中继卫星调度问题的CSP模型.pdf

国防科技大学学报
第27卷第2期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.27No.22005

文章编号:1001-2486(2005)02-0006-05

中继卫星调度问题的CSP模型

方炎申,陈英武,顾中舜
(国防科技大学信息系统与管理学院,湖南长沙410073)

摘要:中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能直视中、低轨道用户航天器,又能直视地面站,是沟
通用户航天器与地面站的桥梁。中继卫星调度问题是一类非常重要的调度问题。基于约束满足理论,通过
分析中继卫星调度问题的特点与约束条件,建立了中继卫星调度问题的CSP模型。利用卫星工具箱STK进
行模拟仿真,对CSP模型进行了求解。结果表明,所建立的CSP模型是合理的。
关键词:跟踪与数据中继卫星系统;活动;资源;约束满足问题;STK
中图分类号:C93文献标识码:A

CSPModeloftheRelaySatelliteScheduling

FANGYan-shen,CHENYing-wu,GUZhong-shun
(CollegeofInformationSystemandManagement,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China)
Abstract:Therelaysatellite,circulatingontheGEO(GeographicEarthOrbit),canviewtheuserspacecraftontheLEO(Low
EarthOrbit)andtheMEO(MiddleEarthOrbit)directlyaswell,andviewthegroundstationdirectly.Therelaysatellitecanbeseen
asthebridgebetweentheuserspacecraftsandthegroundstation.TheschedulingproblemwithinTDRSS(TrackingandDataRelayS
atelliteSystem)isaveryimportantproblem.Itanalysesthecharacteristicsandtheconstraintsoftherelaysatellitescheduling,andthen
buildstheCSP(ConstraintsSatisfactionProblem)modeloftheproblembasedonCSPtheory.TheCSPmodelissolvedwithSTK
(SatelliteToolKits)andsimulationmethod.ComputationalexperimentsindicatethattheperformanceoftheCSPmodelisquitegood.
Keywords:trackinganddatarelaysatellitesystem;job;machine;constraintssatisfactionproblem;satellitetoolkits

20世纪80年代以来,以美国为代表的许多国家竞相发展以中继卫星系统为核心的航天通信测控
网,即航天通信测控天基网。与以地球站组网为主的地基网相比,航天通信测控天基网具有许多优点,
例如两颗中继卫星经过适当的组网,可以基本覆盖整个中、低轨道航天器。因此,由几颗中继卫星和一
个地面测控终端站就可组成天基跟踪与通信系统,从而解决全轨道跟踪多个航天器和高速数据传输的
问题。目前世界上航天技术先进的国家,都十分重视发展中继卫星系统。
跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS,TrackingandDataRelaySatelliteSystem)是为中、低轨道的航天器
与航天器之间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨道测控服务的系统[1,2]。中继卫星系
统的链路分为前向链路与返回链路[3]。前向链路指地面站经数据中继卫星转发信号,向用户航天器
(包括成像侦察卫星、航天飞机与载人飞船等)发送跟踪、遥测与控制指令。返回链路指用户航天器经
数据中继卫星转发信号,向地面站回传航天信号(见图1)。
由于中继卫星的数量有限,中继卫星所包含的有效载荷数量与容量有限,用户航天器的跟踪、测控
与数据中继需求不一定能全部被满足。因此,中继卫星调度的目标就是选择需要发送航天信号的用户
航天器,确定与用户航天器进行通信的中继卫星及其有效载荷,科学合理地分配中继卫星系统资源以
满足跟踪、测控与数据中继需要。
目前,国内外关于中继卫星调度问题的研究大多注重于中继卫