基于多背包模型的低轨遥感卫星星座应急任务规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多背包模型的低轨遥感卫星星座应急任务规划方法，包括步骤：获取用户提出的应急成像需求，获取应急目标信息并根据应急需求指定的多颗卫星和卫星轨道信息计算应急目标的多星过境成像窗口，并根据观测时效区间，剔除不在区间内的过境成像窗口；判断多星过境成像窗口是否有满足上注条件的测控站，将没有满足上注条件测控站的过境成像窗口剔除；根据过境成像窗口所归属的卫星，判断该卫星数传站是否满足回传时效。本发明专利技术以现有规划方案为基础，选择满足测控资源、观测时效、数传时效、任务云量、任务分辨率的成像窗口，根据任务收益值，在最大化收益下的多星应急任务规划方案，有效应对突发应急事件的快速响应。有效应对突发应急事件的快速响应。有效应对突发应急事件的快速响应。

【技术实现步骤摘要】
基于多背包模型的低轨遥感卫星星座应急任务规划方法


[0001]本专利技术涉及低轨遥感卫星星座任务规划
，特别涉及一种基于多背包模型的低轨遥感卫星星座应急任务规划方法。

技术介绍

[0002]常规任务规划涉及用户需求、需求调度、卫星测控和数据接收等部分。用户需求为用户根据目标点或目标区域观测任务提出的常规观测需求。需求类型包括单轨覆盖点位目标和多轨区域覆盖目标，需求获取周期分为一次有效观测或多次重复观测。需求调度是将所有用户观测需求，在满足卫星约束下结合任务收益、气象云图预报信息、窗口侧摆值、太阳高度角等限制消解卫星资源冲突；任务规划根据卫星成像任务分布为成像任务分配合适的数传站接收资源，为成像任务指定数传站后生成卫星成像与数传计划指令和数传站接收计划。
[0003]随着卫星技术的不断发展和用户对遥感需求的不断提高，突发性任务和强时效性要求的观测任务也在不断增多，例如：爆炸、森林火灾、地震、滑坡、泥石流、火山爆发等自然灾害或者其他应急观测任务。它们与传统观测不同，需求通常具有突发性和不可预测性，应急目标范围一般比较集中，同时，任务伴随着强时效要求，超过时效要求的数据将丧失价值。
[0004]此类应急任务突发性强、时效性要求高，需要系统快速响应，及时调动卫星资源获取影像数据，在规定时效期限内完成任务拍摄与数据传输。常规任务规划模式为当天规划第二天的成像任务与数传任务，无法满足应急任务规划需求。在应急任务中，任务时效主要是由目标观测和数据传输两个步骤组成的，两个步骤分别影响着应急任务的总体时效。因此，在应急任务到来时，针对两个步骤分别提出观测时效要求和数据传输要求；在多星下快速目标观测中，因卫星轨道和地方时不同，导致卫星在目标点的过境时间不同，因此，可选择的成像窗口应满足观测时效，即过境窗口时间在指定的时间范围内才认定为符合时效；在快速数据传输部分，不同地区的数传站受任务拥挤度和网络限制存在着不同的数据回传时间，因此，被选择是数传站应满足数据回传时效。因此，针对快速目标观测和快速数据传输两个部分，应急任务规划如何选择合适的观测窗口与数传站传输资源尤其重要。
[0005]在应急任务规划过程中，需要满足以下条件：
[0006](1)应急任务规划需要根据用户提供的应急目标点区域信息和需求应急时效，根据卫星轨道和目标点，生成应急需求的过境窗口，过境窗口需要满足观测时效区间。
[0007](2)应急需求的过境窗口需要具备测控资源，且测控资源需要满足应急指令上注，最低满足当圈测控要求，完成当日应急指令上注。
[0008](3)选择测控时间后，可以调整测控时刻后的未完成数传传输的成像计划，进行应急任务及常规任务的重新编排，为应急任务选择满足数据回传时效的数传站进行数据传输；同时，为重新编排的应急成像方案生成对应计划及指令，分别发送至数传站、数据接收系统，应急指令发送至应急测控圈次。
[0009](4)应急需求提出当天进行应急任务规划，但由于常规任务规划的当日卫星指令已完成上注，当与应急任务发生冲突时，需要调整卫星成像计划并提高指令优先级进行任务替换。
[0010](5)数传站接收应急任务数据，优先传输至处理系统，优先进行数据处理，实现数据处理的快速响应。
[0011](6)若应急需求提出时，需求指定卫星当天均不具备观测窗口，则该任务无法执行。

技术实现思路

[0012]本专利技术在多星多应急任务下针对应急任务到达后与原始任务序列的调整再规划的问题，提供一种基于多背包模型的低轨遥感卫星星座应急任务规划方法。
[0013]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
[0014]一种基于多背包模型的低轨遥感卫星星座应急任务规划方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一：获取用户提出的应急成像需求，获取应急目标信息并根据应急需求指定的多颗卫星和卫星轨道信息计算应急目标的多星过境成像窗口，并根据观测时效区间，剔除不在区间内的过境成像窗口；
[0016]步骤二：判断多星过境成像窗口是否有满足上注条件的测控站，将没有满足上注条件测控站的过境成像窗口剔除；
[0017]步骤三：根据过境成像窗口所归属的卫星，判断该卫星数传站是否满足回传时效；
[0018]步骤四：当存在多个应急需求，每个需求存在多个符合条件的成像窗口时，对每个符合条件的窗口进行循环判断所属卫星是否存在满足时效的未被使用的空余数传，若存在空余数传则直接使用空余数传完成该应急需求，该需求被标记为已完成；未完成的需求进入步骤五；
[0019]步骤五：根据步骤四仍未规划的多个需求的多星成像窗口和常规任务规划方案构建多星应急任务多背包模型，，在多背包模型中，将常规任务规划所用数传的数传集合抽象为背包，将日常任务规划完成的任务和应急任务窗口抽象为物品，将多星应急任务规划问题抽象为多背包问题，以任务总收益最大尽可能小调整原始方案为目标进行优化，得到最终多星应急任务规划方案；
[0020]步骤六：基于多背包模型构建的多星应急任务规划算法通过禁忌搜索算法进行求解。
[0021]在上述技术方案中，在步骤五中，多星应急任务规划的多背包模型为：
[0022]观测资源卫星集合S＝{1,2,3,
…
,N
s
}，其中，N
s
为卫星的数量；
[0023]测控站集合C＝{1,2,3,
…
,N
C
}，其中，N
c
为测控站数量；
[0024]数传站集合D＝{1,2,3,
…
,N
d
}，其中，N
d
为数传站数量；
[0025]卫星s对测控站c的第k个可见时间窗口进行指令上注，其中为开始时间，为结束时间；卫星s对数传站d的第h个可见时间窗口进行数据传输，其中，开始时间为
结束时间为结束时间为代表数传站d的数据回传时间；
[0026]任务包括常规任务和应急任务；任务集合A＝{1,2,3,
…
,N
a
}，其中N
a
为任务数量；对于任务集合中的任意任务i的属性包括：任务类别Class，任务观测时效区间WTL，数据传输时效DT
limit
，任务收益Profit，任务可见窗口集TW
i
六个属性；
[0027]其中，Class＝normal，为常规任务，Class＝Emergency，代表应急任务；任务观测时效区间WTL＝[WTL
start
,WTL
end
]，其中，WTL
start
为区间开始时间，WTL
end
为区间结束时间；TW
i
＝{1,2,3
…
N
tw
}，其中，N
tw
为任务i可见窗口个数；
[0028]卫星s对任务i的第j个可见窗口为其中窗口开始时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多背包模型的低轨遥感卫星星座应急任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获取用户提出的应急成像需求，获取应急目标信息并根据应急需求指定的多颗卫星和卫星轨道信息计算应急目标的多星过境成像窗口，并根据观测时效区间，剔除不在区间内的过境成像窗口；步骤二：判断多星过境成像窗口是否有满足上注条件的测控站，将没有满足上注条件测控站的过境成像窗口剔除；步骤三：根据过境成像窗口所归属的卫星，判断该卫星数传站是否满足回传时效；步骤四：当存在多个应急需求，每个需求存在多个符合条件的成像窗口时，对每个符合条件的窗口进行循环判断所属卫星是否存在满足时效的未被使用的空余数传，若存在空余数传则直接使用空余数传完成该应急需求，该需求被标记为已完成；未完成的需求进入步骤五；步骤五：根据步骤四仍未规划的多个需求的多星成像窗口和常规任务规划方案构建多星应急任务多背包模型，在多背包模型中，将常规任务规划所用数传的数传集合抽象为背包，将日常任务规划完成的任务和应急任务窗口抽象为物品，将多星应急任务规划问题抽象为多背包问题，以任务总收益最大调整原始方案，得到最终多星应急任务规划方案；步骤六：基于多背包模型构建的多星应急任务规划算法通过禁忌搜索算法进行求解。2.根据权利要求1所述的基于多背包模型的低轨遥感卫星星座应急任务规划方法，其特征在于，在步骤五中，多星应急任务规划的多背包模型为：观测资源卫星集合S＝{1,2,3,
…
,N
s
}，其中，N
s
为卫星的数量；测控站集合C＝{1,2,3,
…
,N
C
}，其中，N
c
为测控站数量；数传站集合D＝{1,2,3,
…
,N
d
}，其中，N
d
为数传站数量；卫星s对测控站c的第k个可见时间窗口进行指令上注，其中为开始时间，为结束时间；卫星s对数传站d的第h个可见时间窗口进行数据传输，其中，开始时间为结束时间为代表数传站d的数据回传时间；任务包括常规任务和应急任务；任务集合A＝{1,2,3,
…
,N
a
}，其中N
a
为任务数量；对于任务集合中的任意任务i的属性包括：任务类别Class，任务观测时效区间WTL，数据传输时效DT
limit
，任务收益Profit，任务可见窗...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁楫坤，李峰，钟兴，衣晓宾，张洁，张弛，孟祥强，李达，
申请(专利权)人：长光卫星技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：