一种基于卫星能量变化的任务规划方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星任务规划与调度领域，涉及一种卫星任务规划方法。
【背景技术】
[0002]卫星任务规划问题是一种基于特定约束的资源优化分配问题，即将有限的资源分配到不同的任务时间段上，为了在指定条件下，完成尽可能多的任务。卫星实际在轨运行期间，卫星的任何载荷动作均需要消耗卫星的能量，无论是安排卫星对地观测，还是安排卫星将已经拍摄的数据回传地面，都需要消耗不同程度的能量。卫星在执行各种载荷动作时，由于动作的要求和执行的复杂度不同，理论上，各种载荷动作所消耗的卫星能量应该各不相同。但过去为了降低任务规划过程的复杂度，卫星方通常会提供根据卫星最恶劣使用状态为标准制定静态约束条件，而不是各种载荷动作耗电量的计算模型。
[0003]传统模式下的这种基于静态约束的任务规划方法简单、可靠，对于单一载荷、工作模式简单、机动能力不强的传统卫星非常有用。然而，随着卫星功能、性能，特别是姿态机动能力的快速提升，卫星成像模式、数据处理模式越来越复杂，如图2所示，使用基于静态约束能量平衡基准的传统任务规划方法，不会根据实际卫星被安排的任务多少改变原有的能量约束基准，从而会造成卫星在轨的使用效能低。因为，传统卫星姿态机动能力有限，一轨仅能完成1?2个点目标、或者1个条带目标成像，卫星能源使用策略不是制约使用效能的主要瓶颈因素，卫星方提供的根据卫星最恶劣使用状态为标准制定静态约束条件即可实现最大使用效能。但随着近年来新卫星的姿态机动能力快速提高，卫星能源使用已成为制约卫星使用效能的主要瓶颈因素。
【发明内容】
[0004]本发明针对传统模式下，常规任务规划算法使用静态约束能量平衡基准的判断方法导致的卫星系统效能偏低的缺点，提出了一种新的基于卫星能量变化的动态能量判断方法。采用本发明能够有效提高卫星的使用效能。
[0005]该方法包括以下步骤:
[0006](1).开始检验是否存等待规划的任务，若存在则将该任务带入执行求解，若不存在则求解结束；
[0007]⑵.计算待规划任务开始时间t。时刻的卫星剩余电量Px，作为后续求解步骤的输入；
[0008](3).定义安全放电深度Pk，检验卫星剩余电量Px是否大于等于安全放电深度Pk，若是则继续执行后续求解步骤，若不是则表明该任务插入失败，重新检验是否存在待插入任务；
[0009](4).建立i圈能量平衡判断模型，i的初始值为1，定义最大能量平衡圈数q，判断此时i是否大于等于q，若是则该任务插入失败，重新检验是否存在待插入任务，若否则继续执行后续求解步骤；
[0010](5).计算1到i圈包含待插入任务在内的所有卫星载荷动作总共消耗的能量Pu，作为后续求解步骤的输入；
[0011](6).计算1到i圈内卫星总共的补充能量Pa，作为后续求解步骤的输入；
[0012](7).计算新任务的插入是否会打破1到i圈内的动态能量平衡，即Px+Pa — Pu是否大于Pk;若大于Pk，则未打破平衡，任务插入成功；若小于Pk，则打破平衡，需要提升最大能量平衡圈数q，返回步骤(4)继续执行求解。
[0013]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0014]1)本发明方法针对现有基于静态约束条件的任务规划方法不能发挥卫星最大的使用效能问题，根据卫星能量变化模型，采用单圈能量和多圈能量平衡的任务规划算法，提升卫星能源的使用效能。
[0015]2)本发明对基于卫星能量变化的任务规划提供了求解方法。该求解方法针对卫星能量变化模型，动态评估卫星电能使用情况，构建单圈能量和多圈能量平衡判断模型，如图2所示，可根据实际卫星被安排任务的多少，动态根据任务耗电情况，突破卫星每圈的均匀用电量限制，提高使用效能。
[0016]3)本发明方法中卫星安全放电深度和能量平衡圈数等均可根据实际使用情况进行设置，具有良好的通用性。
[0017]4)本发明方法适用于基于卫星动态能量变化模型的成像卫星任务规划，具有较强的通用性。
[0018]5)本发明方法特别适用于地域密集型观测目标，具有良好的规划结果改进效果。
【附图说明】
[0019]图1为基于卫星能量变化的任务规划方法的流程图；
[0020]图2为现有技术与本发明的卫星能量使用情况对比图。
【具体实施方式】
[0021]在下文中，参照附图来更充分地描述本发明的实施例，附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明的实施例可以以许多不同的形式来实施，而不应该本解释为限于在此列出的实施例。相反，提供这些示例性实施例，使得本公开是彻底的，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。
[0022]除非另外定义，否则所有在此使用的术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所述领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。应该进一步理解，除非这里明确定义，否则术语(如在通用的字典中定义的术语)应该被解释为具有与在有关技术的上下文中的意思一致的意思，并不应该以理想化的或过于正式的意义来解释它们的意思。
[0023]如下，结合图1?图2对本发明基于卫星能量变化的任务规划方法进行说明。图1为基于卫星能量变化的任务规划方法的流程图；图2为现有技术与本发明的卫星能量使用情况对比图。
[0024]参考图1，该流程图的具体步骤如下:
[0025](1).通常可以认为，已有的规划结果是符合约束条件的。开始检验是否存等待规划的任务，若存在则将该任务带入执行求解，若不存在则求解结束；
[0026]⑵.计算待规划任务开始时间t。时刻的卫星剩余电量Px，作为后续求解步骤的输入；
[0027](3).定义安全放电深度Pk，检验卫星剩余电量Px是否大于等于安全放电深度Pk，若是则继续执行后续求解步骤，若不是则表明该任务插入失败，重新检验是否存在待插入任务；
[0028](4).建立i圈能量平衡判断模型，i的初始值为1，定义最大能量平衡圈数q，判断此时i是否大于等于q，若是则该任务插入失败，重新检验是否存在待插入任务，若否则继续执行后续求解步骤；
[0029](5).计算1到i圈包含待插入任务在内的所有卫星载荷动作总共消耗的能量Pu，作为后续求解步骤的输入；
[0030](6).计算1到i圈内卫星总共的补充能量Pa，作为后续求解步骤的输入；
[0031](7).计算新任务的插入是否会打破1到i圈内的动态能量平衡，即Px+Pa — Pu是否大于Pk;若大于Pk，则未打破平衡，任务插入成功；若小于Pk，则打破平衡，需要提升最大能量平衡圈数q，返回步骤(4)继续执行求解。
[0032]在步骤(3)中，通常定义P为卫星的总的能量，定义卫星安全放电深度参数a =20%，利用式Pk = PX a来计算安全放电深度Pk。
[0033]在步骤⑷中，可以定义最大能量平衡圈数q = 5,
[0034]在步骤(5)中，可使用卫星方提供的卫星能源仿真分析模块，计算1到i圈内卫星指令消耗能量Pu。模块的输入条件为该时间范围内所有的卫星载荷动作和动作起始时刻的卫星剩余电量Px。
[0035]在步骤(6)中，可使用卫星方提供的卫星能源仿真分析模块，计算1到i圈内卫星总共的补充能量匕。模块的输入条件为该时间范围内所有的卫星载荷动作和动作起始时刻的卫星剩余电量匕以及卫星的总的能量P。
[0036]利用上述基于卫星能量变化的动态任务规划方法，如图2所示，可根据实际卫星被安排任务的多少，动态根据任务耗电情况，突破卫星每圈的均匀用电量限制，提高使用效倉泛。
[0037]本发明方法中卫星安全放电深度Pk和能量平衡圈数q等均可根据实际使用情况进行设置，具有良好的通用性。本发明方法适用于基于卫星动态能量变化模型的成像卫星任务规划，具有较强的通用性。并且特别适用于地域密集型观测目标，具有良好的规划结果改进效果。
[0038]虽然已经参照本发明的特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解:在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在其中做出形式和细节方面的各种改变。
【主权项】
1.一种基于卫星能量变化的任务规划方法，其特征在于，包括以下步骤: (1).开始检验是否存等待规划的任务，若存在则将该任务带入执行求解，若不存在则求解结束； (2).计算待规划任务开始时间t。时刻的卫星剩余电量Px，作为后续求解步骤的输入； (3).定义安全放电深度Pk，检验卫星剩余电量Px是否大于等于安全放电深度Pk，若是则继续执行后续求解步骤，若不是则表明该任务插入失败，重新检验是否存在待插入任务; (4).建立i圈能量平衡判断模型，i的初始值为1，定义最大能量平衡圈数q，判断此时i是否大于等于q，若是则该任务插入失败，重新检验是否存在待插入任务，若否则继续执行后续求解步骤； (5).计算1到i圈包含待插入任务在内的所有卫星载荷动作总共消耗的能量Pu，作为后续求解步骤的输入； (6).计算1到i圈内卫星总共的补充能量Pa，作为后续求解步骤的输入； (7).计算新任务的插入是否会打破1到i圈内的动态能量平衡，即Px+Pa- Pu是否大于Pk;若大于Pk，则未打破平衡，任务插入成功；若小于Pk，则打破平衡，需要提升最大能量平衡圈数q，返回步骤(4)继续执行求解。2.如权利要求1所述的基于卫星能量变化的任务规划方法，其特征在于，定义P为卫星的总的能量，定义卫星安全放电深度参数a，利用式Pk = PXa计算安全放电深度Pk。3.如权利要求2所述的基于卫星能量变化的任务规划方法，其特征在于，卫星安全放电深度参数a = 20 %。4.如权利要求1-3任一项所述的基于卫星能量变化的任务规划方法，其特征在于，所述的最大能量平衡圈数q = 5。5.如权利要求1-4任一项所述的基于卫星能量变化的任务规划方法，其特征在于:步骤(5)中使用卫星方提供的卫星能源仿真分析模块，计算1到i圈内卫星指令消耗能量Pu ；该模块的输入条件为该时间范围内所有的卫星载荷动作和动作起始时刻的卫星剩余电量Ρχ°6.如权利要求1-5任一项所述的基于卫星能量变化的任务规划方法，其特征在于:步骤(6)中使用卫星方提供的卫星能源仿真分析模块，计算1到i圈内卫星总共的补充能量Pa;该模块的输入条件为该时间范围内所有的卫星载荷动作和动作起始时刻的卫星剩余电量已以及卫星的总的能量P。
【专利摘要】本发明公开了一种新的基于卫星能量变化的动态任务规划方法，充分考虑了卫星需要进行长时间连续工作的应用特点，设计了单圈能量变化平衡和多圈能量变化平衡的任务规划算法策略，与传统的静态能量约束判断方法相比，该方法可以有效提高卫星的使用效能。
【IPC分类】G06F9/50
【公开号】CN105320564
【申请号】CN201410340388
【发明人】齐昕浒, 刘畅, 汪明, 王英强, 李涵适, 李璇
【申请人】航天恒星科技有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月16日