一種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法，針對多地面站接收資源對多觀測衛(wèi)星聯(lián)合優(yōu)化分配問題，考慮觀測任務(wù)持續(xù)到來且任務(wù)時效性要求高的衛(wèi)星對地觀測需求，設(shè)計了一種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法，該方法首先分配非沖突資源，然后對實(shí)傳和指定地面站的任務(wù)按優(yōu)先級由高到低依次分配沖突接收資源，最后基于最小任務(wù)滿足率衛(wèi)星優(yōu)先原則分配沖突接收資源，該方法具有判斷邏輯簡單、資源利用率高、時間復(fù)雜度低等特點(diǎn)，尤其具備應(yīng)對應(yīng)急和復(fù)雜業(yè)務(wù)變化的能力。
【專利說明】
-種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法，特別適用于多地面 站接收資源對多觀測衛(wèi)星快速聯(lián)合優(yōu)化分配領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 航天對地觀測系統(tǒng)包括多個觀測衛(wèi)星和多個地面數(shù)據(jù)接收站，衛(wèi)星運(yùn)行軌道、地 面站地理位置等因素導(dǎo)致多星對單站同時可見、單星對多站同時可見的現(xiàn)象，與此同時，觀 測任務(wù)與地面接收資源在時間軸上的非均勻分布導(dǎo)致觀測任務(wù)與資地面接收源之間的匹 配難度增大，如何將多個地面站接收資源合理、高效地分配給多個觀測衛(wèi)星是航天地面任 務(wù)管控中的核屯、業(yè)務(wù)和難點(diǎn)所在。
[0003] 衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配的目的是合理安排地面接收資源，最大限度地完成衛(wèi) 星數(shù)據(jù)接收任務(wù)。衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配問題可看成是多目標(biāo)優(yōu)化問題，通常可采用 遺傳算法、模擬退火算法和蟻群算法等求優(yōu)化解，上述算法雖然通過遍歷整個解空間的方 法能夠得到較滿意的優(yōu)化解，但一方面其時間復(fù)雜度高，另一方面如果過多考慮用戶使用 偏好時算法模型異常復(fù)雜，實(shí)際工程應(yīng)用難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所需解決的技術(shù)問題在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供一種啟 發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法。本發(fā)明具有判斷邏輯簡單、資源利用率高、時間 復(fù)雜度低等特點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是由W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0007] (1)加載衛(wèi)星觀測任務(wù)和地面接收資源，初始化地面接收資源狀態(tài)；
[000引（2)將地面接收資源進(jìn)行分類，一類為非沖突地面接收資源，另一類為沖突地面接 收資源；
[0009] (3)給與非沖突地面接收資源相對應(yīng)衛(wèi)星的觀測任務(wù)分配非沖突地面接收資源， 更新地面接收資源狀態(tài)；
[0010] (4)按與沖突地面接收資源相對應(yīng)衛(wèi)星的實(shí)傳觀測任務(wù)和指定地面站的回放任務(wù) 的優(yōu)先級由高到低對沖突地面接收資源進(jìn)行分配;對未分配的沖突地面接收資源進(jìn)行沖突 消解，得到可用沖突地面接收資源和不可用沖突地面接收資源，不可用沖突地面接收資源 不進(jìn)行分配，更新地面接收資源狀態(tài)；
[0011] (5)計算所有衛(wèi)星的任務(wù)滿足率，未分配的可用沖突地面接收資源按衛(wèi)星之間任 務(wù)滿足率最小衛(wèi)星優(yōu)先分配原則和衛(wèi)星之內(nèi)基準(zhǔn)窗口先前向遍歷再后向遍歷的原則進(jìn)行 分配，更新地面接收資源狀態(tài)；
[0012] (6)循環(huán)步驟(5)直至所有衛(wèi)星任務(wù)滿足率大于等于一、所有衛(wèi)星無接收資源可分 或一部分衛(wèi)星任務(wù)滿足率大于等于一且剩余部分衛(wèi)星無接收資源可分；
[0013] 完成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配。
[0014] 其中，步驟(4)中地面接收資源的沖突消解采取裁剪或凍結(jié)操作，具體為：
[0015] 設(shè)定相鄰兩個沖突接收資源的起始時間為tis、結(jié)束時間為tie,長度為Δ IV，其中i =1，2，且最小可用數(shù)傳窗口長度設(shè)為Δ TV in; W-個接收資源窗口為基準(zhǔn)，往前推一個最 小相鄰接收資源間隔A T時，前面的窗口將被裁剪，其裁剪后的長度為Δ Τι"，則Δ Τι" =t2s- Δ T-tls，如果Δ Τι" > Δ V in,則資源狀態(tài)置為未分配，在后續(xù)接收資源分配過程中還可使 用，為裁剪操作;如果A Τι" < Δ IV in，則裁剪后的窗日無法再使用，將整個資源窗日狀態(tài)置 為凍結(jié)即不可用狀態(tài)，為凍結(jié)操作。
[0016] 其中，步驟（5)中衛(wèi)星之間任務(wù)滿足率最小衛(wèi)星優(yōu)先分配原則和衛(wèi)星之內(nèi)按基準(zhǔn) 窗口先前向遍歷再后向遍歷原則分配沖突地面接收資源，具體為：
[0017] 選取任務(wù)滿足率最小的衛(wèi)星，判斷該衛(wèi)星是否為首次基于任務(wù)滿足率最小分配原 則分配沖突地面接收資源，若是則首先分配該星最后執(zhí)行觀測任務(wù)之后緊鄰的可行的接收 資源，確定該接收資源窗口為基準(zhǔn)窗口；若不是則在滿足星上載荷動作時間間隔約束條件 下，先從基準(zhǔn)窗口前向遍歷分配一個接收資源，若基準(zhǔn)窗口之前已無接收資源則從基準(zhǔn)窗 口后向遍歷分配一個接收資源，被分配的接收資源狀態(tài)置為已分配，與被分配資源對應(yīng)的 沖突地面接收資源進(jìn)行相應(yīng)的裁剪或凍結(jié)操作。
[0018] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】中接收資源聯(lián)合優(yōu)化求解算法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 1、本發(fā)明在分配沖突接收資源時不僅考慮了凍結(jié)操作還考慮了窗口的裁剪操作， 提高了資源利用率；
[0020] 2、本發(fā)明在任務(wù)滿足率準(zhǔn)則下考慮了星上動作約束，即能夠均衡星間資源使用 量，又能夠提高了星內(nèi)資源使用率；
[0021 ] 3、本發(fā)明具有快速聯(lián)合分配能力，滿足應(yīng)急常態(tài)化使用需求；
[0022] 4、本發(fā)明還具有邏輯清晰易懂，靈活度高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為一次接收資源聯(lián)合分配過程和結(jié)果示意。
[0024] 圖2為多個衛(wèi)星對單地面站的接收資源分布示意。
[0025] 圖3為非沖突地面接收資源分配示意。
[0026] 圖4為沖突資源分配中的裁剪和凍結(jié)操作示意。
[0027] 圖5為沖突接收資源裁剪操作示意(一）。
[0028] 圖6為沖突接收資源裁剪操作示意(二）。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面，結(jié)合圖1至圖6對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030] -種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法，其特征在于包括W下步驟：
[0031] (1)加載衛(wèi)星觀測任務(wù)和地面接收資源，初始化地面接收資源狀態(tài)，將地面接收資 源窗口設(shè)置為未分配狀態(tài)；
[0032] (2)假設(shè)每個地面站只有一部數(shù)傳接收天線且最短相鄰接收資源間隔為ΔΤ，針對 同一地面站多個衛(wèi)星，對地面接收資源進(jìn)行分類處理，一類為非沖地面突接收資源，該類資 源與其相鄰的前后接收資源之間的間隔不小于AT;另一類為沖突地面接收資源，該類資源 與其相鄰的前后接收資源之間的間隔小于A T，如圖2所示；
[0033] (3)給與非沖突地面接收資源相對應(yīng)衛(wèi)星的觀測任務(wù)分配非沖突地面接收資源， 更新地面接收資源狀態(tài);如圖3所示；
[0034] (4)按與沖突地面接收資源相對應(yīng)衛(wèi)星的實(shí)傳觀測任務(wù)和指定地面站的回放任務(wù) 的優(yōu)先級由高到低對沖突地面接收資源進(jìn)行分配;被分配的接收資源狀態(tài)置為已分配，對 未分配的沖突地面接收資源與被分配資源對應(yīng)的沖突地面接收資源進(jìn)行相應(yīng)的凍結(jié)或裁 剪操作，如圖4所示，設(shè)定相鄰兩個沖突接收資源的起始時間為tis、結(jié)束時間為tie,長度分 別為A TV，（i = l，2)且最小可用數(shù)傳窗口長度設(shè)為Δ IV in。W后面的接收窗口為基準(zhǔn)，往 前推一個地面站數(shù)傳時間間隔Δ T時，前面的窗口將被裁剪，假設(shè)其裁剪后的長度為Δ Τι"， 如圖5所示，那么
[0035] ATi" = t2^AT-tis
[0036] 如果Δ Τι" > Δ TV in,則資源狀態(tài)置為未分配，后續(xù)接收資源分配時還可使用，如 果Δ Τι" <Δ IV in,則裁剪后的窗口無法再使用，對其進(jìn)行凍結(jié)操作;若W前面的接收窗口 為基準(zhǔn)，操作過程相似，如圖6所示;得到可用沖突地面接收資源和不可用沖突地面接收資 源，不可用沖突地面接收資源不進(jìn)行分配，更新地面接收資源狀態(tài)；
[0037] (5)計算每個衛(wèi)星的任務(wù)滿足率叫二1,2,…，n，（Qi代表當(dāng)前時刻第i個衛(wèi)星 i 任務(wù)滿足率，該值僅針對回放任務(wù)，實(shí)傳任務(wù)不參與計算，η為衛(wèi)星數(shù)量），運(yùn)里TV代表當(dāng)前 時刻第i個衛(wèi)星已分配到的總數(shù)傳時間
其中A Τι/代表第i個衛(wèi)星第j個數(shù)傳 窗口時長，Qi代表當(dāng)前時刻第i個衛(wèi)星已分配到的數(shù)傳窗口數(shù);Τι代表當(dāng)前時刻第i個衛(wèi)星任 務(wù)總回放時間
其中A Τυ代表第i個衛(wèi)星第j個任務(wù)的成像時長，Ru代表第i 個衛(wèi)星第j個任務(wù)的錄放比，Pi代表當(dāng)前時刻第i個衛(wèi)星任務(wù)數(shù);比較并選取任務(wù)滿足率曰1最 小的衛(wèi)星，判斷該衛(wèi)星是否為首次基于任務(wù)滿足率最小分配原則，分配沖突地面接收資源， 若是則首先分配該星最后執(zhí)行觀測任務(wù)之后緊鄰的可行的接收資源，確定該接收資源窗口 為基準(zhǔn)窗口；若不是則在滿足星上載荷動作時間間隔約束條件下，先從基準(zhǔn)窗口前向遍歷 分配一個可行的接收資源，若基準(zhǔn)窗口之前已無接收資源則從基準(zhǔn)窗口后向遍歷分配一個 可行的接收資源，被分配的接收資源狀態(tài)置為已分配，與被分配資源對應(yīng)的沖突地面接收 資源進(jìn)行相應(yīng)的裁剪或凍結(jié)操作，如圖4所示；
[0038] (6)循環(huán)步驟(5)判斷該衛(wèi)星是否滿足如下Ξ個條件之一 ：1)所有衛(wèi)星任務(wù)滿足率 大于等于一；2)所有衛(wèi)星無接收資源可分;3)-部分衛(wèi)星任務(wù)滿足率大于等于一且剩余部 分衛(wèi)星無接收資源可分，若是則終止該星接收資源分配，若不滿足則循環(huán)步驟(5)，圖1所示 的是一次接收資源聯(lián)合分配結(jié)果，其中接收資源的分配順序依次為A-B-C-……-J-K。
【主權(quán)項】
1. 一種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 加載衛(wèi)星觀測任務(wù)和地面接收資源，初始化地面接收資源狀態(tài)； (2) 將地面接收資源進(jìn)行分類，一類為非沖突地面接收資源，另一類為沖突地面接收資 源； (3) 給與非沖突地面接收資源相對應(yīng)衛(wèi)星的觀測任務(wù)分配非沖突地面接收資源，更新 地面接收資源狀態(tài)； (4) 按與沖突地面接收資源相對應(yīng)衛(wèi)星的實(shí)傳觀測任務(wù)和指定地面站的回放任務(wù)的優(yōu) 先級由高到低對沖突地面接收資源進(jìn)行分配;對未分配的沖突地面接收資源進(jìn)行沖突消 解，得到可用沖突地面接收資源和不可用沖突地面接收資源，不可用沖突地面接收資源不 進(jìn)行分配，更新地面接收資源狀態(tài)； (5) 計算所有衛(wèi)星的任務(wù)滿足率，未分配的可用沖突地面接收資源按衛(wèi)星之間任務(wù)滿 足率最小衛(wèi)星優(yōu)先分配原則和衛(wèi)星之內(nèi)基準(zhǔn)窗口先前向遍歷再后向遍歷的原則進(jìn)行分配， 更新地面接收資源狀態(tài)； (6) 循環(huán)步驟(5)直至所有衛(wèi)星任務(wù)滿足率大于等于一、所有衛(wèi)星無接收資源可分或一 部分衛(wèi)星任務(wù)滿足率大于等于一且剩余部分衛(wèi)星無接收資源可分； 完成衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法，其特征在 于:步驟(4)中地面接收資源的沖突消解采取裁剪或凍結(jié)操作，具體為： 設(shè)定相鄰兩個沖突接收資源的起始時間為tls、結(jié)束時間為t1(3,長度為ΔΤ、，其中i = l， 2，且最小可用數(shù)傳窗口長度設(shè)為△ f min;以一個接收資源窗口為基準(zhǔn)，往前推一個最小相 鄰接收資源間隔A T時，前面的窗口將被裁剪，其裁剪后的長度為Δ T〃 i，則Δ 1^ = t2s_ Δ T-tls，如果，則資源狀態(tài)置為未分配，在后續(xù)接收資源分配過程中還可使用，為 裁剪操作；如果A fKATVn，則裁剪后的窗□無法再使用，將整個資源窗□狀態(tài)置為凍 結(jié)即不可用狀態(tài)，為凍結(jié)操作。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種啟發(fā)式快速衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收資源聯(lián)合分配方法，其特征在 于：步驟(5)中衛(wèi)星之間按任務(wù)滿足率最小衛(wèi)星優(yōu)先分配原則和衛(wèi)星之內(nèi)按基準(zhǔn)窗口先前 向遍歷再后向遍歷原則分配沖突地面接收資源，具體為： 選取任務(wù)滿足率最小的衛(wèi)星，判斷該衛(wèi)星是否為首次基于任務(wù)滿足率最小分配原則分 配沖突地面接收資源，若是則首先分配該星最后執(zhí)行觀測任務(wù)之后緊鄰的可行的接收資 源，確定該接收資源窗口為基準(zhǔn)窗口；若不是則在滿足星上載荷動作時間間隔約束條件下， 先從基準(zhǔn)窗口前向遍歷分配一個接收資源，若基準(zhǔn)窗口之前已無接收資源則從基準(zhǔn)窗口后 向遍歷分配一個接收資源，被分配的接收資源狀態(tài)置為已分配，與被分配資源對應(yīng)的沖突 地面接收資源進(jìn)行相應(yīng)的裁剪或凍結(jié)操作。
【文檔編號】H04L5/00GK106059652SQ201610369427
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】白晶, 杜楚, 彭會湘, 劉讓國, 陳金勇, 艾偉, 張學(xué)亮
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所