[发明专利]空间信息网络中任务的规划方法和装置

说明书

本发明提供了一种空间信息网络中任务的规划方法和装置，涉及卫星探测的技术领域，该方法包括：获取探测卫星的集合和探测卫星的探测任务集合；获取多个变量，其中，多个变量用于确定探测卫星的资源分配方式，其中，资源分配方式包括探测资源的分配方式和/或防御资源的分配方式；基于探测卫星的集合，探测任务集合和多个变量，构建目标函数，以及构建目标函数的约束条件；基于约束条件对目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定探测卫星的最优资源分配方式，缓解了现有技术中在任务分配过程中由于分配不合理导致探测收益较差的技术问题。

技术领域

本发明涉及卫星通信的技术领域，尤其是涉及一种空间信息网络中任务的规划方法和装置。

背景技术

对地观测是空间信息网络的最重要应用场景之一。对地探测卫星网络拓扑的动态性，导致只有的卫星与探测目标之间的可见情况下才能进行探测，并且对探测目标进行观测的卫星不能直接与地面站建立连接，当该卫星进入地面站的通信范围内才能够进行数据下传。因此，对地观测卫星对目标的观测是一个基于时间和空间约束的资源映射问题，即需要将有限的卫星或星上传感器资源分配到不同的任务时间段上，所以需要高效的卫星任务规划技术对卫星资源进行分配调度。根据不同的需求，任务规划的目标也不同，比如，最小化传输延迟，最大化探测成功率，最大化探测收益，调用卫星资源最少等。由于空间网络固有的开放空间环境，使得网络节点可能面临诸多安全威胁。在入侵攻击场景下，为了应对空间信息网络面临的各种安全威胁，保障对地探测任务顺利完成，有必要研究针对入侵攻击的空间信息网络任务规划方法。

空间信息网络任务规划涉及对地观测、数据传输和资源分配等诸多过程，影响因素和约束条件众多。现有的研究主要利用混合整数规划模型对多星多任务规划进行建模，明确任务规划过程中关于时间、空间和资源等方面的约束，并基于约束满足优化规划的方法进行优化模型的建立。由于此模型的求解是一个NP难问题，所以很多完全搜索算法或启发式算法被提出，例如，深度优先搜索、动态规划、贪婪搜索、禁忌搜索、遗传算法、模拟退火和蚁群算法等。但这些任务规划方法没有考虑入侵攻击的影响。在存在入侵攻击的情况下，卫星节点会被干扰或失效，从而导致分配给该卫星的任务无法完成。因此在进行任务规划时，需要尽可能降低任务未完成的风险，最大化期望探测收益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间信息网络中任务的规划方法和装置，以缓解现有技术中在任务分配过程中由于分配不合理导致探测收益较差的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种空间信息网络中任务的规划方法，包括：获取探测卫星的集合和所述探测卫星的探测任务集合，其中，所述探测卫星的集合中包括至少一个探测卫星的信息，所述探测任务集合中包括至少一个探测目标的信息；获取多个变量，其中，所述多个变量用于确定所述探测卫星的资源分配方式，其中，所述资源分配方式包括探测资源的分配方式和/或防御资源的分配方式；基于所述探测卫星的集合，所述探测任务集合和所述多个变量，构建目标函数，以及构建所述目标函数的约束条件；基于所述约束条件对所述目标函数进行最优求解，以根据最优求解结果确定所述探测卫星的最优资源分配方式。

进一步地，获取多个变量包括：获取第一变量x_i,k,t，其中，x_i,k,t用于确定是否在探测卫星k的第t个时间窗口执行对探测目标i的探测任务；获取第二变量y_i,j，其中，y_i,j用于确定对所述探测目标i和探测目标j的探测任务是否均由所述探测卫星k执行，并且所述探测目标i在所述探测目标j之前执行；获取第三变量t_i，其中，t_i表示对所述探测目标i开始执行探测任务的时刻；获取第四变量DA_k，其中，DA_k表示预先为所述探测卫星k分配的防护资源DA_k。