卫星数据传输全流程调度及优化算法

向云武, 章文毅, 田妙苗

(1. 中国科学院遥感与数字地球研究所卫星地面系统运行管理部, 北京 100089;2. 中国科学院大学资源与环境学院, 北京 101400)

0 引 言

随着遥感应用的日益普及,遥感卫星的需求也不断增长。大量不同类型的在轨卫星获取了丰富的对地观测信息,这些信息通过星地传输链路传输到地面站,这个环节称为卫星到地面站的星地传输。地面站接收这些信息后,将其通过地面光纤链路传输到数据中心,这个环节称为地面站到数据中心的地面传输。星地传输过程和地面传输过程合称卫星数据传输过程,如图1所示。卫星数据传输需要满足两个基本的条件:①在星地传输环节中,卫星天线与地面站天线几何可见,且地面站天线处于空闲状态;②在地面传输环节中,地面光纤传输链路不超负荷。此时就要做出合理的规划,以便在尽可能短的时间内获得全部的卫星数据。当卫星数量以及星载任务较多时,则更凸显调度的必要性。

卫星数据传输问题是指如何为卫星数据合理分配地面接收资源和传输链路资源,包括星地传输环节的数据传输问题和地面传输环节的数据传输问题。星地传输环节的数据传输实现了数据传输任务的数传资源及时间窗口分配,是典型的具有NP-Hard特征的组合优化问题[1-2];地面传输环节的数据传输实现了地面站传输链路资源分配,是典型的流水线排序问题。

图1 卫星数据传输过程Fig.1 Process of satellite data transmission

针对星地传输环节的数据传输问题,已有不少学者做了各种模型和算法的研究。……