卫星数传接收规划模型与算法研究

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1、第２２卷第６期运筹与管理Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．６２０１３年１２月ＯＰＥＲＡＴＩＯＮＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＳＣＩＥＮＣＥＤｅｃ．２０１３卫星数传接收规划模型与算法研究１２，１１姜维，　庞秀丽，　李丽欣（１．哈尔滨工业大学管理学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．黑龙江大学经济与工商管理学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要：作为对地观测卫星任务执行的两个重要阶段之一，数传接收的规划任务是一个具有多时间窗口、多优化目标和多资源约束的ＮＰ-Ｈａｒｄ优化问题。中继星的引入为数据全天候近实时传输提供可能，同时也为数传规划提

2、出新的问题。本文主要完成两项工作：第一，建立风险控制的卫星数传接收规划模型；第二，阐述基于遗传禁忌的模型求解方法，进一步采用分布式并行求解策略，改善了求解算法的收敛速度和鲁棒性。最后，通过ＳＴＫ提供基础仿真数据，验证了本文规划模型和求解算法的有效性。关键词：卫星数传规划模型；规划求解算法；风险控制方法；分布式并行求解中图分类号：Ｖ４７４．２；ＴＰ３１９　　　文章标识码：Ａ文章编号：１００７-３２２１（２０１３）０６-００１１-１０TheSchedulingModelandSolvingAlgorithmoftheSatellit

3、eDataReceiving１２，１１ＪＩＡＮＧＷｅｉ，ＰＡＮＧＸｉｕ-ｌｉ，ＬＩＬｉ-ｘｉｎ（１．SchoolofManagement，HarbinInstituteofTechnology，Harbin１５０００１，China；２．SchoolofEconomicandBusinessManagement，HeilongjiangUniversity，Harbin１５００８０，China）Abstract：Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｒｅｃｅｉｖｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｔｗｏｉｍｐｏｒｔａｎｔｓ

4、ｔａｇｅｓｏｎｅａｒｔｈｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｅｘｅｃｕｔｉｎｇｔｈｅｔａｓｋｓｏｆｕｓｅｒｓ，ａｎｄｉｔｉｓａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｗｉｔｈｍｕｌｔｉ-ｔｉｍｅｗｉｎｄｏｗｓａｎｄｍｕｌｔｉ-ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｓ．Ａｓｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｌａｙｓａｔｅｌｌｉｔｅｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｔｈａｔｔｈｅｄａｔａｃａｎｔｒａｎｓｍｉｔａｌｌ-ｗｅａｔｈｅｒａｎｄｒｅａｌ-ｔｉ

5、ｍｅ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｓｅｔｗｏｊｏｂｓａｂｏｕｔｔｈｅｄａｔａｒｅｌａｙｄａｔａｒｅｌａｙｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｗｅｓｅｔａｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｒｉｓｋｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｏｄｅｌ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｗｅｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅＴａｂｕＳｅａｒｃｈａｎｄＧｅｎｅＡｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｗｅａｄｏｐｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｖ

6、ｅｒｇｅｎｃｅｒａｔｅａｎｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｉｍ-ｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｖａｌｉｄａｔｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｏｄｅｌ．Keywords：ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒ；ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｒｉｓｋｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔｉｎｇ０　引言对地观测卫星利

7、用可见光、ＳＡＲ等星载传感器，获取地面目标的图像或信号等信息，并将这些观测数据传回地面站。卫星数传设备除观测卫星外，主要包括常规地面站、机动站、极地站以及中继接收系统。数传规划任务是指为满足较多的数传任务需求、按预设的优化目标对卫星及数据接收资源进行规划，确定数传的起始时间、持续时间、观测卫星及地面站接天线等数传设备的动作参数。［１，２］［３］现有的规划模型大致可分为约束满足模型、启发式模型、整数规划模型等。Ｒｏｊａｎａｓｏｏｎｔｈｏｎ研究了两个时间窗口约束的中继卫星多址链路调度问题，建立了一个基于混合整数规划的中继卫星调度模型

8、，并应用分支-定界算法求解。该模型考虑了任务的优先级，其调度的优化目标是在规划的时间段内，分配收稿日期：２０１２-１２-２８基金项目：国家自然科学基金项目（７１２７１０６６，７１２０２１６８）；中央高校基本科研业务费专项资金（ＨＩＴ．ＮＳＲＩＦ．２０１００８３）