1.一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:获取待观测目标序列并对其进行预处理;步骤2:构建时间依赖转换时间的敏捷卫星调度模型;步骤3:将预处理后的待观测目标序列输入敏捷卫星调度模型,并对敏捷调度模型进行求解;步骤4:将步骤3中的求解结果输出,得到敏捷卫星的调度方案;所述敏捷卫星调度模型的构建方法是:目标函数为:表示最大化调度任务的总收益,其中: 为决策变量,为1时表示第i个待观测目标调度在圈次k上,否则为0,p i 表示第i个待观测目标的收益,T表示观测目标集合,O表示调度周期内的圈次集合;约束条件为:约束(2)表示多圈唯一性约束,即每个观测目标在所有圈次内最多只能观测一次;约束(3)代表流平衡约束,连接了决策变量 和 为决策变量,为1时表示观测完i观测目标后接着观测j观测目标,否则为0,i,j为观测目标索引,i,j∈T∪{s,e},其中{s,e}是指虚拟的起始目标和终止目标;约束(4)和(5)规定了调度方案起始于虚拟目标s,终止于虚拟目标e;约束(6)规定了连续两个观测之间的时间间隔不小于转换时间长度,i k 表示在圈次k对观测目标i的观测任务, 为整数决策变量,代表观测目标i在圈次k的观测开始时间,d i 表示观测目标i的观测持续时长, 表示最小姿态转换时间,即在圈次k,给定观测目标i的观测开始时间 下一个观测目标j的最早到达时刻对应的姿态转换时间,M表示最大正整数;约束(7)代表了可见时间窗口约束,即每个任务的观测开始时间必须在其可见时间窗口范围内; 表示目标i在圈次k的可见时间窗口开始时间, 表示目标i在圈次k的可见时间窗口结束时间, 目标i在圈次k的可见时间窗口时间范围;约束(8)指观测目标只能调度到有其可见时间窗口的圈次上; 为二进制参数,为1时表示目标i在圈次k有可见时间窗,否则为0;约束(9)代表了模型中决策变量的取值范围。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3中对敏捷卫星调度模型求解的方法是贪婪随机迭代局部搜索启发式算法。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述贪婪随机迭代局部搜索启发式算法的具体步骤是:步骤3.1:预先计算同一圈次任意一对可见时间窗口VTW j-1 、VTW j 上,相对于前一个可见时间窗口上每一个观测开始时刻 后一个时间窗口上的最早开始时间es j ,以及相对于后一个可见时间窗口上每一个观测开始时刻 前一个时间窗口上的最晚开始时间ls j-1 ;步骤3.2:设置贪婪随机迭代局部搜索算法中随机因子Greed的初始值为StartGreed,并初始化当前解为空;步骤3.3:初始化内循环的迭代次数,初始化扰动因子参数向量S d 和R d ;步骤3.4:调用扰动算子,在当前解位于圈次k的任务序列中从位置S d (k)开始删除R d (k)个连续的已调度任务,S d (k)表示参数向量S d 的第k个元素,即移除子序列在圈次k的已调度任务序列中的起始位置,R d (k)表示参数向量R d 的第k个元素,即圈次k的移除子序列规模大小;步骤3.5:调用插入算子,依次将未调度的待观测目标尝试插入到当前解中,直至当前解无可行插入,对每个圈次k,计算该圈次上所有可见待观测目标i在当前圈次k的已调度任务序列所有可行插入位置,存入 中,若 则仅保留代价cost最小的插入位置,并将其存于L k 中,所述L k 用于存放圈次k上的所有未调度目标的可行插入,其中每个未调度目标最多只有一个可行插入;步骤3.6:对L k 中所有插入按照对应观测目标的收益从大到小排序,仅保留前(1-Greed)·|L k |个插入,采用轮盘赌的方式,随机选择一个插入并执行到当前解中,更新插入位置之后每个任务的最早开始时间,以及插入位置之前每个任务的最晚开始时间,然后返回步骤3.5,直至所有圈次找不到任何可行插入;步骤3.7:计算新产生的解的总收益,如果新产生的解的总收益大于当前最好解,将新产生的解作为新的当前最好解,并将内循环迭代次数置为零,如果新产生的解比当前最好解差,则内循环迭代次数加1,若该次数超过最大连续迭代步数,则跳至步骤3.8,否则返回至步骤3.4,并令扰动因子参数向量S d =S d +R d ,R d =R d +1;步骤3.8:令随机因子Greed=Greed-GreedDecrease,GreedDecrease为随机因子步长,若Greed仍大于或等于随机因子最小值StartGreed-GreedRange,GreedRange为随机因子波动范围,将当前最好解置为当前解,返回步骤3.2,否则,输出当前最好解。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述插入算子为:步骤3.5.1:对当前解的每个圈次k,若当前圈次k无调度任务时,只有一个插入位置时,设该插入位置对应的最早开始时间为待插入的未调度目标i的可见时间窗口开始时间,其最晚开始时间为其可见时间窗口结束时间;步骤3.5.2:当试图往当前序列各个位置插入未调度目标i时,若插入位置为序列头,则令该插入的最早开始时间es i 为待插入的未调度目标i的可见时间窗口开始时间;若插入位置为序列尾,则令该插入的最晚开始时间ls i 为待插入的未调度目标i的可见时间窗口结束时间;若插入位置为j和j+1之间时,根据当前序列中待插入位置之前任务j的最早开始时间es j 计算出待观测目标i插入到该位置时对应的最早开始时间es i ,根据当前序列中待插入位置之后任务j+1的最晚开始时间ls j+1 计算出待观测目标i插入到该位置时对应的最晚开始时间ls i ,如果es i <ls i ,则插入可行,否则插入不可行。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:在步骤3.1之前,还包括步骤3.1’:预计算对任意圈次k上的任意一个时间窗口VTW i k 的“不可达”最早时间向量 和“不可达”最晚时间向量 其中 表示从VTW i k 出发不能抵达VTW j k 时对应的VTW i k 的最早观测开始时间, 表示在VTW i k 内观测目标i后,无法将j调度在VTW j k 内的最晚观测开始时间;则在步骤3.5.1之前还包括步骤3.5.1’:如果尝试插入观测目标i于已调度任务j和j+1之间,若j的观测开始时间t j 不早于其对应于i的不可达最早时间,即t j <ue j (i),则该位置不可插入,且j+1之后的位置也不可插入,无需再做插入尝试;若j+1的观测开始时间不晚于其对应于i的不可达最晚时间,即t j+1 <ul j+1 (i),则该位置不可插入,且j之前的位置也不可插入,无需再做插入尝试;若该插入位置满足不可达最早和最晚时间的要求,则转步骤3.5.1。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤3.5中所述代价是指:cost i =trans ji (es j ,es i )+trans i(j+1) (es i ,es' j+1 )-trans j(j+1) (es j ,es j+1 )其中,es j 表示任务j的最早开始时间,es i 表示待观测目标i的最早开始时间,es' j+1 代表更新后的任务j+1的最早开始时间,i为待观测目标,cost i 表示待观测目标i插入到位置j与j+1之间的代价。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤3.5还包括,对所有圈次都执行完一次插入操作后,检查是否存在某个目标被调度到多个圈次的任务序列中,如果存在,则执行分配步骤,根据预先给定的分配策略将该目标分配到其中一个圈次的任务,并删除其余圈次对应的已调度任务。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:所述预先给定的分配策略是指将待观测目标优先分配到总时间窗口数较少的圈次上。
9.一种考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度系统,其特征在于:包括处理器,以及与所述处理器连接的存储器,所述存储器存储有考虑时间依赖转换时间的敏捷卫星调度方法的程序,所述程序执行时实现上述权利要求1~8任一项所述方法的步骤。