基于DCSOP的低轨卫星测控数传资源动态调度模型研究

针对低轨卫星测控数传资源动态调度问题，提出了一种基于动态约束满足优化问题(DCSOP)的动态调度模型。通过分析多星测控数传资源调度的原理和特点，对相关概念进行了定义及规范，实现了对象和调度过程的建模。本文在静态调度模型基础上，进一步针对设备失效情形提出了动态调度模型，该模型同时考虑了不引入新资源和引入新资源两种情形，使动态调度模型结果是对静态调度模型的一种递推修正。

航天测控优化调度是一个涉及多种测控资源、多种航天器、多种测控需求类型、多种约束类型的组合最优化问题。目前，应用于航天测控优化调度及相关调度问题的模型主要有：数学规划模型、约束满足问题模型、Petri 网模型、Agent 模型、基于图论的模型等。

混合整数规划模型最早用于航天测控优化调度领域，美国空军卫星测控网(AFSCN)是美国空军用于卫星与地面站通信的网络，包括100 多颗卫星和16 个接收天线。20 世纪80 年代，为了应对AFSCN 出现的资源不足和测控需求增加之间的矛盾， 由IBM 公司的Arbabi [1]博士领导的研究小组在1981 至1984年间，提出了航天测控优化调度问题并采用混合整数规划模型对其进行了研究，模型以测控任务是否在远程跟踪站(Remote Tracking Station, RTS)上的任意时间窗口中调度为决策变量，以最大化成功调度测控任务的收益值之和为目标函数，并应用调度人员人工排序时使用的启发式规则对模型进行求解。

Arbabi 的混合整数规划模型最多只能在合理时间内处理50 个以内的测控任务， 为了满足求解更大规模航天测控优化调度问题的需要，1992 年，美国空军技术学院(AFIT)的Gooley [2] [3]对AFSCN 中的各种轨道卫星的调度问题进行了研究。在研究低轨卫星调度问题时，建立了该问题的混合整数规划模型。

该模型按某地面站天线是否分配给某卫星需求定义了0-1 决策变量，以某地面站天线分配给某卫星需求后的开始服务时间定义了一个连续决策变量，以被调度的测控任务数量最大作为目标函数。同时考虑了多类约束，采用整数规划算法对低轨卫星调度模型进行求解。

国内方面，吴斌[4]基于测控操作的一般原则，用整数规划模型对测控资源最优调度进行了描述。贺仁杰[5]在研究侦察卫星对点目标的任务规划问题时， 将多星调度问题视为具有时间窗口的多机调度问题， 建立了混合整数规划模型。刘洋等[6]研究了单天线地面站任务调度问题，将地面站天线与卫星的通信视为任务，考虑任务权重和地面站天线转换时间，以最大化完成任务权重之和为目标，建立了整数规划模型。金光[7]针对航天测控优化调度问题提出了一种非线性泛函模型，以规定时段内所有地面站稳定跟踪服务总时间为衡量调度结果的目标函数。常飞[8]深入研究了卫星地面站数传资源配置优化模型与算法， 设计了基于元模型的地面站数传资源配置方案优化框架，构建了地面站数传资源配置方案与其数传能力之间映射关系的元模型，并在此基础上进行地面站资源配置优化。从以上研究现状可以看出，目前国内