[发明专利]敏捷单星多约束任务优化调度方法

说明书

本发明公开了敏捷单星多约束任务优化调度方法，包括根据复杂观测目标任务区域进行动态任务分解，生成具有多个可见时间窗口的姿态文件；建立满足多约束条件的任务规划数学优化模型，主要分为对姿态机动时间约束模型、卫星能量约束模型、数据存储约束模型以及最小俯仰角约束模型进行构建；利用遗传搜索算法对生成的姿态文件集合中的多个可见时间窗口进行编码、初始化。本发明解决卫星在观测过程中相邻任务间或任务满足的冲突，合理的分配利用资源，并给出合理可行的任务规划方案。达到合理分配卫星资源，增加单轨观测任务数量，提高卫星响应时效性的目的。

技术领域

本发明涉及敏捷单星多约束任务优化调度方法，应用于敏捷单星任务规划领域。

背景技术

非敏捷卫星成像任务规划中，仅考虑了卫星的侧视成像能力，国内外学者对此作了非常深入的研究。建立了包括点目标、区域目标、移动目标、异轨立体成像和多星任务规划的相关模型，并初步地实现了非敏捷卫星对地观测点目标间的任务合成观测。同时，针对不同模型建立了不同算法，分析了相应算法的优劣，比较和发展了新的复合算法，成果颇多。

敏捷卫星不但在民用上有着广泛的应用，在军事上也发挥着重要作用。军事战争中，在争夺战场制信息权方面，成像卫星曾经发挥了至关重要的作用。成像卫星具有成像面积大、成像范围广、不受地理条件和国界限制的优点，它可以提供近实时的信息，也可以获取大量使用常规手段无法获得的情报，已成为打赢现代高技术局部战争至关重要的装备，一直为各国军方所重视，成为赢得现代战争的重要保障。

随着卫星技术与传感器技术的不断进步，敏捷卫星是新一类型的对地观测卫星，相比现有得常规卫星，其姿态调整精度高，姿态机动能力强，因此可以灵活地在多种工作模式下执行用户任务，代表了下一代卫星发展的主流方向。随着敏捷卫星技术发展，其组网协同工作可依卫星多类型载荷特点、不同轨道空间位置而完成复杂的用户任务。因此，敏捷卫星任务规划组网协同建设作为其航天研究的一个重要方向，已成为各航天大国竞相研制的重点，其既包含着卫星硬件技术的研究又包含着组网规划调度技术的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供敏捷单星多约束任务优化调度方法。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

敏捷单星多约束任务优化调度方法，包括如下步骤：

(1)根据复杂观测目标任务区域进行动态任务分解，生成具有多个可见时间窗口的姿态文件；

(2)建立满足多约束条件的任务规划数学优化模型，主要分为对姿态机动时间约束模型、卫星能量约束模型、数据存储约束模型以及最小俯仰角约束模型进行构建；

(3)利用遗传搜索算法对生成的姿态文件集合中的多个可见时间窗口进行编码、初始化。

作为本发明进一步方案，所述步骤(1)的方法如下：已知点目标P经纬度坐标卫星轨道高度h，卫星轨道倾角τ，地球半径R，相机视场角φ，遥感器侧摆角范围[α_min,α_max]，规划周期T；

设卫星观测角β_t，星下点坐标为原理公式如下：

计算卫星的最小观测角β_min和最大观测角β_max：

计算星下点经纬度：

其中，圆心角C为：

C＝arcsin((1+h/R)sinβ_t)-β_t；

计算驻点：

确定单调区间：