基于多策略启发的大规模空间碎片观测调度方法

本发明属于望远镜空间碎片观测，具体涉及一种基于多策略启发的大规模空间碎片观测调度方法。

背景技术：

1、国家天文台在全国不同地方设有观测站，每个观测站有若干个台望远镜，观测站需要观测在太空飞行的空间碎片，空间碎片数量庞大，但望远镜数量却十分有限，通常一个观测站只有几个望远镜，而每个空间碎片每天能被观测站看到的时间段(简称可见弧段)及其个数是可变的。因此，如何给出有效地调度策略让望远镜能够观测到更多的空间碎片，并且提高望远镜使用效率是个非常有实际意义的课题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供基于多策略启发的大规模空间碎片观测调度方法，其针对大规模空间碎片观测的望远镜调度问题，首先建立了总加权成功观测数量的望远镜调度数学模型；其次在定义即时相邻后继可观测目标和延时相邻后继可观测目标的基础上提出了一种包括时间优先、目标等级优先和模糊时间优先等多策略启发的大规模空间碎片观测调度算法，并对算法正确性和复杂度进行了证明和分析；然后基于所提算法设计了相应的调度系统，实验结果表明，相比天文台传统的调度方法，本发明的调度方法能够让观测的空间碎片个数提高一倍以上。

2、本发明的另一目的在于提供基于多策略启发的大规模空间碎片观测调度方法，对于观测调度算法，首先把那些起始时间小且等级高的可见弧段中的碎片作为望远镜的第一个观测目标。然后通过求解望远镜观测序列当前最后一个目标的即时相邻后继可观测目标集和延时相邻后继可观测目标集，并根据相关策略从这两个集合中选出碎片作为望远镜的下一个观测目标，直到望远镜不再有可观测的空间碎片止。

3、为达到以上目的，本发明提供一种基于多策略启发的大规模空间碎片观测调度方法，对输入的有效可见弧段文件vs和望远镜数目m进行处理，以输出各个望远镜的观测序列，包括以下步骤：

4、步骤s1：根据空间碎片观测调度算法依次确定各个望远镜的第一个观测目标，在有效可见弧段文件vs中找出所有起始时间最小且等级最高的可见弧段作为第一个望远镜的第一个观测目标，观测开始时间为所选中弧段的起始时间，然后删掉该目标在有效可见弧段文件vs的所有可见弧段，直至完成第m个望远镜的第一个观测目标；

5、步骤s2：根据空间碎片观测调度算法依次确定各个望远镜的剩余观测目标，通过求解望远镜观测序列当前最后一个目标的即时相邻后继可观测目标集和延时相邻后继可观测目标集，并根据相关策略从这两个集合中选出碎片作为望远镜的下一个观测目标，直到望远镜不再有可观测的空间碎片止。

6、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，对步骤s1的直至完成第m个望远镜的第一个观测目标具体实施为以下步骤(即依次确定第2个到第m个望远镜的第一个观测目标)：

7、步骤s1.1：i←2；

8、步骤s1.2：若i>m则转至步骤s2，否则转至步骤s1.3；

9、步骤s1.3：计算第i－1个望远镜第一个观测目标n的最早结束时间ls且ls←sn+90；

10、步骤s1.4：找出有效可见弧段文件vs中所有起始时间大于ls的可见弧段，以构成可见弧段集nsi；

11、步骤s1.5：在nsi中找出所有起始时间最小且等级最高的可见弧段作为第i个望远镜的第一个观测目标，观测开始时间为所选中弧段的起始时间，然后删掉该目标在有效可见弧段文件vs的所有可见弧段；

12、步骤s1.6：i←i+1，并且转至步骤s1.2。

13、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2具体实施为以下步骤：

14、步骤s2.1：若还有空间碎片被安排观测且尚有望远镜可安排观测，则转至步骤s2.2，否则表示观测调度算法结束；

15、步骤s2.2：求解各个望远镜当前最后一个观测目标n的所有即时相邻后继可观测目标和延时相邻后继可观测目标，并且分别存放在fo1和fo2集合；

16、步骤s2.3：从fo1中选出最高等级的即时相邻后继可观测目标分配给望远镜；

17、步骤s2.4：从fo2中选出最优延时相邻后继可观测目标；

18、步骤s2.5：把fo2中选出的最优延时相邻后继可观测目标分配给相关望远镜。

19、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2.3具体实施为以下步骤：

20、步骤s2.3.1：i←1；

21、步骤s2.3.2：若i>m则转至步骤s2.4，否则转至步骤s2.3.3；

22、步骤s2.3.3：flagi←1；

23、步骤s2.3.4：若第i个望远镜的fo1和fo2均为空集，即无相邻后继可观测目标，则标记第i个望远镜为不可安排观测，flagi←2且转至步骤s2.3.6，否则转至步骤s2.3.5；

24、步骤s2.3.5：若第i个望远镜的fo1为空，则转至步骤s2.3.6，否则从fo1中选择最高等级的目标作为该望远镜的下一个观测目标，同时把该目标所有可见弧段从vs及其它望远镜的fo1和fo2中删掉，然后把第i个望远镜之前最后观测目标n的观测时长设为90且flagi←0；

25、步骤s2.3.6：i←i+1，并且转至步骤s2.3.2。

26、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2.4具体实施为以下步骤：

27、步骤s2.4.1：i←1；

28、步骤s2.4.2：若i>m则转至步骤s2.5，否则转至步骤s2.4.3；

29、步骤s2.4.3：若flagi＝1，则根据上述所给策略采取从第i个望远镜的fo2中选出最优延时相邻后继可观测目标fo2-besti；

30、步骤s2.4.4：i←i+1，并且转至步骤s2.4.2。

31、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2.5具体实施为以下步骤：

32、步骤s2.5.1：若不存在i使得flagi＝1，则转至步骤s2.1，否则转至步骤s2.5.2；

33、步骤s2.5.2：若flagi＝1，则按如下方法找出相同最优延时相邻后继可观测目标集samebesti，其中：

34、步骤s2.5.2.1：samebesti←{i}；

35、步骤s2.5.2.2：对于任意望远镜j(j≠i)，若fo2-bestj等于fo2-besti则sambesti∪{j}；

36、步骤s2.5.3：i←1；

37、步骤s2.5.4：若i>m则转至步骤s2.5.1，否则转至步骤s2.5.5；

38、步骤s2.5.5：若flagi＝1且sambesti只有一个元素，则把fo2-besti作为第i个望远镜的下一个观测目标，同时把该目标所有可见弧段从vs及其它望远镜的fo2中删掉且flagi←0，然后该望远镜当前最后观测目标n的观测时长pn按如下公式计算：

39、

40、其中，l为fo2-besti相应可见弧段的起始时间；

41、步骤s2.5.6：若flagi＝1且samebesti有两个以上元素，则从samebesti中找到满足当前最后观测目标n的最早可结束时间(即sn+90)fo2-besti对应可见弧段起始时间距离最近的望远镜k，把fo2-besti作为望远镜k的下一个观测目标，同时把该目标所有可见弧段从vs及其它望远镜的fo2中删掉且flagi←0，然后该望远镜当前最后观测目标n的观测时长pn按如下公式计算：

42、

43、其中，l为fo2-besti相应可见弧段的起始时间；

44、步骤s2.5.7：更新各个望远镜的samebest集合；

45、步骤s2.5.8：i←i+1，并且转至步骤s2.5.4。

46、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1之前还包括：

47、步骤s0：建立望远镜观测调度数学模型，模型如下：

48、

49、

50、其中，n∈{1，...，n}，q∈{1，...，n}，n≠q，ln∈{1，…，r}，m∈{1，...，m}；

51、约束条件(a)、(b)、(c)表示所有望远镜同一时间只能观测一个空间碎片而且后面观测碎片的开始时间不能早于前一个碎片观测的结束时间，其中为0，1辅助变量，表示为：

52、

53、其中，y为一个大正数，对于约束(a)，如果zn，q＝0，zq，n＝1，则该约束失去限制性，对于约束(b)如果zq，n＝0，zn，q＝1，则该约束失去限制性；

54、约束条件(d)表示每一个空间碎片最多只能分配一个望远镜；

55、约束条件(e)表示每一个空间碎片最多只能在一个可见弧段观测；

56、约束条件(f)表示每一个空间碎片所分配的可见弧段终止时间；

57、约束条件(g)表示空间碎片n的观测结束时间cn的值，其中δ(i)为一个正负判断函数，表示为：

58、

59、约束条件(h)表示目标n的观测时间pn的值；

60、约束条件(i)表示观测结果kn的值；

61、约束条件(j)表示每一个空间碎片所分配的可见弧段起始时间；

62、约束条件(k)表示观测开始时间要大于等于目标可以被观测的起始始时间；

63、约束条件(l)，(m)表示xn，m，yn，j，zn，q，zq，n，kn为0，1变量；

64、求解最优调度策略：(n)使总加权成功观测数量最大。

65、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，获得望远镜观测调度数学模型后，在定义即时相邻后继可观测目标和延时相邻后继可观测目标的基础上获得包括时间优先、目标等级优先和模糊时间优先等多策略启发的大规模空间碎片观测调度算法。

66、为达到以上目的，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于多策略启发的大规模空间碎片观测调度方法的步骤。

67、为达到以上目的，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述基于多策略启发的大规模空间碎片观测调度方法的步骤。