时段排序，确定其他测控任务的划分时段，并标记最终冲突时段。
进一步的：所述冲突时段进行优化排序包括以下步骤：
S331、确定冲突时段中高优先级测控任务和低优先级测控任务；
S332、根据任务期限调整高优先级测控任务的时段，使高优先级测控任务避开冲突时段；
S333、如果根据任务期限无法调整高优先级测控任务的时段，则根据任务期限调整低优先级测控任务的时段；使低优先级测控任务避开冲突时段；
S334、对低优先级测控任务冲突时段进行时段排序，并标记最终冲突时段。
进一步的：所述冲突时段进行优化排序前，先利用测控站资源对冲突时段的高优先级测控任务和低优先级测控任务进行合并。
本发明的有益效果：
1、本发明提供了测控站网任务调度协同优化方法，对测控任务进行合理排序优化，统一调度测控站多测控任务的执行时段，保障了高优先级测控任务的执行，降低了测控任务之间的冲突时段，合理分配测控任务，达到资源合理高效利用的目标，为应对大量测控任务的测控站调度提供了协调调度优化方法，提高了测控任务的完成率。
2、本发明对冲突时段中高优先级测控任务和低优先级测控任务进行优化，在保证测控任务任务期限的基础上，充分对冲突时段的高优先级测控任务进行时段调整，既保障了高优先级测控任务的执行，也利于对测控站资源的利用，提高了测控站网任务调度的协同优化。
3、在冲突时段进行优化排序前，先利用测控站资源对冲突时段的高优先级测控任务和低优先级测控任务进行合并，充分利用了测控站资源，有利于测控任务的执行，提高了测控站的测控效率。
附图说明
图1为本发明一种测控站网任务调度协同优化方法的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
如图1所示，本发明公开一种测控站网任务调度协同优化方法，包括以下步骤：
S1、对测控任务进行分级排序确定优先级别；
S2、对每个测控任务按任务期限和所需测控站划分时段；
S3、对单个测控站对应不同测控任务的划分时段进行排序，对产生的冲突时段进行优化排序；
S4、根据优化排序结果生成单个测控站网测控任务计划；
S5、重复步骤S3-S4，得到所有测控站测控任务计划。
本发明主要从测控站网的任务分配和相互协调调度出发，统一规划多星多站的测控任务执行时段，消除资源使用冲突，合理分配任务，达到资源合理高效利用的目标，为应对大量任务提供资源调度提供算法支撑。
实行本发明测控站网任务调度协同优化方法，需要在掌握卫星的参数和卫星的轨道数据，测控站的位置和设备参数；根据测控任务的需求数据和任务期限，获取执行测控任务的所需测控站的协同调度执行计划。
测控站调度卫星在执行测控任务时，需要在相应的可视时间窗口之内完成，可视时间窗口是卫星与测控站之间可以通信的时间段，由卫星轨道和测控站的位置确定。一段时间内卫星对测控任务可能有多个可视时间窗口，测控站调度卫星则要给出卫星在哪个时间窗口内的哪段时间执行哪个测控任务，充分利用卫星资源，实现测控任务完成的最优化。
对测控任务进行分级排序一般依据测控任务时间紧急度和测控任务的类型。
按时间紧急度，可以分为长管任务和应急任务，长管任务是指在卫星长期运行中的测控任务，应急任务是指由于各种原因导致的急需地面测控服务而引发的测控，根据未完成测控任务导致的风险和损失的情况，相应的对任务优先级也有不同的影响，需要在设置优先级时加以考虑，通常应急任务应优先于长管任务。
每个测控任务的完成，都需要通过一系列与完成测控任务有关的单项测控事件实现，不同测控任务需要的设备不一样，实现的功能不一样，存在的风险也不一样,因此需要考虑测控任务类型对任务优先级设置的影响，测控任务类型主要包括：遥控、数据注入、数传、遥测、测定轨、数据接收等，其对优先级的影响由高到低降序排列。
对测控任务进行分级排序还可以考虑任务之间的冲突，卫星资源满足情况等方面。
需要说明的是本发明的方法是针对多任务、多站、多星的测控需求，而进行的测控站网任务调度协同优化，
对每个测控站对应的不同测控任务的划分时段进行排序包括以下步骤：
S31、以最高优先级测控任务的第1个划分时段作为计算参照；
S32、其他测控任务的划分时段依次与最高优先级测控任务的第1个划分时段进行比对计算；
S33、标记其他任务与优先级最高的测控任务的第1个划分时段的冲突时段，对冲突时段优化排序；
S34、重复步骤S31至S33，确定最高优先级测控任务的划分时段；
S35、重复步骤S31-34，按优先级次序依次完成其他测控任务时段排序，确定其他测控任务的划分时段，并标记最终冲突时段。
为更好的理解，下面以示例进行说明，以存在N（N为正整数）个测控任务A为例：
N个测控任务A进行优先级别排序，级别最高的为A1，级别最低的为AN。
测控任务A1，其任务期限为T1，测控任务A2其任务期限为T2，以此类推。
测控任务A1的完成根据任务期限和任务类型需要M（M为正整数）个测控站B在不同时段调度卫星去完成。
例如：测控任务A1需要测控站B1的X1（X1为正整数）个不同时段，同时又需要测控站B2的Y1（Y1为正整数）个不同时段共同去完成。
测控任务A2需要测控站B1的X2（X2为正整数）个不同时段，同时又需要测控站B2的Y2（Y2为正整数）个不同时段共同去完成。
因此M个测控站B中的测控站B1会对应测控任务A1至AN不同时段的测控需求，同样的测控站B2也会对应测控任务A1至AN不同时段的测控需求，以此类推。
因为测控站资源有限，卫星资源有限，测控站对卫星的调度有限，会造成不同测控任务A1至AN对同一个测控站时段需求的冲突。
需要对测控站B1至BN对应的不同测控任务A1至AN的划分时段进行排序，并对产生的冲突时段进行优化排序；
下面以测控站B1对应的测控任务A1和测控任务A2为例对排序过程进行介绍：
测控站B1对应测控任务A1存在X1个划分时段；
同时测控站B1对应测控任务A2存在X2个划分时段；
X1个划分时段和X2个划分时段均是以时间顺序对时段进行划分。
因为测控任务A1大于测控任务A2，所以以测控任务A1第1个划分时段作为计算参照；即测控任务A1的第1个划分时段是优先执行的时段，在这个时段内测控站B1的资源要优先保障测控任务A1的执行。
测控任务A2的X2个划分时段依次与测控任务A1的第1个划分时段进行比对计算，如果测控任务A2的个划分时段中的第t（t为正整数）个划分时段与测控任务A1的第1个划分时段相同，其中0<t<X2,则测控任务A2第t个划分时段与测控任务A1的第1个划分时段为冲突时段，为更好进行测控站网任务调度，需要对冲突时段进行优化。
所述冲突时段进行优化排序包括以下步骤：
S331、确定冲突时段中高优先级测控任务和低优先级测控任务；
S332、根据任务期限调整高优先级测控任务的时段，使高优先级测控任务避开冲突时段；
S333、如果根据任务期限无法调整高优先级测控任务的时段，则根据任务期限调整低优先级测控任务的时段；使低优先级测控任务避开冲突时段；
S334、对低优先级测控任务冲突时段进行时段排序，并标记最终冲突时段。
下面对冲突时段进行优化的方法进行举例说明：
以测控站B1内测控任务A2第t个划分时段与测控任务A1的第1个划分时段为冲突时段为例。
测控任务A1为高优先级测控任务，测控任务A2为低优先级测控任务。
测控任务A1的任务期限是T1，测控任务A2的任务期限是T2。
在测控任务A1的任务期限T1的时限内，测控站B1对测控任务A1第1个划分时段的测控任务可能还具有调整的空间，也就是说测控站B1可以安排其他时段来完成测控任务A1第1个划分时段的测控任务，且不会超出测控任务A1的任务期限是T1。
这样测控站B1把原来测控任务A1第1个划分时段调度给测控任务A2的第t个划分时段，而不影响优先级更高的测控任务A1的执行。
如果在测控任务A1的任务期限T1的时限内，测控站B1对测控任务A1第1个划分时段的测控任务已经没有调整的空间，也就是说测控站B1无法把原来测控任务A1第1个划分时段调度给测控任务A2的第t个划分时段。
那么在测控任务A2的任务期限是T2内，测控站B1对测控任务A2的第t个划分时段进行调整，使测控任务A2的第t个划分时段避开测控任务A1第1个划分时段。
通过上述办法可以使冲突时段得到优化，
最后对不能优化的冲突时段进行测控任务A2的划分时段进行标注。
上述方法保证了优先级别高的测控任务A1的执行，可以优先保证测控任务A1的划分时段的确定性，同时也实现对测控站B1任务调度的协同优化。
利用上述的方法也可以实现测控站B1对测控任务A2至AN的依次排序优化。
如果最终存在不能优化的冲突时段，说明测控站B1的调度资源不能满足测控任务的完成，需要增加测控站B1的调度资源，或者把存在冲突的测控任务调度到其他测控站，本发明对此不做进一步说明。
上述方法是测控站B1的资源满足单测控任务的情况下进行排序优化，测控站B1的资源还可能满足多个测控任务同时进行，
当测控站的资源还可以满足多个测控任务同时进行时，在冲突时段进行优化排序前，先利用测控站资源对冲突时段的高优先级测控任务和低优先级测控任务进行合并，下面进行举例说明：
以测控站B1存在测控任务A2第t个划分时段与测控任务A1的第1个划分时段为冲突时段为例。
其中测控任务A1为高优先级测控任务，测控任务A2为低优先级测控任务。
测控站B1的资源可以在同一时段内调度K（K为正整数）个测控卫星C，也就是说，测控站B1的资源可以在一个划分时段内满足不多于K个测控任务的测控需求。
所以在测控站B1的资源满足在冲突时段内并行开展测控任务A2和测控任务A1。
测控任务的需求时，先利用测控站资源对冲突时段的高优先级测控任务和低优先级测控任务进行合并。
采用上述的方法可以完成对测控站B1任务调度协同优化，利用上述的方法可以实现测控站B2至BN任务调度协同优化。
本发明提出在接收测控任务后，能对测控任务进行测控站的任务协同调度。本发明的内容不限于卫星的任务类型，对数传、轨控、授时等星地通信的任务均适用，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测控站网任务调度协同优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对测控任务进行分级排序确定优先级别；
S2、对每个测控任务依据任务期限、任务类型和所需测控站划分时段；
S3、对单个测控站对应不同测控任务的划分时段进行排序，对产生的冲突时段进行优化排序；
S4、根据优化排序结果生成单个测控站网测控任务计划；
S5、重复步骤S3-S4，得到所有测控站测控任务计划。
2.根据权利要求1所述的一种测控站网任务调度协同优化方法，其特征在于：所述S1中测控任务进行分级排序的依据包括，测控任务时间紧急度和测控任务的类型。
3.根据权利要求1所述的一种测控站网任务调度协同优化方法，其特征在于：所述S3中对每个测控站对应的不同测控任务的划分时段进行排序包括以下步骤：
S31、以最高优先级测控任务的第1个划分时段作为计算参照；
S32、其他测控任务的划分时段依次与最高优先级测控任务的第1个划分时段进行比对计算；
S33、标记其他任务与优先级最高的测控任务的第1个划分时段的冲突时段，对冲突时段优化排序；
S34、重复步骤S31至S33，确定最高优先级测控任务的划分时段；
S35、重复步骤S31-34，按优先级次序依次完成其他测控任务时段排序，确定其他测控任务的划分时段，并标记最终冲突时段。
4.根据权利要求1或3所述的一种测控站网任务调度协同优化方法，其特征在于：所述冲突时段进行优化排序包括以下步骤：
S331、确定冲突时段中高优先级测控任务和低优先级测控任务；
S332、根据任务期限调整高优先级测控任务的时段，使高优先级测控任务避开冲突时段；
S333、如果根据任务期限无法调整高优先级测控任务的时段，则根据任务期限调整低优先级测控任务的时段；使低优先级测控任务避开冲突时段；
S334、对低优先级测控任务冲突时段进行时段排序，并标记最终冲突时段。
5.根据权利要求1或3所述的一种测控站网任务调度协同优化方法，其特征在于：所述冲突时段进行优化排序前，先利用测控站资源对冲突时段的高优先级测控任务和低优先级测控任务进行合并。
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