[发明专利]一种多成像卫星应急任务动态调度方法

摘要

本发明公开了一种多成像卫星应急任务动态调度方法，要解决的技术问题是在满足约束的前提下实现调度目标。技术方案是根据任务类别对处于卫星传感器一个视场范围内的相邻目标元任务进行合成，如果合成任务分配失败，通过修复方法取出合成任务中优先级最大的元任务后再进行合成，从而将该任务分解为具有更多成像机会的合成任务和一个单独任务；同时，在新任务插入过程中，构建可用时间槽，将等待队列中的任务向后移位，在等待任务可执行的条件下，获取满足新插入任务执行的时间槽，从而进一步提高调度效率。采用本发明可对任务进行合成，动态调整任务的执行顺序和执行时间，减少了卫星成像的次数，提高了任务的完成率和可调度性。

主权项

1.一种多成像卫星应急任务动态调度方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，初始化任务集合T，资源集合R，成像机会集合AO，方法是：1.1，根据调度时刻t_R将任务分别放到已完成任务集合FT、正在执行任务集合ET、等待任务集合WT和新到达任务集合NT，FT、ET、WT、NT构成任务集合T；对于元任务t_i，如果ft_ix<t_R，即调度时刻t_R大于元任务t_i的完成时间ft_ix，则t_i∈FT；如果bt_ix<t_R<ft_ix，即调度时刻t_R介于元任务t_i的开始时间bt_ix和完成时间ft_ix之间，则t_i∈ET；如果bt_ix>t_R>a_i，即调度时刻t_R小于元任务t_i的开始时间bt_ix且大于任务t_i的到达时间a_i，则t_i∈WT；如果a_i=t_R，即调度时刻t_R等于元任务t_i的到达时间a_i，则t_i∈NT；1.2，将所有卫星资源加入资源集合R，R={r₁,r₂,…,r_m}，其中资源个数m为正整数，任意一个资源表示为r_j=(d_j,σ_j,s_j,b_j,o_j,as_j,ρ_j,π_j,msg_j),1≤j≤m，其中d_j表示r_j的元任务执行时间，资源r_j上所有元任务的执行时间相同，σ_j表示r_j的视场角、s_j表示r_j的侧摆速率、b_j表示r_j的启动时间、o_j表示rj的关机滞留时间、as_j表示r_j的姿态稳定时间、ρ_j表示单位观测时间能量消耗、π_j表示r_j的单位侧摆角度能量消耗、msg_j表示r_j的最大侧摆角度；1.3，采用卫星仿真工具包STK计算任务在不同资源上的成像机会，所有的成像机会放到集合AO中；第二步，采用任务合成方法对新任务集合NT中的任务进行合成：2.1，为新到达任务集合NT中的所有任务建立初始任务合成图G，方法是：2.1.1，将NT中每个任务看作只有一个元任务的合成任务，即将NT中任意一个任务t_i写为将NT中另一个任务t_j写为并设定任意两任务和的边集E_i,j为空，即2.1.2，建立临时任务集TT，令将NT中的任务放入TT中，并将TT中的任务看作顶点；2.1.3，如果TT为空集，即转第2.2步，否则转第2.1.4步；2.1.4，从临时任务集TT取出任一个任务2.1.5，建立临时任务集TT2，令将TT中除之外的其他任务放入TT2中；2.1.6，如果TT2为空集，即转第2.1.7步，否则转2.1.8步；2.1.7，将从临时任务集TT中移除，转第2.1.3步；2.1.8，从TT2中取出一个任务如果与之间满足合成约束，转第2.1.9步，如果与之间不满足合成约束，则转第2.1.10步；2.1.9，在两顶点和建立边，放入边集E_i,j中；2.1.10，将从临时任务集TT2中移除，转第2.1.6步；2.2，按公式（15）计算图G中每个边集E_i,j的合成优先级MP(E_i,j)，MP(E_i,j)=|E_i,j|+|E_i,j|_valid           （15）其中，|E_i,j|表示集合E_i,j中元素，|E_i,j|_valid表示集合E_i,j中有效元素个数，集合E_i,j中有效元素个数是指合成任务中所有元任务的最小时间窗口结束时间小于等于所有元任务的最小期望完成时间对应的边的个数，由和合成；2.3，如果图G的边集集合E(G)为空，转第三步；2.4，如果E(G)不为空，从E(G)中选择具有最大合成优先级MP(E_i，j)的边集E_i，j；2.5，对于图G中除和之外的每个顶点删除边集E_i，k和E_j，k；2.6，合成顶点和生成一个新的顶点即将合成任务和中的所有元任务取出合成为一个新合成任务之后删除顶点和删除所有与和连接的边；2.7，对于图G中除新合成任务之外的每个顶点如果与之间满足合成约束，则在两顶点和建立边，生成边集E_P，k，转第2.3步；第三步，如果新任务集合NT为空，转第十一步；如果新任务集合NT不为空，转第四步；第四步，在NT中选择具有最大任务需求度的任务任务的任务需求度表示任务需要调度的紧迫程度，采用公式(16)计算：TRMCi=pCiΣrj∈RKCij---(16)]]>其中，为任务的优先级，即任务执行的优先程度，为任务的成像机会数；第五步，采用时间槽构建方法建立可选时间槽集合ATSS_i；5.1，设定ATSS_i＝φ，成像机会集合成像机会个数是元任务在资源r_j上的成像机会集合，中的元素表示在资源r_j上的第k_i个成像机会；5.2，如果K＝0，转第六步；5.3，如果K≠0，计算合成任务的成像机会是否满足任务调度可用资源约束和任务调度时间约束；5.4，如果不满足任务调度可用资源约束或任务调度时间约束，则K=K-1，k_i=k_i+1，转第5.2步；5.5，如果既满足任务调度可用资源约束，又满足任务调度时间约束，则设定n_p=0，n_v=0，n_p为任务插入到时间槽后推迟任务的数量，n_v为任务插入后由于向后移位造成不能在用户期望时间内完成的任务数量；5.6，计算插入到后的准备就绪时间开始时间和完成时间rtCij=ftCi-1j+ci-1,i,j---(4)]]>btCij=max{rtCij,wsCijk}---(19)]]>ftCij=btCij+dj---(20)]]>其中，c_i-1,i,j表示从合成任务执行结束到下一任务开始执行需要的最小准备时间；表示任务在资源r_j上的时间窗口开始时间；d_j为资源r_j执行任务的时间；5.7，如果完成时间大于任务的期望完成时间则设定n_v=n_v+1；5.8，如果完成时间小于等于任务的期望完成时间则设定n_v＝n_v；5.9，对于在任务后的每个任务重新计算的准备就绪时间5.10，如果大于任务开始时间设定n_p＝n_p+1；5.11，采用公式（19）和（20）重新计算的新开始时间和新完成时间5.12，如果并且则设定n_v=n_v+1；5.13，如果或者则设定n_v=n_v；5.14，设定K=K-1，k_i=k_i+1，转第5.2步；第六步，如果可选时间槽集合ATSS_i不为空，转第七步，如果的可选时间槽集合ATSS_i为空，转第八步；第七步，计算选择具有最小值的时间槽并将任务插入到该时间槽中，之后更新在任务后面的每一个任务的准备就绪时间开始时间和完成时间将从新任务集合NT中移除，转第三步；第八步，如果是一个元任务，转第九步；如果不是一个元任务，则转第十步；第九步，拒绝任务将从新任务集合NT中移除，转第三步；第十步，采用任务修复方法将进行分解；10.1，按照公式（15）选择合成任务中任务优先级最大的任务t_Pi；10.2，将t_Pi和中除t_Pi之外的其他元任务组成的合成任务插入到新任务集合NT中，将从新任务集合NT移除，转第三步；第十一步，结束。