[发明专利]面向应急任务的多星分布式协同重调度方法

说明书

本发明提供了一种面向应急任务的多星分布式协同重调度方法，包括1：在地面生成多个离线可行解；2：将离线可行解发送给解训练器得到各卫星在面对应急任务插入的不同状态时怎样执行动作的最优调度策略；3：将离线可行解和最优调度策略上传给卫星；4：接收到应急任务时，计算应急任务插入后的可行解的收益；5：使用评估器评估当前卫星的状态，将该状态与最优调度策略所对应的状态进行匹配；6：从最优调度策略中选择一个最优动作；7：使最优动作更新当前执行的可行解。本发明利用地面的强大计算能力，训练出在应急任务的各种可能状态时的最优调度策略，使星上复杂调度问题变成简单的选择问题，实现利用较短时间取得不差于地面的求解质量。

技术领域

本发明属于卫星任务规划调度领域，尤其涉及一种面向应急任务的多星分布式协同重调度方法。

背景技术

对地观测卫星(Earth observation satellite,EOS)作为空间图像采集的主要平台，其主要任务是根据用户需求获取地球表面的观测信息，由于其具有覆盖范围广、成像时间长、不受国境限制等优势，对地观测卫星在经济发展、灾害救援和应急监测等任务中发挥着越来越重要的作用。

近年来，随着卫星技术的发展，新一代卫星已经具有一定的计算和处理能力，这使得卫星管控减少人为干预、进行自主决策成为可能。当前针对自主卫星的研究，已经有数颗正在服役的自主卫星：美国国家航空航天局(NASA)的Earth Observing-1(EO-1)是一颗自主卫星，能够自主发现地球表面的科学事件，包括火山爆发、洪水灾害等，其自主管理能力可以每年节省超过一百万美元的管控费用，同时发现价值超过一百八十万美元的科学事件。其他较为知名的自主卫星还包括美国空军的TacSat、德国航空航天中心(DLR)的FireBIRD、以及法国国家空间研究中心(CNES)的PLEIADES等。我国针对自主卫星的研究仍处于起步阶段。在2008年汶川地震救援等非作战军事行动中，我国的对地观测卫星系统虽然发挥了重要作用，但由于快速响应能力的欠缺，不能快速有效的获得灾情状况，错失了很多关键信息，如何提高卫星对不确定性突发事件的响应速度，及时获取突发事件的情报信息，为后续决策提供有力的信息保障，成为卫星调度领域一个亟待解决的问题。

针对考虑应急任务等难以预测的不确定性的问题，由于事件的不可预测性，通常采用在线调度(或反应式调度)方法，在事件发生时在线修改离线调度结果来提高收益。在机器调度领域，许多在线调度方法没有考虑算法的运行时间，这些文献中作者使用非常复杂的方法，如混合整数规划和遗传算法等。但对于考虑应急任务的卫星在线重调度问题，计算时间不可忽略。何永明分析了进行卫星任务重调度的难度：任务的可见时间窗口通常很短，如果不及时完成重调度，可能会浪费部分观测机会；此外，卫星与地面之间的通信窗口有限，如果有应急任务到达，计算通常在卫星上完成，但是，卫星的星载计算机性能通常仅为地面典型计算机性能的十分之一。采用模因算法和遗传算法等方法需要数百秒至数小时才能完成重调度，其他精确求解的在线重调度方法运行时间更长，难以满足此类问题的时间约束。