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主办:中国优选法统筹法与经济数学研究会
   中国科学院科技战略咨询研究院

中国管理科学 ›› 2023, Vol. 31 ›› Issue (2): 73-83.doi: 10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2020.0150

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基于极大团模型的多星多站测控资源调度方法研究

胡雪君1, 王建江2, 孙清3, 白剑3, 韩雪3   

  1. 1.湖南大学工商管理学院,湖南 长沙410082; 2.国防科技大学系统工程学院,湖南 长沙410073;3.西安卫星测控中心,陕西 西安710043
  • 收稿日期:2020-02-04 修回日期:2020-10-15 出版日期:2023-02-20 发布日期:2023-02-28
  • 通讯作者: 王建江(1986-),男(汉族),新疆乌鲁木齐人,国防科技大学系统工程学院副教授,博士,研究方向:卫星资源规划调度、组合优化,Email:jianjiangwang@nudt.edu.cn. E-mail:jianjiangwang@nudt.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(71801218,72071075,71701067);湖南省自然科学基金资助项目(2020JJ4672,2019JJ50039);湖南省科技创新计划资助项目(2022RC1241)

Research on TT&C Scheduling Methods of Multi-satellites and Multi-stations Based on Maximal Cliques

HU Xue-jun1, WANG Jian-jiang2, SUN Qing3, BAI Jian3, HAN Xue3   

  1. 1. Business School, Hunan University, Changsha 410082, China;2. College of Systems Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China;3. China Xi’an Satellite Control Center, Xi'an 710043, China
  • Received:2020-02-04 Revised:2020-10-15 Online:2023-02-20 Published:2023-02-28
  • Contact: 王建江 E-mail:jianjiangwang@nudt.edu.cn

摘要: 针对实际应用中大量卫星测控需求不能得到满足这一瓶颈问题,为缓解地面站测控资源有限与不断增长的测控需求数量之间的矛盾,研究多星多站测控调度问题。考虑卫星-地面站可见测控弧段间的冲突及地面测控设备转换时间约束,同时考虑同一测控设备上可能存在多个满足需求的测控弧段,以测控需求是否分配到某一测控弧段为决策变量,建立了多星多站测控调度0-1整数规划模型。针对传统0-1整数规划模型约束众多、规模庞大、难以求解的不足,本文提出了测控弧段区间图描述,基于区间图描述构建了测控调度极大团模型,大幅减少了约束数量,有效提高问题求解效率。为了获取区间图的所有极大团,设计了一个多项式时间(O(nlogn))的极大团获取算法,并从理论上证明了算法的复杂度和最优性。此外,针对存在升降轨特定类型测控数量要求的调度问题,本文对极大团模型进行了拓展,建立了相应的线性整数规划模型。实验结果表明,对于满足实际应用需求的周计划调度问题(测控需求数量≥9000),极大团模型能够在数分钟内得到单次测控需求调度问题最优解。对于多次测控需求调度问题,拓展的极大团模型也能高效求解,得到问题最优解或近似最优解,满足实际应用需求。相对于目前调度系统实际采用的启发式方法,本文算法能够大幅提高测控任务调度成功率。

关键词: 多星多站测控;调度方法;整数规划;极大团模型;极大团算法;最优性

Abstract: TT&C scheduling of satellites refers to the allocation of limited TT&C resources to satisfy a large number of tracking, telemetry and remote-control requests. With the development of space technology, satellites are widely used in remote sensing, navigation, communication, mapping and other fields. The TT&C demands of satellites are increasing continuously, and the scarce TT&C resources become more and more valuable. In order to alleviate the contradictions between the limited resources of ground stations and the increasing TT&C demands, the multi-satellite and multi-station scheduling problem is studied.

Key words: multi-satellite and multi-station TT&C; scheduling methods; integer programming; maximal cliques; an algorithm for maximal clique enumeration; optimization

中图分类号: