本發(fā)明屬于衛(wèi)星控制，具體涉及一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
1、隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，在軌衛(wèi)星數(shù)量呈指數(shù)級增長，任務規(guī)模日益龐大，對地面站的測控和數(shù)傳能力提出了更高的要求。然而，地面站資源作為重要的航天基礎(chǔ)設施，其數(shù)量和能力增長遠不及衛(wèi)星數(shù)量的增長速度，導致地面站資源日益緊張。因此，如何合理、高效地分配地面站資源，最大化發(fā)揮地面站網(wǎng)的使用效益，滿足用戶大規(guī)模的測控和數(shù)傳需求，是當前衛(wèi)星地面站網(wǎng)資源調(diào)度領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度技術(shù)作為航天領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，其對于保障衛(wèi)星長期穩(wěn)定運行、提高衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸效率具有重要意義。
2、現(xiàn)階段，在實際管控的過程中，大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度面臨著以下幾個問題：1)缺乏規(guī)范的、直觀的測控數(shù)傳一體化調(diào)度數(shù)學模型，呈現(xiàn)約束、收益特點，進而指導算法的設計。在傳統(tǒng)的方法中，通常將測控和數(shù)傳分別進行建模，這導致難以充分利用測站資源導致資源的浪費。同時，現(xiàn)有調(diào)度模型難以適用于可以同時進行測控和數(shù)傳的新型衛(wèi)星或地面站，無法充分發(fā)揮測站的能力。2)大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題中，資源和需求眾多，問題解空間巨大，傳統(tǒng)算法效率有待進一步提升。以7天的調(diào)度需求為例，同時考慮測控與數(shù)傳任務調(diào)度的情況下，算法需要同時解決2萬多個任務的調(diào)度問題，問題解空間規(guī)模巨大。因此傳統(tǒng)的算法和優(yōu)化策略容易陷入局部最優(yōu)，難以充分利用站網(wǎng)資源，亟需合理高效的算法應對大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是為了上述技術(shù)問題，提出一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，執(zhí)行如下步驟：
2、s1.各個地面站服務器獲取衛(wèi)星測控和數(shù)傳任務集合r；
3、其中，r＝{ri|1≤i≤nr,|r|＝nr}；集合r中的每個ri都代表一個任務，以五元組表示：
4、ri＝{i,si,dui,ai,type,<rcoi>,<sdai>}；
5、其中，i是測控任務ri的下標值，si表示該任務所使用的衛(wèi)星，di表示該任務的持續(xù)時間，ai是該測控任務所有可用的弧段集合，type表示任務的類型。是任務i的弧段選擇約束，rcoi＝{mmei,cti,sd0i,sd1i,sd2i}，mmei是任務i最小跟蹤仰角，表示分配給該任務的弧段最大仰角必須大于該值，cti是任務i的弧段選擇約束類型，sd0i是任務i的允許范圍下偏移，sd1i是任務i的最希望時刻/圈號，sd2i是任務i的允許范圍上偏移；sdai是任務i的可用設備集合，sdai＝{sdi1,sdi2,…,sdik}；
6、s2.所述各個地面站服務器獲取護短集合a，弧段集合被定義為：a＝{ai|1≤i≤na,|a|＝na}；
7、其中ai代表一個弧段，所述ai被表示為一個十三元組：
8、ai＝{i,si,di,rtnj,rij,rcnj,rfj,tij,aij,tmj,amj,toj,aoj}；
9、其中，rtnj是衛(wèi)星軌道運動總?cè)μ?；rij表示過境圈號；rcnj即此次中國境內(nèi)可見的第幾圈；rfj表示過境總?cè)?shù)；tij表示該弧段的升降軌屬性；是進站時刻；aij表示進站俯仰角；tmj表示最高仰角時刻；amj表示最高仰角俯仰角；toj表示出站時刻；aoj表示出站時刻俯仰角；
10、s3.所述各個地面站服務器獲取全部地面站信息，所述地面站被定義為：d＝{di|1≤i≤nd,|d|＝nd}；di為第i個地面站；
11、所述di被表示為一個三元組：di＝{i,fbi,funci}；
12、其中，fbi表示禁用弧段集合，funci表示第i個設備的功能。設備功能包括：測控、數(shù)傳、測控/數(shù)傳、測控+數(shù)傳。測控/數(shù)傳指該設備在同一時間，可以執(zhí)行測控任務或者數(shù)傳任務之一，測控+數(shù)傳指該設備在同一時間針對不同衛(wèi)星可以執(zhí)行測控任務或者數(shù)傳任務之一，針對同一衛(wèi)星可以執(zhí)行同時執(zhí)行測控與數(shù)傳任務。
13、s4.所述各個地面站服務器獲取目標衛(wèi)星集合s；
14、所述集合s中包含了所有參與測控數(shù)傳任務的衛(wèi)星，任一任務ri的任務目標衛(wèi)星都包含在集合s中。
15、進一步地，在決策關(guān)系中，每個任務集r中的任務ri，有|ai|個可選弧段，在不考慮設備工作時間沖突約束的情況下，任務ri可以在可選弧段集合ai中的任意一個弧段上執(zhí)行。
16、進一步地，在所述決策關(guān)系中，使用下式描述：
17、
18、變量xi描述了任務和弧段之間的決策關(guān)系。
19、進一步地，每個衛(wèi)星任務的執(zhí)行具有唯一性，上述決策變量的配置使得約束天然滿足
20、任務和弧段之間的決策關(guān)系為：
21、
22、其中，ri為第i個任務，aij為任務i的第j個弧段，xi是任務i的決策變量。
23、進一步地，所述決策變量向量衛(wèi)星測控數(shù)傳調(diào)度問題的調(diào)度方案表示為決策向量x：
24、
25、進一步地，在預處理過程中建立靜態(tài)約束，
26、在問題處理過程中調(diào)整動態(tài)約束。
27、進一步地，所述靜態(tài)約束包括：弧段偏好約束、弧段可用性約束、天線功能約束。
28、進一步地，所述動態(tài)約束包括：同星同類型任務不同圈約束、設備工作時間無沖突約束、任務執(zhí)行唯一性約束。
29、進一步地，將數(shù)傳任務的每個任務收益設置為10，測控任務的每個任務收益設置為1，利用決策變量xi來表示任務ri所選擇使用的弧段，設置標收益函數(shù)為：
30、其中，
31、在滿足約束的條件下，被分配到弧段的任務數(shù)量越多越好。
1.一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，所述決策變量向量衛(wèi)星測控數(shù)傳調(diào)度問題的調(diào)度方案表示為決策向量x：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種大規(guī)模測控數(shù)傳任務站網(wǎng)資源調(diào)度問題建模和多階段調(diào)度方法，其特征在于，