[发明专利]一种针对敏捷卫星的在线调度方法

权利要求书

1.一种针对敏捷卫星的在线调度方法，其特征在于，包括：

Step1，设置由一个低分辨率目标发现星和一个敏捷高分辨率目标识别星组成的星簇，目标发现星在目标识别星的前端飞行；

Step2，目标发现星在飞行过程中利用其宽幅相机和星上图像处理软件发现目标，获取目标的低分辨率图像，并从低分辨率图像中提取目标坐标以及根据目标的形状、尺寸确定目标收益；

Step3，目标发现星将目标坐标和目标收益传送给目标识别星；

Step4，目标识别星接收目标坐标和目标收益，并观测目标，以获取目标的高分辨率图像，同时根据目标坐标和目标收益，以目标总收益最大化为优化目标，在线生成一个满足时序约束条件的观测调度方案，该观测调度方案具体生成步骤如下：

Step41，针对敏捷卫星调度问题建立由可视时间窗和姿态机动时间约束组成的时序约束模型，通过将所有目标均处理成平行于星下线的条带目标，同时假设有侧摆角造成的分辨率降低不会影响目标的识别以及目标的发现顺序与目标的时间窗中点的顺序一致，每个目标只有一个可视时间窗；Step41中，时序约束模型为：

目标函数：

决策变量：

约束条件：

x₀＝1； (8)

x_NT+1＝1； (9)

x_i∈{0,1},y_ij∈{0,1}，i,j＝1,…,NT； (14)

式中，

p_i为目标i的收益；

ws_i为目标i的可视时间窗的开始时间；

we_i为目标i的可视时间窗的结束时间；

dur_i为目标i的成像时长需求；

st_i为目标i的观测开始时间；

et_i为目标i的观测结束时间；

atis_i为卫星开始观测目标i时对应的观测姿态，包括俯仰角、侧摆角和偏航角；

atie_i为卫星结束观测目标i时对应的观测姿态，包括俯仰角、侧摆角和偏航角；

dmin(.,.)为两个姿态间的最小机动时间；

NT为场景内的总目标数目；

S为所有目标的所有可能子集；

式(1)表示优化目标为最大化所有观测目标的收益总和；

式(2)和式(3)表示模型的决策变量，其中，x_i表示目标i是否被观测，当目标i被观测时x_i＝1，否则x_i＝0；y_ij表示目标j是否在目标i后被观测，如果目标j在目标i后被观测则y_ij＝1，否则y_ij＝0；

式(4)至式(11)表示敏捷卫星调度问题的约束条件；

式(4)表示任一观测目标的开始观测时刻和观测结束时刻都应在对应的时间窗范围内；

式(5)表示任一观测目标的观测结束时刻等于其观测开始时刻加上观测时长；

式(6)表示后续目标的观测开始时刻应该大于前一观测目标的观测结束时刻加上两个观测姿态间的转换时间；

式(7)表示对于任意目标y_ii＝0；

式(8)和式(9)表示场景中有一个虚拟开始目标和虚拟结束目标，二者的观测开始时刻和观测时长都为0；

式(10)和式子(11)表示任一观测目标有且只有一个前继目标和一个后续目标；

式(12)是经典的DFJ子回路消除约束；

式(13)表示如果目标i在目标j后被观测，则说明两个目标都被观测；

式(14)表示变量的取值范围；和

Step42，根据目标发现星提供的目标信息，利用分支定界算法在当前目标观测完毕前决策出下一个要观测的目标，分支定界算法的计算时间小于当前目标的观测时长，以在任意时刻返回一个有效的观测调度方案，并随着计算时间的延长不断优化该观测调度方案；“分支定界算法”具体包括：

Step4231，采用先到先服务原则，初始化分支定界算法的全局下界；

Step4232，从搜索树的根部开始搜索，对每个节点进行逐一排查，并利用深度优先的策略计算搜索树的每个节点对应的观测调度方案的收益，如果计算出来的观测调度方案的收益大于全局下界，则将计算出来的收益最大对应的观测调度方案更新为当前的最优观测调度方案，并将更新后的观测调度方案的收益更新为全局下界；其中的搜索树中的每个节点代表一个目标观测调度方案，搜索树根据目标的可视时间窗升序逐一展开；

Step4233，根据以下三个条件判断当前节点是否需要进行剪枝操作，若该节点满足以下任何一个条件，则对该节点的后续搜索树进行剪枝操作，否则继续扩展该节点；扩展节点的方法是：对每个节点进行扩展时，最先扩展尚未被考虑安排的目标中时间窗开始时刻最小的目标；

1)节点是否满足对称性消除剪枝条件；

2)节点是否满足支配剪枝条件；

3)节点的上界是否小于全局下界，“节点的上界”为已安排的观测目标收益和加上仍有观测机会的目标收益和；

Step4234，判断分支定界算法的计算时间是否到达指定的时间上界，如果是，则进入Step4236；

Step4235，判断是否搜索到了全局最优解，如果是，则进入Step4236，否则进入Step4232；

Step4236，分支定界算法计算结束；

Step5，当观测完当前目标，目标识别星根据Step4生成的观测调度方案，目标识别星姿态机动到下一个目标的开始观测姿态。