[发明专利]一种通过前瞻取舍任务的方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星任务规划与调度领域，涉及一种卫星任务调度过程中取舍任务的方法。

背景技术

快速姿态机动成像卫星借助快速姿态机动能力，可实现多种复杂成像模式。与采用星下点成像的传统对地观测卫星相比，快速姿态机动能力大大增加了卫星对目标的观测机会，因而具有更强的观测能力。快速姿态机动成像卫星的每一种成像模式都伴随着多个姿态机动、相机开关机等操作，这些操作形成一个前后连贯的控制指令序列。由于指令繁多，无法保证指令编排和上注的可靠性和指令执行的实时性问题，因此必须建立一套任务规划与调度系统，完成大批量观测任务的自动化分析与处理。

为了便于快速姿态机动成像卫星的任务调度，需要对观测任务进行预处理，包括将任务分解为多个可以通过一次观测完成的原子任务，即分割成多个单任务条带，计算每个条带的可见时间窗口、观测持续时间、可观测机会等。对任务的取舍是影响任务调度方法效率的关键部分，目前已有了一些任务调度的方法，如R.Sherwood等在1998年和1999年分别发表了文章《Using ASPEN to automate EO-1 activity planning》和《Iterative planning for spacecraft operations using the ASPEN system》，采用一种基于修正的局部搜索算法对EO-1卫星的日常活动进行任务规划和安排，其基本思想是首先生成一个初始任务调度方案，然后通过调整变量取值不断消解冲突。王迪等在2009年第26卷第8期《计算机仿真》上发表了《基于GA的电子侦察卫星任务规划问题研究》，采用遗传算法求解电子侦察卫星的任务规划问题，选用OBC交叉算子、多点变换变异算子等实现遗传操作，如果任务间存在冲突，则不断地尝试将其中一个任务安排在下一个可选时间窗口，如果所有可选窗口都安排不了，则放弃执行该任务。这些方法都存在一定的局限性，主要表现在两个方面：

首先，现有方法大多假设卫星的所有动作是瞬时完成或耗费固定时间的，但是卫星遥感器一般都具有一维或二维的侧摆自由度和俯仰自由度，在执行对指定目标的观测任务时，可以通过侧摆或俯仰一定的角度来获得更大的可见时间窗口或更好的成像质量。卫星侧摆机动或俯仰机动需要消耗不可忽略的时间，并且这个时间长度与侧摆或俯仰角度的大小以及卫星的姿态机动能力有关，现有方法没有考虑卫星进行不同观测任务之间的姿态机动时间，或者将这个时间设为固定值，对于观测时间紧邻的任务，很难判断任务之间是否真正存在冲突，容易造成计划与实际的脱节；

其次，现有方法基本上以传统人工智能规划问题的建模技术为基础，对卫星领域进行统一建模，然后将问题转换为单一的约束规划问题，利用约束进行求解。这种方法的不足在于由于约束的复杂性而导致问题规模较大，求解难度高、时间长。例如在R.Sherwood等的方法中，由于采用的冲突识别和消解规则比较麻烦，求解效率较低，在EO-1的应用中，每天只能对4个任务进行调度，难以满足多任务调度的要求。

快速姿态机动成像卫星借助大角度姿态机动能力，拓宽了对目标的可见时间窗口，大大增加了对目标的观测机会，同时也增加了侧摆机动和俯仰机动的应用次数，在一连串任务的执行计划中，忽略一次卫星姿态机动的时间，都可能导致后续计划完全不可实施，并且快速姿态机动成像卫星承担的观测任务的数量也必定远远超过传统卫星，其任务调度问题的规模也会大大增加，现有调度方法难以在较短时间内得到满意解，因此已无法满足快速姿态机动成像卫星任务调度的需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通过前瞻取舍任务的方法，有效地解决了任务之间的冲突判断与取舍，提高了卫星任务调度时的效率。

本发明的技术解决方案是：一种通过前瞻取舍任务的方法，步骤如下：

(1)根据相机幅宽将任务区域划分条带；

(2)根据卫星的最大俯仰角和最大滚动角以及任务条带信息计算卫星对各条带的可见时间区间[t₀，t_n]，剔除无可见时间区间及时间区间在地影区的任务；每个条带的可见时间区间[t₀，t_n]由卫星对该条带四个顶点的可见时间区间[t₁，t₂]_k，k＝1，2，3，4求交集并剔除在地影区的时间区间后得到，卫星对条带单个顶点的可见时间区间由卫星的最大俯仰角和最大滚动角确定；然后按照可见时间窗口的开始时刻的先后，将所有任务排序，得到任务序列TaskList；