一种基于时间分类的航天测控资源利用效果确定方法

技术领域

本公开涉及航天测控资源调度与效果评价技术领域，尤其涉及一种基于时间分类的航天测控资源利用效果确定方法。

背景技术

随着航天领域技术的不断进步，航天器及测控资源的数量不断增多，科学合理的制定测控资源调度计划并高效利用测控资源，是保障测控资源及测控网有序、高效运行的重要条件。如何对航天测控资源利用效果进行准确评价，使测控资源的管理者能够快速发现测控资源调度与使用过程中存在的问题，从而有针对性的改进测控资源调度工作，发挥航天测控资源和测控网的最优能力，成为航天测控资源利用效果评价亟待解决的问题。

针对某一时间段内各卫星管理方提出的航天测控资源使用需求，对测控资源工作计划进行统筹安排的行为活动，称为测控资源调度；各测控资源按照一定的时间安排，开展工作的计划，称为资源调度计划。资源调度计划一般由测控资源的管理者在统筹各方需求和测控资源工作实际的情况下，统一制定并分别向各个测控资源分发其工作计划。在制定资源调度计划时，一般需要根据星地可见预报进行，对星地可见预报数据集中的星地可见时间段，一般不进行切分，按照预报中的整个时间段进行计划安排。同时，测控资源调度计划制定过程中，需要考虑测控资源因各种原因导致的禁用时间段，以及星地可见预报数据集中不符合该测控资源工作的约束条件，这些约束条件包含但不限于星地可见时间段时长不小于11分钟，且最高仰角不小于10度等。当前，针对航天测控资源利用效果的评价方法，仍停留在仅使用资源利用率这一单一指标评价的层次上，且对不同类型并执行不同工作内容的测控资源的利用效果评价，还未能进行统一建模表述，效果评价方法过度依赖资源调度算法且时效性不强。

因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种基于时间分类的航天测控资源利用效果确定方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开实施例提供的一种基于时间分类的航天测控资源利用效果确定方法，该方法包括：

获取测控资源的基础数据；其中，所述基础数据包括航天测控资源调度计划、星地可见预报、工作约束条件和资源禁用情况；

根据获取的所述基础数据构建航天测控资源利用效果的离散时段分析模型，并按照所述离散时段分析模型将预设时间段转化为离散时间段；其中，所述离散时段分析模型包括可使用时间段和不可使用时间段，所述可使用时间段包括已计划时间段、空闲可用时间段和碎片时间段，所述不可使用时间段包括资源禁用时间段和无星地可见预报时间段；

根据所述离散时段分析模型，构建所述测控资源的评价指标模型，并计算所述测控资源的评价指标值；其中，所述测控资源的所述评价指标模型包括：时段负荷率、时段空闲可用率、时段碎片率和时段不可用率。

本公开的实施例中，所述测控资源包括单套测控资源或若干套测控资源。

本公开的实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

当所述测控资源包括所述单套测控资源时，根据所述单套测控资源在所述预设时间段内的所述已计划时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，计算所述单套测控资源的时段负荷率；其中，所述单套测控资源的所述时段负荷率的计算公式为：

（1）

式中，

本公开的实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

根据所述单套测控资源在所述预设时间段内的所述空闲可用时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，计算所述单套测控资源的所述时段空闲可用率；其中，所述单套测控资源的所述时段空闲可用率的计算公式为：

（2）

式中，

本公开的实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

根据所述单套测控资源在所述预设时间段内的不满足最低仰角和最短时长约束的碎片时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，得到所述单套测控资源的所述时段碎片率；其中，所述单套测控资源的所述时段碎片率的计算公式为：

（3）

式中，

本公开的实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

所述单套测控资源在所述预设时间段内的所述不可使用时间段的总时长与所述单套测控资源的所述预设时间段的总时长，得到所述单套测控资源的所述时段不可用率；其中，所述单套测控资源的所述时段不可用率的计算公式为：

（4）

式中，

本公开的实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

当所述测控资源包括所述若干套测控资源时，根据所述若干套测控资源在所述预设时间段内的所述已计划时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，计算所述若干套测控资源的所述时段负荷率；其中，所述若干套测控资源的所述时段负荷率的计算公式为：

（5）

式中，

本公开的实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

根据所述若干套测控资源在所述预设时间段内的所述空闲可用时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，得到所述若干套测控资源的所述时段空闲可用率；其中，所述若干套测控资源的所述时段空闲可用率的计算公式为：

（6）

式中，

本公开的实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

根据所述若干套测控资源在所述预设时间段内的所述碎片时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，得到所述若干套测控资源的所述时段碎片率；其中，所述若干测控资源的所述时段碎片率的计算公式为：

（7）

式中，

本公开的实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

所述若干套测控资源在所述预设时间段内的所述不可使用时间段的总时长与所述若干套测控资源的所述预设时间段的总时长，得到所述若干套测控资源的所述时段不可用率；其中，所述若干套测控资源的所述时段不可用率的计算公式为：

（8）

式中，

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开的一种实施例中，通过上述方法，构建航天测控资源利用效果的离散时段分析模型，将预设时间段按照离散时段分析模型转化为离散时间段，简化了针对资源调度时间连续性数据评价的基础模型；同时，通过构建测控资源的评价指标模型，实现了对航天测控资源利用效果进行通用、科学、准确评价的目的。且能根据计算的评价指标值得到航天测控资源利用效果，从而降低评价工作的复杂度。本方法能以较高的计算效率和准确的模型，由航天测控资源调度计划和星地可见预报等少量基础数据，快速获得航天测控资源利用效果评价结果，具有方法正确合理、计算过程快速有效、对实际工程任务的适用性好等优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出本公开示例性实施例中一种基于时间分类的航天测控资源利用效果确定方法的步骤流程图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中离散时段分析模型的示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中提供的单套测控资源利用效果确定方法的实例图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

本示例实施方式中提供了一种基于时间分类的航天测控资源利用效果确定方法。参考图1中所示，该方法可以包括：步骤S101至步骤S103。

其中，步骤S101：获取测控资源的基础数据；其中，所述基础数据包括航天测控资源调度计划、星地可见预报、工作约束条件和资源禁用情况。

步骤S102：根据获取的所述基础数据构建航天测控资源利用效果的离散时段分析模型，并按照所述离散时段分析模型将预设时间段转化为离散时间段；其中，所述离散时段分析模型包括可使用时间段和不可使用时间段，所述可使用时间段包括已计划时间段、空闲可用时间段和碎片时间段，所述不可使用时间段包括资源禁用时间段和无星地可见预报时间段。

步骤S103：根据所述离散时段分析模型，构建所述测控资源的评价指标模型，并计算所述测控资源的评价指标值；其中，所述测控资源的所述评价指标模型包括：时段负荷率、时段空闲可用率、时段碎片率和时段不可用率。

通过上述方法，构建航天测控资源利用效果的离散时段分析模型，将预设时间段按照离散时段分析模型转化为离散时间段，简化了针对资源调度时间连续性数据评价的基础模型；同时，通过构建测控资源的评价指标模型，实现了对航天测控资源利用效果进行通用、科学、准确评价的目的。且能根据计算的评价指标值得到航天测控资源利用效果，从而降低评价工作的复杂度。本方法能以较高的计算效率和准确的模型，由航天测控资源调度计划和星地可见预报等少量基础数据，快速获得航天测控资源利用效果评价结果，具有方法正确合理、计算过程快速有效、对实际工程任务的适用性好等优点。

下面，将参考图1至图3对本示例实施方式中的上述方法的各个步骤进行更详细的说明。

在步骤S101中，获取测控资源的基础数据；其中，所述基础数据包括航天测控资源调度计划、星地可见预报、工作约束条件和资源禁用情况。具体的，航天测控资源调度计划主要包含测控资源代号、卫星任务代号、计划开始时间和计划结束时间，星地可见预报主要包含测控资源代号、卫星任务代号、预报开始时间、预报结束时间和最高仰角，工作约束条件主要包含测控资源代号、卫星任务代号、最低仰角要求和最短时长要求，资源禁用情况主要包含测控资源代号、禁用开始时间和禁用结束时间。

在步骤S102中，根据获取的所述基础数据构建航天测控资源利用效果的离散时段分析模型，并按照所述离散时段分析模型将预设时间段转化为离散时间段；其中，所述离散时段分析模型包括可使用时间段和不可使用时间段，所述可使用时间段包括已计划时间段、空闲可用时间段和碎片时间段，所述不可使用时间段包括资源禁用时间段和无星地可见预报时间段。具体的，离散分析模型包括可使用时间段和不可使用时间段，当离散时段分析模型将预设时间段转化为离散时间段时，即将预设时间段分为了可使用时间段和不可使用时间段。进一步的，可使用时间段是由已计划时间段、空闲可用时间段和碎片时间段通过无重叠累加组成的，不可使用时间段是由资源禁用时间段和无星地可见预报时间段通过无重叠累加组成的。其中，预设时间段为时间维度连续性的资源调度计划时段。

在步骤S103中，根据所述离散时段分析模型，构建所述测控资源的评价指标模型，并计算所述测控资源的评价指标值；其中，所述测控资源的评价指标模型包括：时段负荷率、时段空闲可用率、时段碎片率和时段不可用率。具体的，通过构建的离散时段分析模型，进一步构建测控资源的评价指标模型，并计算测控资源的评价指标模型中的各个评价指标值。因为，评价指标模型包括时段负荷率、时段空闲可用率、时段碎片率和时段不可用率。所以在计算测控资源的评价指标模型中的各个评价指标值时，也就是计算时段负荷率、时段空闲可用率、时段碎片率和时段不可用率。

在一个实施例中，所述测控资源包括单套测控资源或若干套测控资源。具体的，测控资源包括单套测控资源或若干套测控资源，其中，若干套测控资源组合成测控网。

需要理解的是，当测控资源包括单套测控资源时，在获取测控资源的基础数据，就意味着获取的是单套测控资源的基础数据，从而根据单套测控资源的基础数据构建单套测控资源的离散时段分析模型，然后按照单套测控资源的离散时段分析模型将预设时间段转化为单套测控资源的离散时间段，最后根据单套测控资源的离散时段分析模型构建单套测控资源的评价指标模型，计算单套测控资源的各评价指标值。单套测控资源的各评价指标值的具体计算在下述实施例中阐述。

同样地，当测控资源包括若干套测控资源时，在获取测控资源的基础数据，就意味着获取的是若干套测控资源的基础数据，从而根据若干套测控资源的基础数据构建若干套测控资源的离散时段分析模型，然后按照若干套测控资源的离散时段分析模型将预设时间段转化为若干套测控资源的离散时间段，最后根据若干套测控资源的离散时段分析模型构建若干套测控资源的评价指标模型，计算若干套测控资源的各评价指标值。若干套测控资源的各评价指标值的具体计算在下述实施例中阐述。

此外，当测控资源包括若干套测控资源时，还可以从若干套测控资源中提取出一个单套测控资源，通过获得的此单套测控资源后续建模及计算的方法同上述当测控资源包括单套测控资源时的阐述，此处不再赘述。

在一个实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

当所述测控资源包括所述单套测控资源时，根据所述单套测控资源在所述预设时间段内的所述已计划时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，计算所述单套测控资源的时段负荷率；其中，所述单套测控资源的所述时段负荷率的计算公式为：

（1）

式中，

具体的，单套测控资源的时段负荷率根据公式（1）计算，具体的，根据单套测控资源在预设时间段内的已计划时间段的总时长与可使用时间段的总时长的比值，得出单套测控资源的时段负荷率。

需要说明的是，单套测控资源在预设时间段内的所有的可使用时间段构成

在一个实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

根据所述单套测控资源在所述预设时间段内的所述空闲可用时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，计算所述单套测控资源的所述时段空闲可用率；其中，所述单套测控资源的所述时段空闲可用率的计算公式为：

（2）

式中，

具体的，单套测控资源的时段空闲可用率根据公式（2）计算，具体的，根据单套测控资源在预设时间段内的空闲可用时间段的总时长与可使用时间段的总时长的比值，得出单套测控资源的时段空闲可用率。

需要说明的是，单套测控资源在预设时间段内的所有的空闲可用时间段构成

在一个实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

根据所述单套测控资源在所述预设时间段内的不满足最低仰角和最短时长约束的所述碎片时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，得到所述单套测控资源的所述时段碎片率；其中，所述单套测控资源的所述时段碎片率的计算公式为：

根据所述单套测控资源在预设时间段内的不满足最低仰角和最短时长约束的碎片时间段的总时长与可使用时间段的总时长，得到所述单套测控资源的时段碎片率；其中，所述单套测控资源的时段碎片率的计算公式为：

（3）

式中，

具体的，单套测控资源的时段碎片率根据公式（3）计算，具体的，据单套测控资源在预设时间段内的不满足最低仰角和最短时长约束的碎片时间段的总时长与可使用时间段的总时长的比值，得出单套测控资源的时段碎片率。

需要说明的是，单套测控资源在预设时间段内的所有的碎片时间段构成

在一个实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

所述单套测控资源在所述预设时间段内的所述不可使用时间段的总时长与所述单套测控资源的所述预设时间段的总时长，得到所述单套测控资源的所述时段不可用率；其中，所述单套测控资源的所述时段不可用率的计算公式为：

（4）

式中，

具体的，单套测控资源的时段不可用率根据公式（4）计算，具体的，根据单套测控资源在预设时间段内的不可使用时间段的总时长与单套测控资源的预设时间段的总时长的比值，得出单套测控资源的时段不可用率。

通过公式（1）至（4），可得出单套测控资源的评价指标模型中的各个评价指标值，单套测控资源的各个评价指标值（即时段负荷率、时段空闲可用率、时段碎片率、时段不可用率）可作为评估单套测控资源的利用效果。

需要说明的是，单套测控资源在预设时间段内的所有的不可使用时间段构成

在一个实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

当所述测控资源包括所述若干套测控资源时，根据所述若干套测控资源在所述预设时间段内的所述已计划时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，计算所述若干套测控资源的所述时段负荷率；其中，所述若干套测控资源的所述时段负荷率的计算公式为：

（5）

式中，

具体的，若干套测控资源的时段负荷率根据公式（5）计算，具体的，根据若干套测控资源在预设时间段内的已计划时间段的总时长与可使用时间段的总时长，得出若干套测控资源的时段负荷率。

需要说明的是，若干套测控资源构成若干套测控资源的测控资源集合

单套测控资源在预设时间段内的所有的已计划时间段构成

在一个实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

根据所述若干套测控资源在所述预设时间段内的所述空闲可用时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，得到所述若干套测控资源的所述时段空闲可用率；其中，所述若干套测控资源的所述时段空闲可用率的计算公式为：

（6）

式中，

具体的，若干套测控资源的时段空闲可用率根据公式（6）计算，具体的，根据若干套测控资源在预设时间段内的空闲可用时间段的总时长与可使用时间段的总时长的比值，得到若干套测控资源的时段空闲可用率。

在一个实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

根据所述若干套测控资源在所述预设时间段内的所述碎片时间段的总时长与所述可使用时间段的总时长，得到所述若干套测控资源的所述时段碎片率；其中，所述若干测控资源的所述时段碎片率的计算公式为：

（7）

式中，

具体的，若干测控资源的时段碎片率根据公式（7）计算，即根据若干套测控资源在预设时间段内的碎片时间段的总时长与可使用时间段的总时长的比值，得出若干套测控资源的时段碎片率。

在一个实施例中，所述并计算所述测控资源的评价指标值的步骤中包括：

所述若干套测控资源在所述预设时间段内的所述不可使用时间段的总时长与所述若干套测控资源的所述预设时间段的总时长，得到所述若干套测控资源的所述时段不可用率；其中，所述若干套测控资源的所述时段不可用率的计算公式为：

（8）

式中，

具体的，若干套测控资源的时段不可用率根据公式（8）计算，即若干套测控资源在预设时间段内的不可使用时间段的总时长与若干套测控资源的预设时间段的总时长，得出若干套测控资源的时段不可用率。

通过公式（5）至（8），可得出若干套测控资源的评价指标模型中的各个评价指标值，若干套测控资源的各个评价指标值（即时段负荷率、时段空闲可用率、时段碎片率、时段不可用率）可作为评估若干套测控资源的利用效果。

下面通过实施例对本公开做进一步阐述。

实施例1（以计算单套测控资源的各评价指标值为例）：

1、在单套测控资源的星地可见预报时间段的集合P中，减去与资源禁用时间段的集合D存在交集的时间段，得到可使用时间段的集合A；

2、求集合A中所有元素在时间维度上的并集A

3、在评价总时间段（也即预设时间段）T中，减去与集合A

4、根据公式（4），计算得到单套测控资源的时段不可用率，即集合U中所有元素的总时长/评价总时间段T的总时长；

5、将集合A中满足时长大于最短时长11分钟且仰角大于最低仰角10度工作约束条件的时间段，存入新的集合B中；

6、将集合B中与已计划时间段的集合S中无交集的弧段存入新集合E中；

7、求集合E中各元素在时间维度上的并集，存入空闲可用时间段的集合F中，求得空闲可用时间段的集合F中所有元素的总时长；

8、根据公式（2），计算得到单套测控资源的时段空闲可用率，即集合F中所有元素的总时长/集合A中所有元素的总时长；

9、将并集A

10、根据公式（3），计算得到单套测控资源的时段碎片率，即集合M中所有元素的总时长/集合A中所有元素的总时长；

11、求得已计划时间段集合S中所有元素的总时长；

12、根据公式（1），计算得到单套测控资源的时段负荷率，即集合S中所有元素的总时长/集合A中所有元素的总时长；

13、输出评价指标模型中的所有评价指标值，评价指标计算的流程结束。

在调度计划时间段数量和评价总时间相同的情况下，针对多次资源调度，经多次计算得到各个评价指标值后，需根据实际情况和评价目的，综合得到评价结论。

若干套测控资源的各个评价指标值的计算流程同上述实施例1，此处不再赘述。

实施例2（以计算单套测控资源为例，给出基于时间分类的航天测控资源利用效果确定方法的流程）：

1、获取某套航天测控资源在预设时间段为100分钟内的资源调度计划和星地可见预报、工作约束条件、资源禁用情况等基础数据，其中在该预设时间段内，该套测控资源无资源禁用情况；

2、按照航天测控资源利用效果的离散时段分析模型进行建模，如图3所示。其中预报1至预报15的15个时间段组成了星地可见预报时间段集合，计划1和计划2的2个时间段是单套测控资源调度根据星地可见预报所制定的测控资源调度计划；

3、按照公式（1）至公式（4），构建单套测控资源的评价指标模型，并计算该模型中的各个评价指标值，评价指标值包括时段负荷率、时段空闲可用率、时段碎片率、时段不可用率；

4、根据各个评价指标值的计算方法，按步骤计算得到各个评价指标值，其步骤如下：

401、本实施例中资源禁用时间段的集合D为空，星地可见预报时间段的集合P等于可使用时间段的集合A；

402、可使用时间段的集合A在时间维度上的并集A

403、不可使用时间的集合U的总时长为100-90=10分钟；

404、根据公式（4）计算得到该套测控资源的时段不可用率为

405、将集合A中满足时长大于最短时长11分钟且仰角大于最低仰角10度的工作约束条件的时间段，存入新的集合B中，此时集合B中元素包括{预报1至预报5，预报7至预报14}，共13个时间段元素；

406、集合B中与已计划时间段的集合S中无交集的弧段存入新集合E，此时集合E中元素包括{预报7至预报8，预报10}，共4个时间段元素；

407、求集合E中各元素在时间维度上的并集，存入空闲可用时间段集合F中，求得空闲可用时间段集合F中所有元素的总时长为15+15=30分钟；

408、根据公式（2），计算得到该套测控资源的时段空闲可用率为

409、将并集A

410、根据公式（3），计算得到该套测控资源的时段碎片率为

411、求得已计划时间段集合S中所有元素的总时长为20+20=40分钟；

412、根据公式（1），计算得到该套测控资源的时段负荷率为

413、输出单套测控资源的调度计划制定效果的各个评价指标值：时段负荷率约为44.44%，时段空闲率约为33.33%，时段碎片率约为22.22%，时段不可用率为10%，计算流程结束。

针对若干套测控资源利用效果的确定方法的流程同上述实施例2。此处不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。