多站协同卫星观测资源调度方法、装置和设备

本发明涉及卫星观测资源调度，特别是涉及一种多站协同卫星观测资源调度方法、装置和设备。

背景技术：

1、近年来，航天事业不断发展，在轨卫星规模越来越大，需要观测的卫星也越来越多，但地面观测资源相对有限，星多站少的局面使问题的求解变得更加复杂，因此，如何利用有限的地面观测资源，对卫星进行合理观测，是一个亟待解决的重要问题。

2、卫星观测资源调度是将可用弧段资源分配到地面站对卫星的观测任务上，使地面站的观测资源能够在一定的时间内，观测到较多的卫星。卫星观测资源调度问题规模大且复杂，现已证明为np难问题。传统的卫星观测资源调度采用人工调度方式，但当卫星规模增大时，人工调度方式的调度效率低，已经不能够满足实际需求。所以近年来，国内外在卫星测控资源调度领域进行了许多研究，常用的求解方法主要有精确算法和智能优化算法。

3、利用精确算法求解卫星测控资源调度问题，能够得到最优解问题的最优解。精确算法可以求解出问题的最优解，但是随着卫星规模的增大，精确算法的求解时间也较长，难以在多项式时间内得到问题的解，求解效率不高，难以满足实际的应用需求。与精确算法相比，智能优化算法的适用性强，求解效率高，能在短时间内得到较满意的解，因此，在卫星测控领域，利用智能优化算法求解大规模卫星资源调度问题的相关研究也越来越多。

4、关于地面站观测卫星的现有研究中，通常采用固定式地面站对卫星进行观测，在地面站与卫星的可见时间窗口中寻找合适的观测任务执行时间，在这一段时间内，这一地面站观测资源只对这一颗卫星进行观测，来完成观测任务。之后地面站的观测资源经过一定的准备时间进行调整，才能进行下一颗卫星的观测。但是这种观测方式会出现观测任务时间冲突严重，计算压力大，地面站资源分配不均、资源浪费等问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种多站协同卫星观测资源调度方法、装置和设备。

2、一种多站协同卫星观测资源调度方法，所述方法包括：

3、获取多站协同观测的观测资源调度参数；所述观测资源调度参数包括卫星集合、卫星观测任务集合、每一卫星观测任务所需的观测持续时间以及所用的地面站观测设备数量、地面站观测设备集合、每一卫星观测任务与对应地面站观测设备之间可见时间窗口集合以及每一时间窗口的时刻集合、每一时间窗口的开始时间和结束时间、观测任务的实际观测开始时间和实际观测结束时间；

4、构建观测资源调度模型；所述观测资源调度模型的目标函数包括最大化卫星观测任务的完成数量；所述观测资源调度模型的约束条件包括任务唯一性约束、观测设备数量约束、任务观测时间约束和观测设备占用约束；

5、根据所述观测资源调度参数，利用预先设置的大规模邻域搜索方法对所述观测资源调度模型进行迭代优化，直到满足迭代停止的条件时，输出当前的观测资源调度方案；

6、利用所述观测资源调度方案进行多站协同的卫星观测资源调度。

7、在其中一个实施例中，还包括：根据预先设置的时间贪婪策略进行搜索，得到初始解，根据所述初始解初始化全局最优解和当前解；所述初始解为卫星观测任务列表；利用第一删除算子和第二删除算子对初始解中对应的卫星观测任务进行删除，得到破坏后的解；所述第一删除算子用于按照最大机会删除；所述按照最大机会删除包括将初始解中可见时间窗口长度大于阈值的卫星观测任务删除；所述第二删除算子用于随机删除；所述第一删除算子和所述第二删除算子的删除顺序通过轮盘赌方法确定；利用预先设置的插入算子对破坏后的解执行插入操作，得到新解；根据预先设置的接受准则以及所述新解迭代更新当前解以及全局最优解，直到满足迭代停止的条件时，停止迭代，根据当前的全局最优解输出当前的观测资源调度方案。

8、在其中一个实施例中，还包括：将卫星按照可见时间窗口的最早开始时间进行升序排序，按照对应的排序顺序对卫星观测任务进行搜索，得到初始解。

9、在其中一个实施例中，还包括：将未被观测的卫星观测任务按照可见时间窗口长度升序排序，按照对应的排序顺序搜索可插入所述破坏后的解的卫星观测任务，并执行插入操作，得到新解。

10、在其中一个实施例中，还包括：若所述新解比当前解更优，则根据新解更新当前解，否则，以一定的概率接受新解，并根据当前优解集合中的最优值更新当前解，之后将被替换的当前解保存至优解集合中；若更新后的当前解比全局最优解更优，则根据更新后的当前解对全局最优解进行更新，根据更新后的全局最优解和更新后的当前解执行下一次迭代。

11、在其中一个实施例中，还包括：若全局最优解比更新后的当前解更优，则根据所述全局最优解和更新后的当前解执行下一次迭代。

12、在其中一个实施例中，还包括：所述任务唯一性约束包括：在调度周期内，每个卫星观测任务最多完成一次；所述观测设备数量约束包括：在卫星观测任务执行的每一时刻，都需要至少αm个地面站观测设备同时对卫星进行观测，其中，α为完成卫星观测任务所用地面站观测设备数量占总地面站观测设备数量的比值，m为地面站观测设备的数量；所述任务观测时间约束包括：卫星观测任务的实际观测时长需要满足任务所需的观测持续时长，且实际观测时间需要在任务的可见时间窗口内；所述观测设备占用约束包括：在同一时刻，一个地面站观测设备最多完成对一个卫星的观测。

13、在其中一个实施例中，还包括：所述观测资源调度模型包括：

14、

15、其中，xfi为决策变量，表示当卫星观测任务ti可以在时刻f∈fi开始观测时，xfi＝1，否则xfi＝0，n为卫星观测任务的数量，fi为任务ti的所有可见时间窗口中所有时刻的集合，yfij为决策变量，表示当地面站观测设备gj可以在时刻f∈hij观测到任务ti时，yfij＝1，否则，yfij＝0，hij为任务ti与地面站观测设备gj间所有时间窗口的所有时刻的集合，α为完成卫星观测任务所用地面站观测设备数量占总地面站观测设备数量的比值，m为地面站观测设备的数量，sti为卫星观测任务ti的实际观测开始时间，eti为卫星观测任务ti的实际观测结束时间，di为卫星观测任务ti所需的观测持续时间，g为地面站观测设备集合。

16、一种多站协同卫星观测资源调度装置，所述装置包括：

17、参数获取模块，用于获取多站协同观测的观测资源调度参数；所述观测资源调度参数包括卫星集合、卫星观测任务集合、每一卫星观测任务所需的观测持续时间以及所用的地面站观测设备数量、地面站观测设备集合、每一卫星观测任务与对应地面站观测设备之间可见时间窗口集合以及每一时间窗口的时刻集合、每一时间窗口的开始时间和结束时间、观测任务的实际观测开始时间和实际观测结束时间；

18、模型构建模块，用于构建观测资源调度模型；所述观测资源调度模型的目标函数包括最大化卫星观测任务的完成数量；所述观测资源调度模型的约束条件包括任务唯一性约束、观测设备数量约束、任务观测时间约束和观测设备占用约束；

19、模型求解模块，用于根据所述观测资源调度参数，利用预先设置的大规模邻域搜索方法对所述观测资源调度模型进行迭代优化，直到满足迭代停止的条件时，输出当前的观测资源调度方案；

20、资源调度模块，用于利用所述观测资源调度方案进行多站协同的卫星观测资源调度。

21、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

22、获取多站协同观测的观测资源调度参数；所述观测资源调度参数包括卫星集合、卫星观测任务集合、每一卫星观测任务所需的观测持续时间以及所用的地面站观测设备数量、地面站观测设备集合、每一卫星观测任务与对应地面站观测设备之间可见时间窗口集合以及每一时间窗口的时刻集合、每一时间窗口的开始时间和结束时间、观测任务的实际观测开始时间和实际观测结束时间；

23、构建观测资源调度模型；所述观测资源调度模型的目标函数包括最大化卫星观测任务的完成数量；所述观测资源调度模型的约束条件包括任务唯一性约束、观测设备数量约束、任务观测时间约束和观测设备占用约束；

24、根据所述观测资源调度参数，利用预先设置的大规模邻域搜索方法对所述观测资源调度模型进行迭代优化，直到满足迭代停止的条件时，输出当前的观测资源调度方案；

25、利用所述观测资源调度方案进行多站协同的卫星观测资源调度。

26、上述多站协同卫星观测资源调度方法、装置和设备，对于当前所需进行的多站协同的卫星观测资源调度，通过首先获取当前的观测资源调度参数，然后调用构建的观测资源调度模型，利用获取的各已知参数数据，通过预先设置的大规模邻域搜索方法对观测资源调度模型进行优化求解，输出卫星观测任务的完成数量最大化，且满足模型的约束条件的最优调度方案，即得到当前的观测资源调度方案，最后利用该观测资源调度方案开展多站协同的卫星观测资源调度。本发明实施例，能够更加合理地利用地面站资源，提高卫星观测效率。