摘要本文基于 MATLAB 仿真探讨秦岭01、02星入轨后的观测任务调度问题。文章对比了「优先级贪心」与「滚动资源感知」两种策略在双星基础场景36项请求和36星扩展场景648项请求下的表现双星场景中两者按期完成率均为80.6%差异不大扩展到36星后滚动策略以69.8%的按期完成率领先贪心策略6.3个百分点且缓存峰值更低4050 MB vs 8000 MB。结果表明任务排序需与能源、缓存和数传能力联动评估拍摄成功只是任务链中的一环。每颗150公斤、设计寿命5年、运行于500公里太阳同步轨道从首发双星到规划36颗星座的 MATLAB 任务调度仿真。9月20日12时03分力箭一号遥十八将秦岭卫星01、02星等9颗卫星送入预定轨道。国家航天局的发射公告列出了此次任务搭载的9颗卫星西北工业大学的介绍显示秦岭01、02星单星质量150公斤设计寿命5年运行于500公里太阳同步轨道搭载亚米级高分辨率全色与多光谱相机。秦岭01、02星是秦岭星座的首发双星。西工大公布的后续规划包含36颗可见光、高光谱和SAR卫星。这里的“一箭九星”指一次发射搭载了9颗卫星不能据此把同乘火箭的9颗卫星都算作秦岭星座成员“36颗”说的是后续规划规模也不是当前在轨数量。入轨之后地面观测任务要怎么排这不是把目标按优先级排个序就结束了。一个任务可能有观测窗口但卫星此时正在执行其他载荷任务拍摄会消耗能源并生成数据影像进入星上存储后还必须等数传窗口才能回传。观测、能源、缓存和数传彼此牵连任何一环排不进去都可能让任务无法按时交付。01任务完成不只看有没有拍到在调度模型里可以把一次对地观测拆成几个连续状态请求进入队列、卫星获得观测机会、载荷完成拍摄、影像写入缓存、数据经数传窗口送回地面。若指标只统计“拍摄完成”就可能把尚未下传的数据也算成任务完成本次仿真因此以任务是否在截止时间前完成下传作为按期完成的判断标准。图1从任务请求、观测机会和资源检查到拍摄与回传的调度流程。这个流程中的每一步都要更新卫星状态。候选任务先进入排序再经过能源和缓存检查滚动策略还会查看截止时间前剩余的数传容量。通过检查的任务才进入排程之后再根据新的电量、缓存和数传状态继续安排。02先把两颗星放进一条时间轴双星基础场景设置为2颗可见光卫星、36项观测请求仿真时长24小时时间步长10分钟。程序按简化周期生成观测机会和日照状态机会周期设为96分钟日照周期也设为96分钟、其中60分钟处于日照区间地面站窗口按每360分钟开放30分钟生成数传速率为每分钟140 MB。能源和缓存也纳入同一条时间轴。电池容量设为1800 Wh初始电量为70%执行任务时保留20%的储备线星上存储容量为8000 MB。可见光任务设为10分钟、消耗70 Wh并生成450 MB数据高光谱任务设为20分钟、消耗155 Wh并生成1600 MBSAR任务设为20分钟、消耗125 Wh并生成850 MB。双星基础场景只安排可见光任务。扩展场景则设置36颗不同载荷的卫星和648项任务请求并按18颗可见光、9颗高光谱、9颗SAR组织。两种场景都使用相同规则生成候选机会卫星同一时刻只能执行一个载荷任务数传窗口则按每颗卫星分别计算。03排序规则不一样任务表也会变化优先级贪心策略先按任务优先级排序优先级相同时再比较截止时间和任务编号。滚动资源感知策略则在优先级之外加入任务紧迫度候选任务的评分如下。式中p_j是任务优先级d_j − t是距任务截止时间的剩余时间H是紧迫度计算尺度Δt是调度步长α是紧迫度权重。本次取H 360分钟、Δt 10分钟、α 1.5剩余时间越短紧迫度项越大。候选任务排好序后还要检查数据能否在截止前回传。B_k表示当前缓存数据量D_j是候选任务新增的数据量B_max是缓存容量上限R是数传速率N_c(k, d_j)表示从当前步到任务截止前可用的数传时间步数。滚动策略会同时检查缓存上限和这段时间内的回传能力。代码里两种策略都会检查电量与缓存只有滚动策略额外调用hasDownlinkSlack预估当前缓存和候选数据能否在截止前传完slackmax(cfg.dt_min,task.deadline_min-t);scoretask.prioritycfg.rolling_urgency_weight*...(cfg.deadline_horizon_min/slack);ifstrcmp(method,rolling_resource_aware)...~hasDownlinkSlack(s,currentStoragetask.data_mb,t,...scenario,cfg,task.deadline_min)reject.downlinkreject.downlink1;continueend04双星场景按期完成率相同回传时间略有差别在36项请求的双星基础场景中优先级贪心和滚动资源感知策略都按期完成29项按期完成率均为80.6%。按仿真结束前已完成下传的任务计算贪心策略下传30项平均回传延迟为3.32小时滚动策略下传29项平均回传延迟为3.17小时。两个延迟值分别以30项和29项已下传任务为样本未完成下传的任务没有计入平均值。图2卫星01、02分行显示上下两幅对应两种调度策略。两种策略的最低电量分别为电池容量的20.59%和21.07%都高于20%的储备线两者峰值缓存均为2700 MB没有达到8000 MB上限。前8小时的观测时刻完全一致虚线处两种策略第一次作出不同选择优先级贪心将任务12排入卫星01滚动策略因截止前没有可用数传时隙而跳过。按模型设定的地面站周期任务12下一次可用的数传窗口晚于截止时间因此贪心策略拍下这项任务也不能将它计为按期完成。此后两种策略还安排了不同的观测机会但按期完成数仍相同。双星场景的峰值缓存远低于容量上限未形成明显存储压力数传前视改变了部分任务选择却没有提高按期完成率。05扩展到36颗规划规模缓存差异显现36星扩展场景包含648项请求增加了高光谱和SAR任务后单项任务的数据量和能耗设定都高于可见光任务。任务之间开始争用有限的观测机会、能源、缓存和数传服务候选任务能否按期回传对排程结果的影响随之变大。优先级贪心策略按期完成411项完成率为63.4%滚动资源感知策略按期完成452项完成率为69.8%高出约6.3个百分点。两种策略的最低电量记录相同均为20.0185%约20.02%。缓存峰值则出现明显差别贪心策略达到8000 MB容量上限滚动策略为4050 MB贪心策略有37次存储约束拒绝滚动策略没有触发存储容量拒绝。图3第19号高光谱卫星在两种策略下的电量变化虚线为20%储备线。图4第19号高光谱卫星在两种策略下的缓存占用虚线为8000 MB容量上限。扩展场景中贪心策略平均回传延迟为3.74小时滚动策略为3.42小时。两者分别有464项和466项任务在仿真窗口内完成下传因此平均延迟的样本数并不等于按期完成任务数411项和452项它统计的是已下传任务从释放到下传完成的时间。图5两种策略在双星基础场景与36星扩展场景中的按期完成率和已下传任务平均延迟。滚动策略并没有在所有指标上“自动占优”。双星场景中两种方法按期完成率相同36星场景中滚动策略的按期完成数和缓存峰值更有优势。差异与这里采用的任务紧迫度和截止前数传容量检查有关也与单项任务的数据量、观测机会和地面站窗口设置有关。它展示的是当前调度规则在这组输入下的表现。06回到标题观测任务怎么排这组仿真给出的排程顺序很具体先根据任务优先级和剩余时限安排候选观测再检查拍摄期间的能源储备与缓存空间并估算截止时间前剩余数传窗口能否送完当前数据和新增数据每个时间步更新状态后再重新评估下一批任务。任务排序要和资源检查、回传能力一起看拍摄成功只是任务链中的一环。资料来源国家航天局《我国成功发射秦岭卫星01、02星等9颗卫星》2026年9月20日西北工业大学《西工大抓总研制秦岭卫星01、02星发射成功》2026年9月20日。说明公开资料未给出秦岭卫星真实任务窗口、能源、缓存和数传排班参数文中任务表、模型参数、图表与指标均为自测仿真不是真实任务计划或在轨数据。本文基于公开内容和本人复现过程整理仅用于学习交流。获取代码或更多内容请关注、私聊博主如果能点赞收藏打赏就极好的
