一种基于STN的天基测控柔性跟踪计划生成方法和系统与流程

所属的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品，因此，本发明可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

背景技术：

1、中继卫星网络具有全球覆盖、稳定可靠、高带宽、灵活性和超越地理限制等优点，减少了用户航天器对地面测控的依赖，使得“天基测控”已经成为载人航天空间站、对地观测卫星等重要航天器目标的主要测控手段。随着用户航天器数量的增多，以及多样化的用户需求，如何高效规划和调度天基测控中继资源成为一个具有挑战性的问题。

2、按照中继资源一般使用模式，中继资源管理部门首先收集各用户航天器部门提交的服务申请，包括事先预定的服务优先级、申请占用的中继跟踪服务时段等属性，然后经过集中处理后形成任务申请队列，经过集中分配后发布资源规划调度使用结果。目前，针对天基测控资源规划调度的相关研究，集中在上述环节中中继管理部门如何响应用户航天器多元化的申请这一过程，典型方法包括：

3、1)作为车辆调度(vehicle routing problem，vrp)的资源调度问题进行求解，采用混合整数规划(mixed integer linear programming，milp)建模方法构建目标函数，并通过决策变量反应中继资源对目标航天器的跟踪先后顺序，在约束条件中包含任务优先级等选择偏好。例如，公开号为“cn116450366a”的发明专利，公布了一种卫星测运控资源多目标优化调度方法，以任务失败率和天线负载不均衡度为资源评价指标构建测运控资源调度多目标优化模型；基于预先设置的知识进化算法求解测运控资源调度多目标优化模型，获取卫星测控资源多目标调度方案。这种方法依赖数学模型对实际问题进行刻画，如果模型不完整，或约束求解过程中进行了放宽约束条件，就容易导致结果失真，不符合实际应用需求。

4、2)把用户航天器的跟踪服务请求中的事件优先级、带宽使用条件等所有约束条件，通过启发式方法确定中继卫星响应各类测控事件请求的时间窗口。例如，公开号为“cn16187637a”的发明专利中，采用贪婪原则，均衡卫星圈次中单个测控站的任务，先生成单星多站任务调度表，进而生成多星调度方案，调度卫星和对应的测控站。

5、上述两个对测控跟踪事件的处理方法，都把跟踪任务作为一类独立的事件进行考虑，如果任务的跟踪时长需求较短，就安排在目标航天器较短的可视弧段内；如果任务的跟踪时长需求较长，就采用连续跟踪策略安排目标航天器的多个跟踪弧段。对于多目标跟踪任务，没有考虑任务之间的时态关系，即没有考虑多目标跟踪任务的耦合关系。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体提供了一种基于stn的天基测控柔性跟踪计划生成方法和系统，具体如下：

2、1)第一方面，本发明提供一种基于stn的天基测控柔性跟踪计划生成方法，具体技术方案如下：

3、s1、构建多目标跟踪事件的任务集合，其中，任务集合的任务属性包括：多目标跟踪事件中的每两个相邻任务之间的时态关系和任务的优先级，多目标跟踪事件关联至少一个目标航天器，在构建任务集合时，未使用优先级；

4、s2、以多目标跟踪事件中的起始任务作为起始点，并利用任务集合，构建stn网络；

5、s3、采用改进拓扑排序算法，并基于滑动时间窗口，以耗时最少为目标，对stn网络进行求解，得到在多目标跟踪事件的可用时间窗口集合中的任务序列以及为任务序列中每个任务安排的跟踪弧段；

6、s4、判断任务序列中是否包含多目标跟踪事件中的所有任务，得到判断结果；

7、s5、当判断结果为是时，根据任务序列以及为任务序列中每个任务安排的跟踪弧段，生成多目标跟踪事件的中继测控柔性跟踪计划。

8、本发明提供的一种基于stn的天基测控柔性跟踪计划生成方法的有益效果如下：

9、本发明提出采用简单时态网络(stn)的方法解决多目标跟踪事件中的任务间复杂时态关系的问题，完成对多目标航天器之间跟踪任务的关系解耦，采用拓扑排序算法求解带有滑动事件窗口特征的简单时态网络，结合人机交互过程，最终生成测控柔性跟踪使用计划，本发明综合考虑任务跟踪安排，进行测控资源精细化申请，以满足任务之间的关联关系，并提高测控资源的使用效能。

10、在上述方案的基础上，本发明的一种基于stn的天基测控柔性跟踪计划生成方法还可以做如下改进。

11、进一步，还包括：

12、当判断结果为否时，根据任务序列中未被包含的任务，以及根据任务属性中的优先级调整任务集合，将调整后的任务集合作为s2中的任务集合，返回执行s2，直至判断结果为是。

13、进一步，多目标跟踪事件的可用时间窗口集合的获取过程包括：

14、对至少一个目标航天器的轨道预报文件进行处理，生成每个目标航天器的可见时间窗口集合；

15、将每个可见时间窗集合分别与中继卫星的空闲时间窗进行交集运算，得到每个目标航天器的可用时间窗口的集合；

16、根据每个目标航天器的可用时间窗口的集合，得到多目标跟踪事件的可用时间窗口集合。

17、进一步，任务属性还包括：任务的最早开始时间、最晚开始时间和持续时间。

18、2)第二方面，本发明还提供一种基于stn的天基测控柔性跟踪计划生成系统，具体技术方案如下：

19、包括任务集合构建模块、stn网络构建模块、求解模块、判断模块和跟踪计划生成模块；

20、任务集合构建模块用于：构建多目标跟踪事件的任务集合，其中，任务集合的任务属性包括：多目标跟踪事件中的每两个相邻任务之间的时态关系和任务的优先级，多目标跟踪事件关联至少一个目标航天器，在构建任务集合时，未使用优先级；

21、stn网络构建模块用于：以多目标跟踪事件中的起始任务作为起始点，并利用任务集合，构建stn网络；

22、求解模块用于：采用改进拓扑排序算法，并基于滑动时间窗口，以耗时最少为目标，对stn网络进行求解，得到在多目标跟踪事件的可用时间窗口集合中的任务序列以及为任务序列中每个任务安排的跟踪弧段；

23、判断模块用于：判断任务序列中是否包含多目标跟踪事件中的所有任务，得到判断结果；

24、跟踪计划生成模块用于：当判断结果为是时，根据任务序列以及为任务序列中每个任务安排的跟踪弧段，生成多目标跟踪事件的中继测控柔性跟踪计划。

25、在上述方案的基础上，本发明的一种基于stn的天基测控柔性跟踪计划生成系统还可以做如下改进。

26、进一步，还包括任务集合调整模块，任务集合调整模块用于：

27、当判断结果为否时，根据任务序列中未被包含的任务，以及根据任务属性中的优先级调整任务集合，将调整后的任务集合作为stn网络构建模块构建stn网络时的任务集合，重新调用stn网络构建模块、求解模块和判断模块，直至判断结果为是。

28、进一步，还包括可用时间窗口集合获取模块，可用时间窗口集合获取模块用于：

29、对至少一个目标航天器的轨道预报文件进行处理，生成每个目标航天器的可见时间窗口集合；

30、将每个可见时间窗集合分别与中继卫星的空闲时间窗进行交集运算，得到每个目标航天器的可用时间窗口的集合；

31、根据每个目标航天器的可用时间窗口的集合，得到多目标跟踪事件的可用时间窗口集合。

32、进一步，任务属性还包括：任务的最早开始时间、最晚开始时间和持续时间。

33、3)第三方面，本发明还提供一种计算机设备，计算机设备包括处理器，处理器与存储器耦合，存储器中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机设备实现上述任一项基于stn的天基测控柔性跟踪计划生成方法。

34、4)第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现上述任一项基于stn的天基测控柔性跟踪计划生成方法。

35、需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。