多星联合任务规划方法

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1、8中国空间科学技术2012年2月——一一一ChineseSpaceScienceandTechnology第1期多星联合任务规划方法王智勇1王永强2王钧1李军1吴秋云1(1国防科学技术大学电子科学与工程学院，长沙410073)(2中国人民解放军61541部队。北京100094)摘要针对多星对地观测系统联合任务规划问题，考虑卫星载荷具备连续侧摆能力和多种数据压缩模式的新特点，构建了多星联合任务规划模型，在此基础上设计多星联合任务规划和数传调度算法框架，实现了卫星连续侧摆成像规划算法和基于任务优先级的数传任务调度算法，最后采用实际算例进行试验，结果表明文章提出的多星联合任务规划方法能在提高完

2、成任务数量的同时降低卫星资源消耗，满足实际应用需求。关键词连续侧摆任务规划数据压缩数传调度卫星成像DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2012．01．0021引言多星任务规划系统(Multi—satellitesSchedulingSystem，MSS)是多星对地观测系统(Multi—satellitesObservingSystem，MOS)的重要组成部分，多星任务规划系统生成的成像任务序列的优劣，直接影响到能否最大限度的利用卫星资源以及能否为用户提供更多的遥测信息等关键问题。为了解决对地观测卫星(EarthObservingSatellite，EOS)成像任务规

3、划问题，各国研究者已提出很多解决方案。国外研究中，Barbulescu等在求解AFSCN的数传调度问题时，采用稳态遗传算法获得了较好的优化结果[1屯]。Muraoka针对ASTER系统，采用贪婪算法进行卫星成像调度‘3。。Potter针对Landsat7卫星采用了首先按照最早结束时间安排观测请求的贪婪算法进行卫星任务调度[4]。国内研究中，靳肖闪等对数传调度问题采用遗传随机搜索算法对随机回放方式进行优化，取得较好的优化结果[5]。郭玉华等对带数据传输的光学卫星成像调度系统进行研究，考虑侧视、存储容量、能量以及数据传输等约束，用以解决复杂约束条件下的卫星调度问题L6]。上述研究大都针对某种

4、特定应用，对问题进行简化求解，而对卫星载荷具备连续侧摆能力和多种数据压缩模式这两种情况并没有涉及，因而在实际应用中存在很大的局限性。本文从实际需求出发，针对多星对地观测系统联合任务规划问题，除考虑一般的侧摆和存储约束外，还对卫星连续侧摆和数据存储具有多种数据压缩模式这两个问题进行深入研究，根据实际情况，制定优化策略，合理安排卫星资源，最大限度发挥卫星效能。最后通过对实际算例进行试验，结果表明本文提出的方法能够有效提高成像任务数量和降低卫星资源消耗。2多星联合任务规划和数传调度模型2．1卫星任务规划工作流程卫星任务规划是多星任务规划系统的核心问题，而成像任务规划和数传任务调度又是卫星任务国

5、家自然科学基金(61101184，61174159)。国家863计划(2007AAl2020203)资助项目收稿日期：201I-05—23。收修改稿日期l2011-07—19!Q!!笙!旦生垦窒塑塾堂夔垄2规划的核心。卫星任务规划实施过程为：预处理模块获取成像任务要求、数传时间窗口以及载荷约束等资源信息，进行任务预处理和任务分组，这一阶段，系统根据约束信息，删除在规划时段以外的任务及违反一元约束的任务。然后成像任务规划模块根据成像任务要求生成成像任务序列，综合考虑卫星成像的能量消耗、单圈最大成像次数、单圈最大侧摆次数、侧摆角度及固存容量等约束，采用卫星任务规划算法生成卫星成像任务预案。数

6、传任务调度模块根据生成的成像任务预案和可用数传时间窗口信息，采用数传任务调度算法生成数传预案。最后由人工辅助决策模块进行人工修改，修改确认后形成方案上报给上一级系统。2．2卫星连续侧摆成像任务规划问题分析卫星绕地球飞行，通过地球不同区域执行成像任务和数据下传等活动，这些区域可以根据星下点轨迹和星载传感器参数来确定。卫星连续侧摆成像任务规划示意图如图1所示。图1(a)中，星下点轨迹即人造地球卫星在地球表面的投影点，卫星运动和地球自转使得星下点在地球表面移动，形成了星下点轨迹。同时，卫星可以观测到离星下点轨迹一定距离的目标，观测最大距离由最大侧摆角度确定。随着卫星成像任务的增加，需要在有限的

7、工作时间内尽可能地执行成像任务，减少开关机时间和其他成像准备时间，因此，考虑卫星连续侧摆能力是提高卫星资源利用率的重要方法之一。(a)任务不冲突情况下连续侧摆连续侧摆时间盯两次成像时间间隔v(b)任务冲突情况下连续侧摆轴图1卫星连续侧摆成像任务规划示意图Fig．1Imagingschedulingconsideringcontinuoussideshiit连续侧摆成像可以减少卫星资源消耗。图1(a)中存在两个成像不冲突的任务(任务I