CN106570614A - 星上自主分布式任务调度方法 - Google Patents

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夏磊
张科科
斯朝铭
刘武
潘晓彤
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Abstract

一种星上自主分布式任务调度方法，包括：向卫星上传观测任务序列，所述观测任务序列包括需要进行调度规划的观测任务的观测目标坐标点序列值；根据卫星本体轨道参数和观测目标点坐标序列值，计算卫星与各目标位置的可视时间窗口；以所述卫星与目标位置的可视时间窗口为输入参数，由主星进行任务调度，将调度任务分成若干子调度任务，主星将子调度任务序列传送给辅星进行计算，并将调度结果返回主星，形成总体任务调度结果。上述方法可以实现卫星星上自主任务调度功能，且提高任务调度效率。

Description

星上自主分布式任务调度方法
技术领域
本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种星上自主分布式任务调度方法。
背景技术
任务规划在整个卫星应用过程中起着关键作用，主要解决卫星资源的有效分配和规划，最大限度的完成用户提交的观测任务，是影响卫星使用效能的主要因素之一。
目前在国内外卫星观测活动中，卫星在轨活动都是由地面站事先做好计划方案，然后经由合适的上行链路上传至卫星离线执行的，这种方式要求有足够的星地通信时间以及相对稳定的运行环境，由于星地交互频繁，这种方式的运行成本较高。
因此，有必要改进传统的卫星的任务调度模式，以实现卫星星上自主任务调度功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种星上自主分布式任务调度方法，实现星上自主任务调度功能。
为了解决上述问题，本发明提供了一种星上自主分布式任务调度方法，包括：向卫星上传观测任务序列，所述观测任务序列包括需要进行调度规划的观测任务的观测目标坐标点序列值；根据卫星本体轨道参数和观测目标点坐标序列值，计算卫星与各目标位置的可视时间窗口；以所述卫星与目标位置的可视时间窗口为输入参数，由主星进行任务调度，将调度任务分成若干子调度任务，主星将子调度任务序列传送给辅星进行计算，并将调度结果返回主星，形成总体任务调度结果。
可选的，主星采用断链重连贪婪算法进行任务调度。
可选的，计算一周内的卫星与各目标位置的可视时间窗口。
可选的，还包括：形成总体任务调度结果之后，判断所述总体任务调度结果是否符合卫星姿态调整的实际需求，若符合，则完成自主任务调度；若不符合，则通过迭代计算，调整任务调度，判断是否达到调整迭代最大次数，若未达到调整迭代最大次数，则继续调整任务调度；若已达到调整迭代最大次数，则对不符合卫星姿态调整的实际需求的观测任务进行随机选择，完成自主任务调度。
可选的，通过自主导引律计算，对总体任务调度的调度序列进行可行性分析，判断总体任务调度结果是否符合卫星姿态调整的实际需求。。
本发明的优点在于本发明通过结合任务调度与分布式计算等技术，实现卫星星上自主任务调度功能，使得小卫星能够根据实时的任务信息、卫星状态信息及其他相关信息，自主的进行决策，控制卫星完成各种观测任务调度，大大节省整个规划问题的求解时间，降低地面管控复杂性。
附图说明
图1为星上自主分布式任务调度的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的星上自主分布式任务调度方法的具体实施方式做详细说明。
请参考图1，为所述星上自主分布式任务调度的流程示意图。
本发明的实施例中，所述星上自主分布式任务调度方法包括：
首先执行步骤S1，向卫星上传观测任务序列，即完成任务目标输入，所述观测任务序列包括需要进行调度规划的观测任务的观测目标坐标点序列值。
所述观测任务为卫星在未来一段时间内需要进行调度规划的观测任务。所述未来一段时间可以是一个月、六个月或一年等，时间越长，任务数量越多。根据卫星的星上运算能力决定上传的观测任务序列数量。
所述观测任务序列包括每个观测任务的观测目标的坐标点序列值，后续对所述观测任务进行调度计算时，均是对所述观测任务序列进行计算。
通过地面站向卫星上传观测任务序列，然后，通过星上计算对所述观测任务序列进行调度规划，对地面依赖度极低。
然后执行步骤S2，根据卫星本体轨道参数和观测目标点坐标序列值，计算卫星与各目标位置的可视时间窗口。
所述可视时间窗口为卫星经过观测目标上空，可以与观测目标进行通讯与数据传输，或者卫星可以对观测目标进行观测的时间范围。卫星与观测目标的任何直接信息交换都必须在卫星对该观测目标的时间窗口中。所以，在对观测任务进行调度之前，必须计算出每个观测任务的观测目标于卫星的时间窗口，再次基础上，再进行任务调度。
通过星上快速计算方法，以卫星本体轨道参数和观测目标点坐标序列作为计算参数，计算一段时间内卫星与各目标位置的可视时间窗口C1、C2…Cn。作为本发明的一个实施例，可以计算一周内卫星与各目标位置的可视时间窗口。
然后执行步骤S3，以所述卫星与目标位置的可视时间窗口为输入参数，由主星进行任务调度，将调度任务分成若干子调度任务，主星将子调度任务序列传送给辅星进行计算，并将调度结果返回主星，形成总体任务调度结果。
作为本发明的一个实施例，可以采用断链重连贪婪算法实现上述任务调度。由于主星自身计算资源有限，若所有任务调度均通过主星进行计算完成，则任务调度的效率较低，所以，本发明的实施例中，采用分布式计算方法，将所有调度任务分成若干子调度任务之后，分配给主星周围的辅星进行计算，再将调度结果返回至主星合并，获得总体任务调度结果。这样，利用小卫星网络辅助通信，进一步优化星上资源利用，从而能够保障任务调度的快速、高效能。
由于卫星姿态调整需要耗费一定的时间，会导致调度序列存在因卫星姿态调整时间导致的观测任务冲突问题，从而导致观测任务无法完成。
作为本发明的一个实施例，获取总体任务调度结果之后，还对总体任务调度结过的调度序列进行可行性分析和调整。
具体的，继续执行步骤S4，形成总体任务调度结果之后，判断所述总体任务调度结果是否符合卫星姿态调整的实际需求，若符合，则完成自主任务调度；若不符合，则判断是否达到调整迭代最大次数，若未达到调整迭代最大次数，则重新进行任务调度；若已达到调整迭代最大次数，则对不符合卫星姿态调整的实际需求的观测任务进行随机选择，完成自主任务调度。
作为本发明的一个实施例，通过自主导引律计算，引入卫星姿态调整时间的约束项，以此作为判断调度结果是否符合卫星姿态调整时机需求的标准。
若总体任务调度结果中所有调度序列均符合卫星姿态调整的实际需求，则表明不存在因卫星姿态调整时间导致的观测任务冲突问题，自主任务调度完成，输出最终调度结果。
若总体任务调度结果中有部分调度序列不符合卫星姿态调整的实际需求，则对所述观测任务继续进行迭代计算，调整任务调度，然后继续进行调度序列可行性分析，根据判断结果选择继续通过迭代计算调整任务调度，还是完成自主任务调度。
当任务调整迭代次数达到最大次数时，对依旧不符合卫星姿态调整实际需求的冲突观测任务进行随机选择，消除冲突任务，完成自主任务调度。
所述任务调度过程，结合导引律计算，将工程实际与任务调度有机结合，弥补了传统卫星任务调度算法中未考虑姿态调整时间这一漏洞，使最终任务调度结果更加具备可行性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种星上自主分布式任务调度方法，其特征在于，包括：
向卫星上传观测任务序列，所述观测任务序列包括需要进行调度规划的观测任务的观测目标坐标点序列值；
根据卫星本体轨道参数和观测目标点坐标序列值，计算卫星与各目标位置的可视时间窗口；
以所述卫星与目标位置的可视时间窗口为输入参数，由主星进行任务调度，将调度任务分成若干子调度任务，主星将子调度任务序列传送给辅星进行计算，并将调度结果返回主星，形成总体任务调度结果。
2.根据权利要求1所述的星上自主分布式任务调度方法，其特征在于，主星采用断链重连贪婪算法进行任务调度。
3.根据权利要求1所述的星上自主分布式任务调度方法，其特征在于，计算一周内的卫星与各目标位置的可视时间窗口。
4.根据权利要求1所述的星上自主分布式任务调度方法，其特征在于，还包括：形成总体任务调度结果之后，判断所述总体任务调度结果是否符合卫星姿态调整的实际需求，若符合，则完成自主任务调度；若不符合，则通过迭代计算，调整任务调度，判断是否达到调整迭代最大次数，若未达到调整迭代最大次数，则继续调整任务调度；若已达到调整迭代最大次数，
则对不符合卫星姿态调整的实际需求的观测任务进行随机选择，完成自主任务调度。
5.根据权利要求1所述的星上自主分布式任务调度方法，其特征在于，通过自主导引律计算，对总体任务调度的调度序列进行可行性分析，判断总体任务调度结果是否符合卫星姿态调整的实际需求。
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