一种用于低轨卫星监测的调度系统及调度方法

摘要

本公开提供了一种用于低轨卫星监测的调度系统及调度方法，其中，调度系统包括任务模块，用于基于接收到的采集信息确定待监测目标；基于待监测目标的属性信息生成监测任务，将监测任务发送给设备模块；设备模块，用于调度监测设备执行监测任务。本公开基于采集信息实时生成监测任务，并调度监测设备执行监测任务，能够在提高监测设备的调度效率的同时，确保监测设备调度的合理性，进而能够全面、有效地监测待监测目标，避免资源浪费。

说明书

技术领域

本公开涉及卫星监测技术领域，具体而言，涉及一种用于低轨卫星监测的调度系统及调度方法。

背景技术

低轨卫星以其星座和信号的独特优势，逐步受到世界卫星导航领域的关注和青睐，例如可以增强卫星导航信号，作为GNSS(全球卫星导航系统)的增强与补充；也可以通过通信系统和导航系统融合，播发独立测距信号，形成备份的定位导航能力。

低轨卫星在运行中，需要实时监测其各维度的状态以确保其能够正常运行或及时发现问题并解决。由于低轨卫星的运行环境具有高速运动、空间广域分布以及时空跨度大等特点，并且空间目标监测具有环境复杂性、高度动态性、随机性等特点，因此，需要较多的监测设备彼此协同，相互接力才能完成对低轨卫星的全程持续跟踪。

因此，如何有效地调度监测设备完成对低轨卫星的监测成为目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提供一种用于低轨卫星监测的调度系统及调度方法，能够在提高监测设备的调度效率的同时，确保监测设备调度的合理性，进而能够全面、有效地监测待监测目标，避免资源浪费。

第一方面，本公开提供了一种用于低轨卫星监测的调度系统，其中，包括：

任务模块，用于基于接收到的采集信息确定待监测目标；基于所述待监测目标的属性信息生成监测任务，将所述监测任务发送给设备模块；

所述设备模块，用于调度监测设备执行所述监测任务。

在一种可能的实施方式中，在所述监测任务为多个的情况下，所述任务模块具体用于：

根据所述待监测目标的属性信息确定初始任务；

基于所述初始任务的难度等级、优先等级以及当前监测设备的使用状态，按照分解策略将所述初始任务分解为多个所述监测任务。

在一种可能的实施方式中，每个所述监测任务对应有不同的执行顺序；所述任务模块还具体用于：

按照所述执行顺序将所述监测任务发送给设备模块。

在一种可能的实施方式中，所述采集信息包括以下中的至少一种：

所述待监测目标的姿态信息、所述待监测目标的位置信息以及所述待监测目标的速度信息。

在一种可能的实施方式中，所述设备模块具体用于：

利用调度算法对所述监测任务进行计算，得到调度方案；其中，所述调度方案包括每个所述监测任务在监测时段对应的监测设备；

按照所述调度方案调度所述监测设备执行所述监测任务。

在一种可能的实施方式中，所述设备模块还用于：

在预设时间段内确定所述监测任务的完成状态；

在所述监测任务处于执行失败的情况下：

控制执行该监测任务的监测设备重新执行所述监测任务；或

调度除执行该监测任务的监测设备之外的其他监测设备执行所述监测任务；或

针对该监测任务，利用所述调度算法重新计算，得到新的调度方案，按照所述新的调度方案调度所述监测设备执行该监测任务。

在一种可能的实施方式中，在所述监测任务处于执行成功的情况下，所述设备模块还用于：

将所述监测任务消除。

第二方面，本公开还提供了一种用于低轨卫星监测的调度方法，其应用于上述任一调度系统，该调度方法包括：

基于接收到的采集信息确定待监测目标；基于所述待监测目标的属性信息生成监测任务；

调度监测设备执行所述监测任务。

在一种可能的实施方式中，所述调度监测设备执行所述监测任务，包括：

利用调度算法对所述监测任务进行计算，得到调度方案；其中，所述调度方案包括每个所述监测任务在监测时段对应的监测设备；

按照所述调度方案调度所述监测设备执行所述监测任务。

在一种可能的实施方式中，调度方法还包括：

在预设时间段内确定所述监测任务的完成状态；

在所述监测任务处于执行失败的情况下：

控制执行该监测任务的监测设备重新执行所述监测任务；或

调度除执行该监测任务的监测设备之外的其他监测设备执行所述监测任务；或

针对该监测任务，利用所述调度算法重新计算，得到新的调度方案，按照所述新的调度方案调度所述监测设备执行该监测任务。

本公开基于采集信息实时生成监测任务，并调度监测设备执行监测任务，能够在提高监测设备的调度效率的同时，确保监测设备调度的合理性，进而能够全面、有效地监测待监测目标，避免资源浪费。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本公开所提供的一种调度系统的结构示意图；

图2示出了本公开所提供的适应度函数收敛曲线图；

图3示出了本公开所提供的一种调度方法的流程图；

图4示出了本公开所提供的一种调度方法中基于所述待监测目标的属性信息生成监测任务的流程图；

图5示出了本公开所提供的一种调度方法中调度监测设备执行所述监测任务的流程图；

图6示出了本公开所提供的另一种调度方法的流程图。

具体实施方式

为了使得本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开的附图，对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本公开的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

本公开第一方面提供了一种用于低轨卫星监测的调度系统，图1示出了该调度系统的结构示意图，具体包括任务模块11和设备模块12，任务模块11和设备模块12之间可以设置为无线通信和/或有线通信。

在实际应用中，地基系统和/或天基系统实时采集低轨轨道上的信息，其中，地基监测手段包括海上浮漂气象观测站、太阳辐射观测站等；天基监测手段包括极轨卫星、静止卫星、空间站观测等。地基系统和/或天基系统在获取到低轨轨道的采集信息之后，将采集信息传输给任务模块11，其中，地基系统、天基系统与任务模块11均建立有通信连接。

进一步地，任务模块11基于接收到的采集信息确定待监测目标，并基于待监测目标的属性信息生成监测任务，将监测任务发送给设备模块12；设备模块12在接收到监测任务之后，调度监测设备执行监测任务。

具体地，采集信息包括以下中的至少一种：待监测目标的姿态信息、待监测目标的位置信息以及待监测目标的速度信息。基于待监测目标的姿态信息、位置信息以及速度信息以及预先设定的运行信息确定待监测目标，也即需要监测的低轨卫星；其中，运行信息包括低轨卫星在特定时刻所处的位置、在该位置的运行速度等。

在确定待监测目标的同时能够确定待监测目标的属性信息，该属性信息可以包括待检测目标的身份信息、型号、用途、运行时长等。进一步地，任务模块11基于待监测目标的属性信息生成监测任务；为了确保待监测目标的运行状态，监测任务通常为多个。在监测任务为多个的情况下，任务模块11根据待监测目标的属性信息确定初始任务；例如，预先设置了针对每个待监测目标的监测项，针对监测项生成初始任务；还可以是预先针对每个待监测目标创建了初始任务等，本公开实施例对此不做具体限定。其中，初始任务可以为一个，也可以为多个。

在确定初始任务之后，基于初始任务的难度等级、优先等级以及当前监测设备的使用状态，按照分解策略将初始任务分解为多个监测任务。其中，初始任务的难度等级、优先等级为预先设定的，当前监测设备的使用状态可以随时基于设备模块12来获取，例如，任务模块11生成获取指令并发送给设备模块12，该获取指令指示获取监测设备的使用状态；设备模块12在接收到该获取指令之后响应该获取指令，将监测设备的使用状态反馈给任务模块11。

这里，分解策略可以为一个分解模型，其预先利用大量的样本数据进行训练，使得该分解模型的分解结果更加合理，例如，将执行难度相近的监测任务作为一个层级，将执行类型相近的监测任务作为一个层级等，进而使得监测设备在执行监测任务的过程中效率较高。当然，本公开实施例并不限定于此，也可以通过其他分解方式来将初始任务分解为多个监测任务。

在具体实施中，监测任务较多的情况下，将多个监测任务设置对应的执行顺序，例如，按照低轨卫星的运行轨迹确定每个监测任务的执行顺序。此时，任务模块11则按照该执行顺序将监测任务发送给设备模块12，以使设备模块12按照该执行顺序执行监测任务。

具体地，设备模块12在接收到监测任务之后，利用调度算法对监测任务进行计算，得到调度方案；其中，调度方案包括每个监测任务在监测时段对应的监测设备。

具体地，预先对每个监测设备进行编码，例如有N

之后，建立目标决策函数。这里，目标决策函数的主要目标是使各监测设备承担的监测任务基本均等，并且监测设备在执行监测任务时处于低功率状态以节省能源，同时确保对低轨道的所有待监测目标的监测任务全部完成，从而实现监测任务效益最大化。

本公开实施例定义目标决策函数为表示为公式(1)。

min(fitness)＝α

其中，α

其中，本公开实施例的调度系统至少满足以下监测条件：一个监测设备的一个状态在某一个可观测时段只能监测一个待监测目标；当其他监测设备发现待监测目标后可以通过波束指向引导使得当前检测设备迅速发现目标增加可观测时间从而提升当前监测设备的监测状态；确保各个监测设备的总负担基本相同；当前监测设备的状态与待监测目标所处的环境关联因子的综合应满足探测要求。

进一步地，构建初始化的监测设备及监测设备群，包括监测设备的初始化位置及进化速度，设置个体最优值为初始化位置，全局最优值为监测设备群中个体最优值的最优值。之后，计算进化中每个监测设备的初始化位置在约束条件下的适应度函数值，进而计算个体最优值和全局最优值，具体为检测监测设备当前的适应度函数的计算值，如果比个体最优值小，就用该值更新个体最优值，如果该监测设备的个体最优值比全局最优值小，则用该值更新全局最优值。在监测过程中，实时对监测设备的当前位置和当前速度进行更新，具体地用公式(2)和(3)进行更新。

其中，k表示迭代的代数，v

在计算得到调度方案之后，按照调度方案调度监测设备执行监测任务。

这里，基于本公开实施例的调度系统，进行了调度仿真，具体如下：用于监测待监测目标的监测设备共有4个且为雷达，每个雷达可实现9个观测状态(以等效发射功率因子Power＝(-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4)代替，每个雷达共分有8个有效观测时段；需监测的目标共有8个(随机分配在8个时段)，在仿真中设置了9个等级来区分待监测目标的反射强度，目标关联因子简化为(-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4)，随机设置各待监测目标对雷达的关联因子，设置监测设备群规模设为50，迭代次数400。

假定简化的待监测目标与监视雷达的关联因子关系数据如表1所示，表示为待监测目标相对雷达监测的信号反射等效相对强度数据。

表1

假定待监测目标相对各雷达出现的可检测时段如表2所示，在仿真中设置了8个可检测时段。

表2

针对上述目标与雷达状况，采用监测设备群算法求解目标决策方案，监测设备群规模设为50，迭代次数400，则计算所得到的最优粒子编码如表3，适应度函数收敛曲线如图2。

表3

从表3中可以看出，本公开实施例提供的调度系统可以在各监视设备的监测任务均衡的前提下，实现总能耗达较小，在提高监测设备的调度效率的同时，确保监测设备调度的合理性，进而能够全面、有效地监测待监测目标，避免资源浪费。

进一步地，设备模块12还可以在预设时间段内确定监测任务的完成状态，若确定监测任务执行失败，则可以控制执行该监测任务的监测设备重新执行监测任务；还可以调度除执行该监测任务的监测设备之外的其他监测设备执行监测任务；还可以针对该监测任务，利用调度算法重新计算，得到新的调度方案，按照新的调度方案调度监测设备执行该监测任务。若确定监测任务处于执行成功，则将监测任务消除。

基于同一发明构思，本公开的第二方面还提供了一种应用于调度系统的调度方法，由于本公开中的装置解决问题的原理与本公开上述调度系统相似，因此调度方法的实施可以参见调度系统的实施，重复之处不再赘述。

参见图3所示，调度方法包括：

S301，基于接收到的采集信息确定待监测目标；基于所述待监测目标的属性信息生成监测任务；

S302，调度监测设备执行所述监测任务。

在又一实施例中，图4示出了基于所述待监测目标的属性信息生成监测任务的方法流程图，包括：

S401，根据所述待监测目标的属性信息确定初始任务；

S402，基于所述初始任务的难度等级、优先等级以及当前监测设备的使用状态，按照分解策略将所述初始任务分解为多个所述监测任务。

在又一实施例中，图5示出了调度监测设备执行所述监测任务的方法流程图，包括：

S501，利用调度算法对所述监测任务进行计算，得到调度方案；其中，所述调度方案包括每个所述监测任务在监测时段对应的监测设备；

S502，按照所述调度方案调度所述监测设备执行所述监测任务。

在又一实施例中，图6示出了另一种调度方法的方法流程图，包括：

S601，在预设时间段内确定所述监测任务的完成状态；

S602，控制执行该监测任务的监测设备重新执行所述监测任务；或

S603，调度除执行该监测任务的监测设备之外的其他监测设备执行所述监测任务；或

S604，针对该监测任务，利用所述调度算法重新计算，得到新的调度方案，按照所述新的调度方案调度所述监测设备执行该监测任务。

本公开实施例基于采集信息实时生成监测任务，并调度监测设备执行监测任务，能够在提高监测设备的调度效率的同时，确保监测设备调度的合理性，进而能够全面、有效地监测待监测目标，避免资源浪费。

在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如HTTP(HyperTextTransferProtocol，超文本传输协议)之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，ad hoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。

上述存储介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

上述存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取至少两个网际协议地址；向节点评价设备发送包括至少两个网际协议地址的节点评价请求，其中，节点评价设备从至少两个网际协议地址中，选取网际协议地址并返回；接收节点评价设备返回的网际协议地址；其中，所获取的网际协议地址指示内容分发网络中的边缘节点。

或者，上述存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：接收包括至少两个网际协议地址的节点评价请求；从至少两个网际协议地址中，选取网际协议地址；返回选取出的网际协议地址；其中，接收到的网际协议地址指示内容分发网络中的边缘节点。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

需要说明的是，本公开上述的存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何存储介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等等。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本邻域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本邻域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围之内。