[发明专利]基于圈次组合模型的卫星调度问题求解方法和装置

说明书

本申请涉及一种基于间隔圈数模型的卫星调度问题求解方法和装置。所述方法包括：获取目标观测任务，构建卫星观测模型，构建每个待观测目标的间隔圈数收益函数，根据卫星观测模型以及圈次组合收益函数，构建最大化收益的目标函数以及约束条件，得到卫星调度优化问题，采用DW分解方式对卫星调度优化问题进行分解，得到主问题和定价子问题，通过对主问题和定价子问题进行求解，得到卫星调度方案。采用本方法能够提高基于间隔圈数模型求解的效率。

技术领域

本申请涉及卫星任务调度技术领域，特别是涉及一种基于圈次组合模型的卫星调度问题求解方法和装置。

背景技术

光学对地观测卫星是通过搭载的光学遥感器(有效载荷)对地球表面和低层大气进行探测以获取相关信息的一类卫星平台。光学对地观测卫星具有覆盖范围广，信息获取精度高，不受空域国界限制，不涉及人员安全等优势，被广泛应用于态势侦察、目标识别、地球资源探测、自然灾害监视、城市规划和农作物监测等领域。

卫星运行于一定的轨道，同一轨道圈次内有很多目标可能被观测，每个目标都具有相应的观测时间窗口。为了充分利用宝贵的卫星资源，获取最大数量、最优观测效果的地面目标影像数据，需要对什么时间、对哪些目标进行观测实施合理的规划调度。因此，研究对地观测卫星调度问题，对于提高卫星资源使用效率，满足用户需求具有重要意义。

传统的对地观测卫星调度问题研究都是假设目标只需要一次观测即可完成任务，满足用户需求，因此问题建模时假设每个目标最多观测一次。虽然该假设便于问题建模描述，但是显然不适用于目标具有多次观测需求，并且多次观测相互耦合、相互依赖的现实应用场景。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于圈次组合模型的卫星调度问题求解方法和装置。

一种基于圈次组合模型的卫星调度问题求解方法，所述方法包括：

获取目标观测任务；所述目标观测任务包括：普通观测任务和精确观测任务；所述精确观测任务在所述普通观测任务之后，以及所述普通观测任务与所述精确观测任务执行的时间间隔与所述精确观测任务完成的成功率相关；

构建卫星观测模型；所述卫星观测模型包括：有向图，所述有向图中的节点包括：待观测目标、虚拟起点以及虚拟终点；

构建每个待观测目标的圈次组合收益函数；所述圈次组合收益函数表示按照圈次组合完成两次观测的收益；所述圈次组合表示完成两次观测所在的圈次组合；

根据所述卫星观测模型以及所述圈次组合收益函数，构建最大化收益的目标函数以及约束条件，得到卫星调度优化问题；

采用DW分解方式对所述卫星调度优化问题进行分解，得到主问题和定价子问题；

通过对所述主问题和所述定价子问题进行求解，得到卫星调度方案。

在其中一个实施例中，还包括：构建卫星观测模型包括有向图G＝(N,A)，其中节点集合为N＝{0,1,...,n+1}，弧集合为A＝{(i,j)|i,j∈N,i≠j}，节点0和n+1对应没有收益的虚拟起点和虚拟终点，表示有收益的节点集合；

在所述卫星观测模型中，每个目标i对应一个持续观测时间d_i，以及设置圈次集合为T＝{1,…,t}；其中，每圈次都从虚拟起点出发，返回虚拟终点；每圈次t对目标i的可观测时间窗口是TW_it＝[ws_it,we_it]，每圈次经过目标i和j的转换时间为t_ij。

在其中一个实施例中，还包括：定义圈次组合集合；所述圈次组合集合中的元素表示两次观测的时间间隔；每个元素对应一个圈次组合，所述圈次组合包括两个圈次t；构建每个待观测目标的圈次组合收益函数为：