一种考虑全时段数传的两阶段规划方法

摘要

本发明公开了一种考虑全时段数传的两阶段规划方法，其特征在于实施步骤包括：以规划区间和星地时间同步任务集T作为输入，通过任务规划算法得到星地直接数传任务集合DST；以星地直接数传任务集合DST作为输入，确定每颗卫星的无法直接数传时间段，结合卫星之间的星间路由R，按拓扑周期为每颗卫星的不可视时间段规划中转数传任务，输出中转数传任务集合ZST；根据星地直接数传任务集合DST、中转数传任务集合ZST生成数传规划图。本发明将星地直传和星间中转两阶段综合考虑，解决了在局部布站环境下实现对全球卫星全时段数传的问题，填补了目前导航系统中转规划研究方面的空白，能够满足导航系统的全时段数传需求，解决北斗全球系统星地一体化数传问题。

说明书

技术领域

本发明涉及导航卫星任务规划技术，具体涉及一种考虑全时段数传的两阶段规划方法。

背景技术

卫星数据传输在没有星间链路的北斗导航系统中，对卫星数据的上注和下传只能依赖地面站直接注入和下传，且卫星只能在进入地面站可视范围时才能进行数据传输，增加了数据龄期，降低了全球定位精度。加入星间链路之后，卫星的数传业务变为星地与星间一体化联合数据传输，数传不再受地域和时间的限制，只要星间链路是全联通的，就可以实现对北斗导航卫星的全范围全时段无缝数传，实现“单星通，整网通”的系统建设目标。

由于卫星轨道的动态变化，每颗卫星都有可视时段和不可视时段，因此每颗卫星都会有地面注入时段和卫星中转时段。在星地一体化数传规划过程中，星地直接数传和星间中转数传作为卫星数传的两个阶段，虽然星地直传的输出可作为中转数传的输入，但两个阶段在调度时具有一定的独立性，考虑的约束也不相同，可以认为是两类任务，因此，星地一体化数传规划问题是一类同时兼具两种类型任务的调度问题，如何处理好两类问题的调度使得数据在传输过程中跳数最少，用时最短，提高数据传输的能力和效率，确保数据传输的稳定性，就显得尤为重要。然而现有技术中关于导航系统数据传输的研究主要有两种：针对上行注入任务调度的多目标混合整数规划模型及启发式算法和针对星上数据下传问题的双重时间窗约束模型及禁忌搜索算法，中继卫星系统调度模型也对导航系统的数传调度有一定参考意义。但上述模型及算法都只考虑了基于星地直传中数据上注或下传的一个过程，并没有考虑数据在星间中转的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种将星地直传和星间中转两阶段综合考虑，解决了在局部布站环境下实现对全球卫星全时段数传的问题，填补了目前导航系统中转规划研究方面的空白，能够满足导航系统的全时段数传需求，解决北斗全球系统星地一体化数传问题的考虑全时段数传的两阶段规划方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种考虑全时段数传的两阶段规划方法，实施步骤包括：

1)以规划区间[t_begin,t_end]和星地时间同步任务集T作为输入，其中t_begin表示规划开始时间，t_end表示规划结束时间，通过任务规划算法得到星地直接数传任务集合DST；

2)以星地直接数传任务集合DST作为输入，确定每颗卫星的无法直接数传时间段，然后结合卫星之间的星间路由R，按拓扑周期topoPeriod为每颗卫星的不可视时间段规划中转数传任务，最后输出中转数传任务集合ZST；

3)根据星地直接数传任务集合DST、中转数传任务集合ZST生成数传规划图。

优选地，步骤1)的详细步骤包括：

1.1)设定规划区间[t_begin,t_end]，其中t_begin表示规划开始时间，t_end表示规划结束时间；设定n个星地直传任务集合DST₁～DST_n，分别对应n个节点卫星；设定任务结束时间dEndTime等于规划开始时间t_begin；

1.2)以星地时间同步任务集T作为输入，对于星地时间同步任务集T中的每一个任务t，如果满足时间dEndTime大于等于规划开始时间t_begin且小于规划结束时间t_end，则将任务t加入到星地直传待规划任务集合PT，且如果时间dEndTime大于规划开始时间t_begin则设定规划开始时间t_begin等于时间dEndTime；本实施例中以t表示星地时间同步任务，每一个星地时间同步任务用以下四元组表示：t＝<m,s,start,end>，分别表示<天线，卫星，开始时间，结束时间>；

1.3)对星地直传待规划任务集合PT中的任务按优先级排序；

1.4)依次循环遍历星地直传待规划任务集合PT中的每一个任务pt，从初始化设定的n个星地直传任务集合DST₁～DST_n依次判断任务pt是否可以插入到集合DST_i中，1≤i≤n；如果任务pt可插入到某一集合DST_i，则将任务pt插入集合DST_i并跳转执行1.5)；否则，继续循环遍历星地直传待规划任务集合PT中的下一个任务；

1.5)遍历所有星地直传任务集合DST₁～DST_n，得到每个星地直传任务集合中任务的最大结束时间maxEnd_i，对比得出所有星地直传任务集合DST₁～DST_n的的最大结束时间maxEnd_i的最小值maxEnd，若最小值maxEnd小于等于时间dEndTime，则设定时间dEndTime的值为最小值maxEnd；

1.6)判断时间dEndTime小于规划结束时间t_end是否成立，如果成立则跳转执行步骤1.2)；否则，将所有星地直传任务集合DST₁～DST_n的合集得到星地直接数传任务集合DST。

优选地，步骤1.3)对星地直传待规划任务集合PT中的任务按优先级排序时，首先按照天线优先级排序，天线优先级较高的任务具有较高的优先级，然后按照任务时长排序，同等天线优先级下任务时长越长的任务具有较高的优先级。

优选地，步骤2)的详细步骤包括：

2.1)从卫星集合S中遍历选择一个未规划卫星s，从星地直接数传任务集合DST中得到卫星s的星地直传任务；

2.2)找出规划区间[t_begin,t_end]中卫星s的无法直传时段集合UP＝{up₁,up₂,…,up_i,…}，令时间变量t₁的值为规划开始时间t_begin；判断卫星s的无法直传时段集合UP为空是否成立，若成立则跳转执行步骤2.6)；若不成立，则跳转执行步骤2.3)；

2.3)判断时间变量t₁小于规划结束时间t_end是否成立，若成立，则根据卫星s的无法直传时段集合UP得到卫星s在中转规划时段[t₁,t₁+topoPeriod]内的中转规划时段，其中topoPeriod表示拓扑周期；从星地直接数传任务集合DST中得到在该中转规划时段[t₁,t₁+topoPeriod]内的候选直传任务集合PDST，初始化设定综合优先度集合P＝Φ；否则若不成立，则跳转执行步骤2.6)

2.4)针对候选直传任务集合PDST中每个候选直传任务dst，计算相对卫星s的综合优先度并加入集合P；

2.5)取集合P中综合优先度最低的直传任务所对应的中转任务zst，加入中转数传任务集合ZST，将时间变量t₁在原基础上增加一个拓扑周期topoPeriod，跳转执行步骤2.3)；

2.6)判断卫星集合S中是否仍有未规划卫星，如果仍有未规划卫星，则跳转执行步骤2.1)；否则，输出中转数传任务集合ZST。

优选地，步骤2.4)中计算相对卫星s的综合优先度的详细步骤包括：

2.4.1)计算候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级；

2.4.2)计算候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级；

2.4.3)将候选直传任务dst对应的地面优先级、星间优先级加权求和，得到候选直传任务dst相对卫星s的的综合优先度。

优选地，步骤2.4.1)计算候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，Pri_ant表示候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级，i为排序为第i的地面站天线类型，k₁为地面最大优先级，pq表示地面天线总数量，α为优先级动态调整参数，且α∈(0,1]。

优选地，步骤2.4.2)计算候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级的函数表达式如式(2)所示；

式(2)中，Pri_sat表示候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级，c_i,j表示卫星i到卫星j的星间通信代价，参数w_jump表示跳数代价的权重，ncost_jump和ncost_time表示归一化后的跳数代价和时间代价，k₂与b为星间优先级动态调整参数，k₂与b为是常数。

优选地，卫星i到卫星j的星间通信代价c_i,j的函数表达式如式(3)所示；

c_i,j＝w_jump×ncost_jump+w_time×ncost_time(3)

式(3)中，c_i,j表示卫星i到卫星j的星间通信代价，参数w_jump和w_time分别表示跳数代价的权重和时间代价的权重，w_jump,w_time∈[0,1]，且有w_jump+w_time＝1，ncost_jump和ncost_time表示归一化后的跳数代价和时间代价。

优选地，星间优先级动态调整参数k₂与b的函数表达式如式(4)所示；

式(4)中，k₂与b为待求解的星间优先级动态调整参数，k₁为地面最大优先级，c_min为星间通信代价最小值，c_max为星间通信代价最大值，星间通信代价的取值范围为[c_min，c_max]。

优选地，步骤2.4.3)将候选直传任务dst对应的地面优先级、星间优先级加权求和的函数表达式如式(5)所示；

Pri_dst＝w₁×Pri_ant+w₂×Pri_sat(5)

式(5)中，Pri_dst表示候选直传任务dst相对卫星s的的综合优先度，Pri_ant表示候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级，w₁为Pri_ant的权重，Pri_sat表示候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级，w₂为Pri_sat的权重。

本发明考虑全时段数传的两阶段规划方法具有下述优点：

1、本发明考虑全时段数传的两阶段规划方法将星地直传和星间中转两阶段综合考虑，解决了在局部布站环境下实现对全球卫星全时段数传的问题。

2、本发明两阶段规划方法填补了目前导航系统中转规划研究方面的空白。

3、本发明考虑全时段数传的两阶段规划方法基于星地直传和中转数传规划算法相结合，能够满足导航系统的全时段数传需求，能很好地解决北斗全球系统星地一体化数传问题。

附图说明

图1为本发明实施例方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例考虑全时段数传的两阶段规划方法的实施步骤包括：

1)以规划区间[t_begin,t_end]和星地时间同步任务集T作为输入，其中t_begin表示规划开始时间，t_end表示规划结束时间，通过任务规划算法得到星地直接数传任务集合DST；

2)以星地直接数传任务集合DST作为输入，确定每颗卫星的无法直接数传时间段，然后结合卫星之间的星间路由R，按拓扑周期topoPeriod为每颗卫星的不可视时间段规划中转数传任务，最后输出中转数传任务集合ZST；

3)根据星地直接数传任务集合DST、中转数传任务集合ZST生成数传规划图。

在星地一体化数传规划过程中，星地直接数传和星间中转数传作为卫星数传的两个阶段，在调度时具有一定的独立性，可单独进行规划。本发明提出两阶段规划策略，结合星地直传的结果可作为中转数传的输入，故第一阶段进行星地直传规划，第二阶段进行中转数传规划。本实施例中，步骤1)对应的第一阶段为规划可视卫星的地面直接数传任务。本阶段规划以星地时间同步任务集T作为规划的输入，设计任务规划算法，得到星地直接数传任务集合DST。直传模式通常有两种，即单星数传和多星数传。由于多星数传相比单星数传耗时更少，可靠性更高，因此本发明研究了多星数传模式下的规划算法。在多星数传模式中，同一时刻节点卫星数目为定值n(n>1)，每个时刻的星地直传任务和节点卫星数目不会超过指定的卫星数目，而且卫星数目要小于地面天线数目，否则无法满足。本实施例中以M表示地面天线的集合，M＝{1,…,m,…},集合元素数目为n_m。

本实施例中，步骤1)的详细步骤包括：

1.1)设定规划区间[t_begin,t_end]，其中t_begin表示规划开始时间，t_end表示规划结束时间；设定n个星地直传任务集合DST₁～DST_n，分别对应n个节点卫星；设定任务结束时间dEndTime等于规划开始时间t_begin；本实施例中，定义规划时间段变量名为planHorizon，则有planHorizon＝[t_begin,t_end]；

1.2)以星地时间同步任务集T作为输入，对于星地时间同步任务集T中的每一个任务t，如果满足时间dEndTime大于等于规划开始时间t_begin且小于规划结束时间t^end(t^begin≤dEndTime<t^end)，则将任务t加入到星地直传待规划任务集合PT，且如果时间dEndTime大于规划开始时间t_begin(t^begin<dEndTime)则设定规划开始时间t_begin等于时间dEndTime(t^begin＝dEndTime)；本实施例中以t表示星地时间同步任务，每一个星地时间同步任务用以下四元组表示：t＝<m,s,start,end>，分别表示<天线，卫星，开始时间，结束时间>；

1.3)对星地直传待规划任务集合PT中的任务按优先级排序；

1.4)依次循环遍历星地直传待规划任务集合PT中的每一个任务pt，从初始化设定的n个星地直传任务集合DST₁～DST_n依次判断任务pt是否可以插入到集合DST_i中，1≤i≤n；如果任务pt可插入到某一集合DST_i，则将任务pt插入集合DST_i并跳转执行1.5)；否则，继续循环遍历星地直传待规划任务集合PT中的下一个任务；

1.5)遍历所有星地直传任务集合DST₁～DST_n，得到每个星地直传任务集合中任务的最大结束时间maxEnd_i，对比得出所有星地直传任务集合DST₁～DST_n的的最大结束时间maxEnd_i的最小值maxEnd，若最小值maxEnd小于等于时间dEndTime(maxEnd≤dEndTime)，则设定时间dEndTime的值为最小值maxEnd(dEndTime＝maxEnd)；

1.6)判断时间dEndTime小于规划结束时间t_end(dEndTime<t_end)是否成立，如果成立则跳转执行步骤1.2)；否则，将所有星地直传任务集合DST₁～DST_n的合集得到星地直接数传任务集合DST，即：

步骤1.3)对星地直传待规划任务集合PT中的任务按优先级排序是本实施例考虑全时段数传的两阶段规划方法的核心。本实施例中，步骤1.3)对星地直传待规划任务集合PT中的任务按优先级排序时，首先按照天线优先级排序，天线优先级较高的任务具有较高的优先级，然后按照任务时长排序，同等天线优先级下任务时长越长的任务具有较高的优先级。

本实施例中的第二阶段规划卫星不可视时间段的中转数传任务。本阶段将第一阶段任务规划得到的星地直接数传任务集合DST作为输入，在此基础上得到每颗卫星的无法直接数传时间段，然后结合星间路由R，按拓扑周期topoPeriod为每颗卫星的不可视时间段规划中转数传任务，最后输出中转数传任务集合ZST。

本实施例中以T表示某时段星间拓扑的邻接矩阵，简称星间拓扑，星间路由R是指星间拓扑T对应的星间路由表,R＝{r_i,j|i,j∈S,i≠j}，r_i,j表示卫星i到卫星j的星间路由，时分体制下可以用以下五元组表示：r_i,j＝<i,j,jumps,time,cost>，其中各字段表示的意义如表1所示。

表1：星间路由的字段含义。

星地直接数传任务集合DST中的星地直传任务dst用以下七元组来表示，各字段含义如表2所示。

dst＝<taskType,m,s,ns,start,end,path>

表2：数传任务元素字段含义。

星地直接数传任务集合DST表示为：

其中L_s表示任意卫星s的直接数传任务数，表示卫星s第i个直传任务的任务开始时间，表示卫星s第i个直传任务的任务结束时间，规定

本实施例中，步骤2)的详细步骤包括：

2.1)从卫星集合S中遍历选择一个未规划卫星s，从星地直接数传任务集合DST中得到卫星s的星地直传任务；

本实施例中，定义卫星集合S＝{1,…,s,…}，集合元素数目为n_s。

2.2)找出规划区间[t_begin,t_end]中卫星s的无法直传时段集合UP＝{up₁,up₂,…,up_i,…}，令时间变量t₁的值为规划开始时间t_begin；判断卫星s的无法直传时段集合UP为空是否成立，若成立则跳转执行步骤2.6)；若不成立，则跳转执行步骤2.3)；

2.3)判断时间变量t₁小于规划结束时间t_end是否成立，若成立，则根据卫星s的无法直传时段集合UP得到卫星s在中转规划时段[t₁,t₁+topoPeriod]内的中转规划时段，其中topoPeriod表示拓扑周期；从星地直接数传任务集合DST中得到在该中转规划时段[t₁,t₁+topoPeriod]内的候选直传任务集合PDST，初始化设定综合优先度集合P＝Φ；否则若不成立，则跳转执行步骤2.6)

2.4)针对候选直传任务集合PDST中每个候选直传任务dst，计算相对卫星s的综合优先度并加入集合P；

2.5)取集合P中综合优先度最低的直传任务所对应的中转任务zst，加入中转数传任务集合ZST，将时间变量t₁在原基础上增加一个拓扑周期topoPeriod，跳转执行步骤2.3)；

2.6)判断卫星集合S中是否仍有未规划卫星，如果仍有未规划卫星，则跳转执行步骤2.1)；否则，输出中转数传任务集合ZST。

综合优先度的计算是中转数传任务规划算法的核心。每个规划时段内有多个星地直传任务可作为不可视卫星的候选中转链路，从需求来看，每个星地直传任务的优先级来源于两个方面：该星地直传任务的地面资源偏好和直传任务对应的节点星到不可视卫星的通信代价，以此为基础，分别定义地面优先级和星间优先级，下面分别给出了两类优先级的计算方式，最后给出综合优先级的计算公式。

本实施例中，步骤2.4)中计算相对卫星s的综合优先度的详细步骤包括：

2.4.1)计算候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级；

2.4.2)计算候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级；

2.4.3)将候选直传任务dst对应的地面优先级、星间优先级加权求和，得到候选直传任务dst相对卫星s的的综合优先度。

本实施例中，步骤2.4.1)计算候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，Pri_ant表示候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级，i为排序为第i的地面站天线类型，k₁为地面最大优先级，pq表示地面天线总数量，α为优先级动态调整参数，且α∈(0,1]。

本实施例中以Pri_ant表示候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级，在数传任务中，地面有多个地面站，数传时有不同的偏好和优先级，每个地面站内又有多种类型的天线，不同天线之间也有不同的偏好和优先级，为了便于用户更好地定义优先级，首先将天线分类，同类天线之间优先级相同，用户通过偏好定义每类天线的优先级排序，在此基础上定于每类天线的优先级。天线分类方式如表3所示；

表3：地面天线分类方式。

从上表中可以看出，优先级的级别最多可以分为qp类(由于部分地面站的天线类型数可能少于p，所以最多分为qp类优先级)，用户通过需求和偏好定义qp类优先级的排序方式，体现每个地面站每类天线的数传优先级，然后定义一个参数地面最大优先级k₁，使得所有天线的优先级属于[1，k₁]的区间范围内，定义每类天线的优先级范围如式(1-1)所示；

式(1-1)中，各参数与式(1)相同。定义参数α∈(0,1]表示同一地面站同一天线类型的优先级动态调整参数，用以结合星间优先级对综合优先级的动态调整，则可推导得到步骤2.4.1)计算候选直传任务DST相对卫星s的地面优先级的函数表达式如式(1)所示。

本实施例中，步骤2.4.2)计算候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级的函数表达式如式(2)所示；

式(2)中，Pri_sat表示候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级，c_i,j表示卫星i到卫星j的星间通信代价，参数w_jump表示跳数代价的权重，ncost_jump和ncost_time表示归一化后的跳数代价和时间代价，k₂与b为星间优先级动态调整参数，k₂与b为是常数。

本实施例中，卫星i到卫星j的星间通信代价c_i,j的函数表达式如式(3)所示；

c_i,j＝w_jump×ncost_jump+w_time×ncost_time(3)

式(3)中，c_i,j表示卫星i到卫星j的星间通信代价，参数w_jump和w_time分别表示跳数代价的权重和时间代价的权重，w_jump,w_time∈[0,1]，且有w_jump+w_time＝1，ncost_jump和ncost_time表示归一化后的跳数代价和时间代价。

本实施例中，星间优先级动态调整参数k₂与b的函数表达式如式(4)所示；

式(4)中，k₂与b为待求解的星间优先级动态调整参数，k₁为地面最大优先级，c_min为星间通信代价最小值，c_max为星间通信代价最大值，星间通信代价的取值范围为[c_min，c_max]。

本实施例中以Pri_sat表示候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级，星间优先级与星间通信代价密切相关，通信代价小，优先级越高。在星间数传中，每个不可视星有多个可选择数据中转的节点星，用星间优先级表示卫星与卫星之间的数传评价值，为节点星选择做辅助决策。需要指出的是，数传的两类业务中，由于数据流向的不同，上注业务和下传业务的星间优先级计算方式不同，上注业务星间优先级计算的是节点星到不可视卫星的通信代价，下传业务计算的是不可视卫星到节点星的通信代价。这里只描述星与星之间的星间优先级，不涉及具体业务。

由于时分体制星间链路的动态特性，星间最优路径不仅仅是传统的跳数最少的路径或时延最短的路径，而是综合考虑跳数和时延的路径，分别称之为最少跳数最短时间及最短时间最少跳数下的最优路径。星间通信代价也是综合考虑跳数和时间的总的代价，用cost_jump表示跳数代价，cost_time表示时间代价，由于跳数和时间有不同的取值范围，需要跳数代价和时间代价归一化到同一尺度上，分别用ncost_jump和ncost_time表示归一化后的跳数代价和时间代价，则卫星i到卫星j的星间通信代价可以表示为式(3)；则星间优先级表示为式(2)，式(2)中，k₂与b为星间优先级动态调整参数，是常数，也是用以结合地面优先级对综合优先级进行调整的动态调整参数。为了能准确反映地面优先级和星间优先级权重的组合情况，必须将两者统一到同一尺度，即通过合适的动态调整参数设定使得两类优先级处于同一取值范围，地面优先级的取值范围为[1，k₁]，通过设定合适地参数k₂与b使得星间优先级的取值范围也统一到[1，k₁]，星间通信代价的取值范围为[c_min，c_max]，则有方程组式(4)所示二元一次方程组，通过求解以上二元一次方程组即可求得常数k₂与b的值。

本实施例中，步骤2.4.3)将候选直传任务dst对应的地面优先级、星间优先级加权求和的函数表达式如式(5)所示；

Pri_dst＝w₁×Pri_ant+w₂×Pri_sat(5)

式(5)中，Pri_dst表示候选直传任务dst相对卫星s的的综合优先度，Pri_ant表示候选直传任务dst相对卫星s的地面优先级，w₁为Pri_ant的权重，Pri_sat表示候选直传任务dst相对卫星s的星间优先级，w₂为Pri_sat的权重。

本实施例中，用参数Pri_dst表示星地直传任务dst的综合优先级，Pri_dst是地面优先级和星间优先级综合加权得到的，分别用w₁和w₂表示地面优先级和星间优先级的权重，有w₁,w₂∈[0,1]，且w₁+w₂＝1，权重系数w₁,w₂可采用专家打分法确定。

星地一体化数传依赖于星地时间同步链路和星间拓扑路由，本实施例中利用张忠山等提出的《Evolutionary Algorithms for Many-objective Ground StationScheduling Problem[C]》(The11th International Conference on Bio-inspiredComputing:Theories and Applications(BIC-TA2016),Xi’an,China,2016.)、《Researchon Task Planning Problem of Satellite-Ground Time Synchronization[C]》(The 4thInternational Conference on Applied Mathematics,Computer Simulation,Optimization and Algorithms(AMCSOA 2016),Huhhot,China,2016.)设计的星地时同模型及算法得到星地时间同步链路，利用张忠山等提出的《双层规划求解兼顾测量与通信的星间链路设计》(宇航学报,2016,37(5):576-585.)设计的双层规划算法得到星间拓扑路由。各个实验参数设计如表4所示，卫星星座采用walker星座，地面资源如表5所示，9颗天线共分为6类，并给出了天线优先级排序情况，优先级排序越高，表示用户对其更加偏好。

表4：本实施例的参数设计。

表5：地面资源分组及优先级排序情况。

星地一体化数传规划问题的主要约束如下：

约束1：数传任务的开始时间和结束时间在星地时同任务的时间范围内，数学化描述如下：

满足t^start≤st^start,t^end≥st^end

上式中，ST表示星地一体化数传任务集合，st表示ST中的任意数传任务，t表示星地时间同步任务，T表示星地时间同步任务集合，st^start和st^end分别表示数传任务st的开始、结束时间，t^start和t^end分别表示星地时同任务的开始、结束时间。

约束2：对于星间转发任务，星间转发时段内卫星与节点卫星之间要有路由路径，数学化描述如下：

上式中，st表示星地一体化数传任务集合ST中的任意数传任务，r_s,ns表示卫星s与节点卫星ns之间的路由路径，st_s与表示卫星s的数传任务，st_ns为表示节点星ns的数传任务也就是星地直传任务，R表示星间拓扑T对应的星间路由表；

约束3：每颗卫星的数传任务要全时段覆盖，数学化描述如下：

上式中，s表示卫星集合S中的任意卫星，t_begin表示规划开始时间，t_end表示规划结束时间，表示卫星s的第i个数传任务的结束时间，表示卫星s的第i+1个数传任务的开始时间，表示卫星s的第1个数传任务的开始时间，表示卫星s的第L_s个数传任务的结束时间，L_s表示卫星s的数传任务数。

设集合为卫星s的数传任务集合，且规定定义任务间隔taskInt_i作为任务之间的时间间隔，taskInt_i的计算公式如下：

上式中，taskInt_i为任务之间的时间间隔，表示卫星s的第i个数传任务的开始时间，表示卫星s的第i-1个数传任务的结束时间，表示卫星s的第i个数传任务的结束时间，L_s表示卫星s的数传任务数。

定义totalTaskInt_s作为卫星s的总的无任务时间，则有：

定义totalInt作为所有卫星总的无任务时间，则有：

星地一体化数传的目标就是使得totalInt＝0。

最终，星地一体化传输过程中，本实施例考虑全时段数传的两阶段规划方法得到的规划结果能够满足所有卫星的全时段无缝隙注入，使得所有卫星总的无任务时间totalInt＝0，实现了求解目标。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。