本發(fā)明涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于動態(tài)規(guī)劃的前瞻啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法。
背景技術(shù)：
啟發(fā)式算法是一種基于直觀或經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造的近似算法，在可接受的花費(fèi)（如計算時間、占用空間等）下給出待解決組合優(yōu)化問題每一個實(shí)例的一個可行解，該可行解與最優(yōu)解的偏離程度不一定事先可以預(yù)計。啟發(fā)式算法通?？梢苑譃橐徊剿惴ǎ倪M(jìn)算法，數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，解空間松弛算法和現(xiàn)代優(yōu)化算法等。針對啟發(fā)式算法，實(shí)際問題特征的抽取，求解的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則是其關(guān)鍵所在。在衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃問題中，任務(wù)安排具有較大的不確定性，受到能量約束與存儲約束等使用約束的影響，前面任務(wù)的安排對后續(xù)任務(wù)能否安排影響很大，特別是由于衛(wèi)星本身的能量是一個連續(xù)的不斷變化的量，時間不同做出動作所消耗的存儲和能量都不同，每個動作所消耗的能量難以量化，基于循環(huán)迭代的尋優(yōu)方法很難應(yīng)用于衛(wèi)星的調(diào)度?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用基于時序的方式，強(qiáng)調(diào)進(jìn)行前瞻。在考慮安排當(dāng)前任務(wù)時，每次前瞻若干步長的任務(wù)，在前瞻步長之內(nèi)檢測任務(wù)與前瞻的任務(wù)是否沖突，決定當(dāng)前任務(wù)是否安排，確定當(dāng)前任務(wù)安排之后再安排衛(wèi)星定向的動作（對日定向、對地定向）。該前瞻啟發(fā)式規(guī)劃算法的主要思想為：每次安排任務(wù)時只考慮當(dāng)前任務(wù)的取舍，安排當(dāng)前任務(wù)時前瞻一定步長的任務(wù)，如果這幾個任務(wù)與當(dāng)前任務(wù)存在沖突，則按照一定的規(guī)則取舍當(dāng)前任務(wù)，每安排一個任務(wù)檢查前后兩個已安排任務(wù)之間是否能夠安排對日定向和對地定向。算法主要流程如下：Step1：在對本周期的所有任務(wù)進(jìn)行預(yù)處理之后，獲取本規(guī)劃周期的元任務(wù)信息及上周期已觀測未回傳任務(wù)信息；Step2：按照開始時間早的順序排列元任務(wù)（若兩個元任務(wù)的開始時間相同，則把結(jié)束時間早的元任務(wù)排在前面），形成元任務(wù)列表，設(shè)定前瞻（LOOKAHEAD）的最大步長MaxLength；Step3：按順序選取當(dāng)前任務(wù)，根據(jù)用戶偏好把放在合適的位置，檢查是否任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行完畢，如果是轉(zhuǎn)則Step8，判斷當(dāng)前任務(wù)其后的前瞻任務(wù)是否存在嚴(yán)格沖突，直到找到一個與無嚴(yán)格沖突或者達(dá)到最大步長限制；Step4：按照規(guī)則決定當(dāng)前任務(wù)是否安排觀測，如果安排轉(zhuǎn)Step5，否則轉(zhuǎn)Step3；Step5：檢查電量及儲約束，計算姿態(tài)轉(zhuǎn)換時間，滿足則安排當(dāng)前任務(wù)，轉(zhuǎn)Step6，否則轉(zhuǎn)Step3；Step6：把放入回傳窗口隊列，等待下一個回傳窗口按照一定規(guī)則回傳該任務(wù)；Step7：檢查與之前任務(wù)之間能否安排對日定向或者對地定向活動，滿足時間要求則安排對日或?qū)Φ囟ㄏ?；轉(zhuǎn)Step3；Step8：檢查回傳隊列中是否還有已安排觀測沒有安排回傳的任務(wù)，若有則輸出給仿真管控，滾動到下一個周期進(jìn)行調(diào)度，輸出最終調(diào)度結(jié)果。在Step3中，若采取的成像策略是成像數(shù)量優(yōu)先，則每次安排任務(wù)時，把任務(wù)安排在最大時間窗口的最前點(diǎn)；若采取的成像策略是成像質(zhì)量優(yōu)先，則每次安排任務(wù)時，把觀測任務(wù)安排在成像質(zhì)量最佳的時間點(diǎn)；若成像策略是綜合效益優(yōu)先，如果時間與后續(xù)任務(wù)的最佳成像時間點(diǎn)不沖突，則任務(wù)安排在成像質(zhì)量最佳的時間點(diǎn)，如果時間與后續(xù)任務(wù)的最佳成像時間點(diǎn)存在交錯，則把當(dāng)前任務(wù)安排在其最早成像時間點(diǎn)，保證后續(xù)任務(wù)安排在其最佳成像時間點(diǎn)。在前瞻啟發(fā)算法中，當(dāng)前任務(wù)的取舍規(guī)則至關(guān)重要，因?yàn)樗鼪Q定了最終任務(wù)規(guī)劃方案的優(yōu)劣。簡單地依據(jù)當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級與前瞻步長內(nèi)后續(xù)任務(wù)優(yōu)先級之間的關(guān)系進(jìn)行取舍存在著明顯的缺陷，即使在僅考慮時間窗口的情況下，上述任務(wù)取舍規(guī)則仍不能保證方案的最優(yōu)性。因此，提供一種高效準(zhǔn)確的啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種高效準(zhǔn)確的啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于動態(tài)規(guī)劃的前瞻啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法，對于某一次前瞻操作，假設(shè)當(dāng)前待規(guī)劃的任務(wù)是，當(dāng)前規(guī)劃時刻為，求解目標(biāo)是以優(yōu)先級之和為評價指標(biāo)從任務(wù)集中找出一個最優(yōu)任務(wù)規(guī)劃方案，然后判斷是否在此方案中，并依次判斷它的取舍問題；首先用表示以為開始規(guī)劃時刻、任務(wù)集中最優(yōu)規(guī)劃方案的優(yōu)先級之和，其中、都是正整數(shù)，從而將求解目標(biāo)轉(zhuǎn)化為求及其對應(yīng)的規(guī)劃方案，具體步驟如下：Step1：設(shè)置循環(huán)變量，代表當(dāng)前待處理的任務(wù)是；已安排任務(wù)優(yōu)先級之和為；已規(guī)劃序列；當(dāng)前規(guī)劃時刻；Step2：對于當(dāng)前任務(wù)，為判斷它是否應(yīng)當(dāng)安排，按如下步驟找出其對應(yīng)的前瞻子任務(wù)集合中的最優(yōu)規(guī)劃序列：Step2.1：按照公式和計算矩陣的邊界值，其中，是最優(yōu)前瞻任務(wù)規(guī)劃方案對應(yīng)的任務(wù)優(yōu)先級之和；Step2.2：按照公式計算矩陣的所有其它元素值，每個單元只計算一次；Step2.3：根據(jù)矩陣中的信息，用回退法求對應(yīng)的規(guī)劃方案；Step3：如果包含在規(guī)劃序列中，則，，；Step4：如果，則轉(zhuǎn)向Step2；否則算法結(jié)束，即為規(guī)劃結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的基于動態(tài)規(guī)劃的前瞻啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、采用動態(tài)規(guī)劃（DynamicProgramming，簡稱DP）算法，以優(yōu)先級之和為評價指標(biāo)從任務(wù)集中找出一個最優(yōu)任務(wù)規(guī)劃方案，然后判斷是否在此方案中，并依次判斷它的取舍問題，且每次前瞻操作都按照上述動態(tài)規(guī)劃的策略進(jìn)行任務(wù)取舍，從而，不僅可以保證問題解的全局最優(yōu)性，而且可通過避免重復(fù)計算來提高求解的效率；2、每一次前瞻操作的計算開銷不超過，其中為最后一個任務(wù)的結(jié)束時間與當(dāng)前規(guī)劃開始時間之差，可以簡單稱之為規(guī)劃周期，對于整個任務(wù)集，由于總?cè)蝿?wù)數(shù)為，則找出最優(yōu)前瞻任務(wù)規(guī)劃方案的時間復(fù)雜度為，因此，采用動態(tài)規(guī)劃方法，最優(yōu)前瞻規(guī)劃的計算開銷隨前瞻步長K、規(guī)劃周期、總?cè)蝿?wù)數(shù)都成線性增長，由于規(guī)劃周期一般不超過一天即86400秒，所以上述時間復(fù)雜度是可以接收的，達(dá)到了使其針對前瞻步長K不敏感的目的。綜上所述，本發(fā)明所提供的基于動態(tài)規(guī)劃的前瞻啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法，具有高效準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施方式本發(fā)明的目的是提供一種高效準(zhǔn)確的啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法。為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。在一種實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種基于動態(tài)規(guī)劃的前瞻啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法，對于某一次前瞻操作，假設(shè)當(dāng)前待規(guī)劃的任務(wù)是，當(dāng)前規(guī)劃時刻為，求解目標(biāo)是以優(yōu)先級之和為評價指標(biāo)從任務(wù)集中找出一個最優(yōu)任務(wù)規(guī)劃方案，然后判斷是否在此方案中，并依次判斷它的取舍問題；首先用表示以為開始規(guī)劃時刻、任務(wù)集中最優(yōu)規(guī)劃方案的優(yōu)先級之和，其中、都是正整數(shù)，從而將求解目標(biāo)轉(zhuǎn)化為求及其對應(yīng)的規(guī)劃方案，具體步驟如下：Step1：設(shè)置循環(huán)變量，代表當(dāng)前待處理的任務(wù)是；已安排任務(wù)優(yōu)先級之和為；已規(guī)劃序列；當(dāng)前規(guī)劃時刻；Step2：對于當(dāng)前任務(wù)，為判斷它是否應(yīng)當(dāng)安排，按如下步驟找出其對應(yīng)的前瞻子任務(wù)集合中的最優(yōu)規(guī)劃序列：Step2.1：按照公式和計算矩陣的邊界值，其中，是最優(yōu)前瞻任務(wù)規(guī)劃方案對應(yīng)的任務(wù)優(yōu)先級之和；Step2.2：按照公式計算矩陣的所有其它元素值，每個單元只計算一次；Step2.3：根據(jù)矩陣中的信息，用回退法求對應(yīng)的規(guī)劃方案；Step3：如果包含在規(guī)劃序列中，則，，；Step4：如果，則轉(zhuǎn)向Step2；否則算法結(jié)束，即為規(guī)劃結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例所公開的基于動態(tài)規(guī)劃的前瞻啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、采用動態(tài)規(guī)劃（DynamicProgramming，簡稱DP）算法，以優(yōu)先級之和為評價指標(biāo)從任務(wù)集中找出一個最優(yōu)任務(wù)規(guī)劃方案，然后判斷是否在此方案中，并依次判斷它的取舍問題，且每次前瞻操作都按照上述動態(tài)規(guī)劃的策略進(jìn)行任務(wù)取舍，從而，不僅可以保證問題解的全局最優(yōu)性，而且可通過避免重復(fù)計算來提高求解的效率；2、每一次前瞻操作的計算開銷不超過，其中為最后一個任務(wù)的結(jié)束時間與當(dāng)前規(guī)劃開始時間之差，可以簡單稱之為規(guī)劃周期，對于整個任務(wù)集，由于總?cè)蝿?wù)數(shù)為，則找出最優(yōu)前瞻任務(wù)規(guī)劃方案的時間復(fù)雜度為，因此，采用動態(tài)規(guī)劃方法，最優(yōu)前瞻規(guī)劃的計算開銷隨前瞻步長K、規(guī)劃周期、總?cè)蝿?wù)數(shù)都成線性增長，由于規(guī)劃周期一般不超過一天即86400秒，所以上述時間復(fù)雜度是可以接收的，達(dá)到了使其針對前瞻步長K不敏感的目的。綜上所述，本實(shí)施例所提供的基于動態(tài)規(guī)劃的前瞻啟發(fā)式衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法，具有高效準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括哪些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，由于文字表達(dá)的有限性，而客觀上存在無限的具體結(jié)構(gòu)，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)、潤飾或變化，也可以將上述技術(shù)特征以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行組合；這些改進(jìn)潤飾、變化或組合，或未經(jīng)改進(jìn)將發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。