1 簡(jiǎn)介

問(wèn)題描述

衛(wèi)星觀測(cè)任務(wù)調(diào)度問(wèn)題描述如下?；趯?duì)太空在軌衛(wèi)星觀測(cè)需求，需要在地面觀測(cè)設(shè)備有限的情況下對(duì)我國(guó)上空在軌運(yùn)行衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)任務(wù)調(diào)度。假設(shè)全國(guó)現(xiàn)共有M個(gè)地面觀測(cè)設(shè)備（每個(gè)觀測(cè)設(shè)備都需要對(duì)衛(wèi)星執(zhí)行相應(yīng)的觀測(cè)任務(wù)），N個(gè)待觀測(cè)衛(wèi)星，且M<<N。每個(gè)待觀測(cè)衛(wèi)星相對(duì)于不同的地面設(shè)備都有P個(gè)可供選擇的可見(jiàn)時(shí)間窗口，P的數(shù)量根據(jù)衛(wèi)星和觀測(cè)設(shè)備的不同而有所差異。其中，每個(gè)可觀測(cè)設(shè)備都可以在任何待觀測(cè)衛(wèi)星與之對(duì)應(yīng)的可見(jiàn)時(shí)間窗口內(nèi)對(duì)該衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)的時(shí)長(zhǎng)根據(jù)實(shí)際任務(wù)中該衛(wèi)星所需觀測(cè)時(shí)間而不同。同時(shí)，任意一顆衛(wèi)星都可在其可見(jiàn)時(shí)間窗口內(nèi)被地面觀測(cè)設(shè)備所觀測(cè)。由于觀測(cè)設(shè)備自身的物理特性，每個(gè)地面觀測(cè)設(shè)備對(duì)一顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)結(jié)束后對(duì)下一顆衛(wèi)星觀測(cè)之前，都需要經(jīng)過(guò)設(shè)備轉(zhuǎn)換時(shí)間，設(shè)備的轉(zhuǎn)換時(shí)間根據(jù)設(shè)備的自身特性不同而不同。在地面觀測(cè)設(shè)備選擇對(duì)哪一顆衛(wèi)星的哪一段可見(jiàn)時(shí)間窗口進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，不同的衛(wèi)星之間由于實(shí)際觀測(cè)任務(wù)需求的不同，觀測(cè)的優(yōu)先級(jí)也不同。該衛(wèi)星所承擔(dān)的角色越重要，其觀測(cè)優(yōu)先級(jí)就越高，同時(shí)由于地面觀測(cè)設(shè)備的精度有所偏差，地面觀測(cè)設(shè)備精度越高，該設(shè)備的優(yōu)先級(jí)也越高。不難理解，優(yōu)先級(jí)高的地面觀測(cè)設(shè)備應(yīng)該盡量選擇優(yōu)先級(jí)較高的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)。在整個(gè)觀測(cè)任務(wù)的規(guī)劃調(diào)度中，每顆衛(wèi)星最多應(yīng)被觀測(cè)一次。調(diào)度的目標(biāo)是在整個(gè)觀測(cè)任務(wù)調(diào)度的過(guò)程中，盡量用較短的時(shí)間觀測(cè)完更多優(yōu)先級(jí)較高的衛(wèi)星，使最終的衛(wèi)星和地面站優(yōu)先級(jí)達(dá)到最大。

此外，在對(duì)多衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)的任務(wù)調(diào)度中，還應(yīng)滿足以下約束條件：

（1）?地面觀測(cè)設(shè)備在對(duì)其中一個(gè)衛(wèi)星的某一個(gè)可見(jiàn)時(shí)間窗口進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，除設(shè)備故障原因，中途不能中斷觀測(cè)，且觀測(cè)時(shí)間要達(dá)到實(shí)際任務(wù)規(guī)劃中該衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間需求；

（2）?同一時(shí)間同一臺(tái)地面觀測(cè)設(shè)備只能在某一個(gè)衛(wèi)星的某個(gè)可見(jiàn)時(shí)間窗口內(nèi)對(duì)該衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，同一時(shí)間衛(wèi)星的某個(gè)可見(jiàn)時(shí)間窗口也只能被一臺(tái)地面設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)；

（3）?當(dāng)衛(wèi)星的某一時(shí)間窗口被其中一臺(tái)地面設(shè)備觀測(cè)結(jié)束之后，該衛(wèi)星的任何可見(jiàn)時(shí)間窗口都不能被其他地面設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)衛(wèi)星最多只能被觀測(cè)一次；

（4）?對(duì)于同一臺(tái)地面觀測(cè)設(shè)備而言，其在完成對(duì)一顆衛(wèi)星的觀測(cè)任務(wù)后，對(duì)下一顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)前，需要經(jīng)過(guò)設(shè)備的轉(zhuǎn)換時(shí)間；

本文的衛(wèi)星觀測(cè)任務(wù)調(diào)度，觀測(cè)設(shè)備是基于光學(xué)觀測(cè)，不考慮觀測(cè)設(shè)備與衛(wèi)星之間的頻率等其他物理因素，假設(shè)天氣情況良好，在衛(wèi)星的可見(jiàn)時(shí)間窗口內(nèi)，各設(shè)備與衛(wèi)星都可見(jiàn)。

數(shù)學(xué)模型

2 部分代碼

% close allfigureglobal Global% c_space = linspecer(Global.num_satellite);c_space = colormap(jet(12));for i=1:Global.num_satellite ? ?cur_satellite = bestsol.decs(i); ? ?cur_ground = bestsol.ground_list(i); ? ?ind_window = bestsol.index_window_guance(cur_satellite); ? ?subplot(4,3,cur_satellite) ? ?t_s = bestsol.time_start_guance(cur_satellite); ? ?t_e = bestsol.time_end_guance(cur_satellite); ? ?if t_s == 0 && t_e ==0 ? ? ? ?continue; ? ?end ? ?t_s_window = Global.visible_window{cur_satellite,cur_ground}(2*bestsol.index_window_guance(cur_satellite)-1); ? ?t_e_window = Global.visible_window{cur_satellite,cur_ground}(2*bestsol.index_window_guance(cur_satellite)); ? ?rec = [t_s_window,cur_ground-0.1,t_e_window-t_s_window,0.2]; ? ?rectangle('Position',rec,'LineWidth',0.5,'LineStyle','-','FaceColor',c_space(i,:),'Curvature',0.5);%draw every rectangle% ? ? for j=1:Global.num_visible_window(cur_satellite,cur_ground)% ? ? ? ? t_s_window = Global.visible_window{cur_satellite,cur_ground}(2*j-1);% ? ? ? ? t_e_window = Global.visible_window{cur_satellite,cur_ground}(2*j);% ? ? ? ? rec = [t_s_window,cur_ground-0.1,t_e_window-t_s_window,0.2];% ? ? ? ? rectangle('Position',rec,'LineWidth',0.5,'LineStyle','-','FaceColor',c_space(i,:),'Curvature',0.5);%draw every rectangle% ? ? end ? ?rec = [t_s,cur_ground-0.25,t_e-t_s,0.5]; ? ?rectangle('Position',rec,'LineWidth',0.5,'LineStyle','-','FaceColor',c_space(i,:),'Curvature',0.5);%draw every rectangle ? ?text(t_s+100,cur_ground,num2str(cur_satellite),'FontWeight','Bold','fontsize',8); ? ?ylim([0,5]) ? ?title(['Satellite' num2str(cur_satellite)])endfigurefor i=1:Global.num_satellite ? ?cur_satellite = bestsol.decs(i); ? ?cur_ground = bestsol.ground_list(i); ? ?ind_window = bestsol.index_window_guance(cur_satellite); ? ?t_s = bestsol.time_start_guance(cur_satellite); ? ?t_e = bestsol.time_end_guance(cur_satellite); ? ?t_s_window = Global.visible_window{cur_satellite,cur_ground}(2*bestsol.index_window_guance(cur_satellite)-1); ? ?t_e_window = Global.visible_window{cur_satellite,cur_ground}(2*bestsol.index_window_guance(cur_satellite)); ? ?if t_s == 0 && t_e ==0 ? ? ? continue; ? ?end ? ?x = [t_s_window,t_e_window,t_e_window,t_s_window]; ? ?y = [cur_ground-0.02,cur_ground-0.02,cur_ground+0.02,cur_ground+0.02]+i/50; ? ?patch(x,y,c_space(i,:),'facealpha',0.5); ? ?x = [t_s,t_e,t_e,t_s]; ? ?y = [cur_ground-0.1,cur_ground-0.1,cur_ground+0.1,cur_ground+0.1]+i/50; ? ?patch(x,y,c_space(i,:),'facealpha',0.8); ? ?text(t_s+50,cur_ground+i/50,num2str(cur_satellite),'FontWeight','Bold','fontsize',16); ? ?ylim([0,5])endfor i=0.5:1:4.5 ? line([min(bestsol.time_start_guance),max(bestsol.time_end_guance)],[i,i],'linestyle','-.') end

3 仿真結(jié)果

4 參考文獻(xiàn)

[1]張露. 基于改進(jìn)遺傳算法求解帶時(shí)間窗車(chē)輛路徑規(guī)劃問(wèn)題[J]. 中國(guó)物流與采購(gòu), 2020(14):4.

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