基于MapX的多星协同对区域目标观测的预处理方法

预处理是多星协同对区域目标观测调度过程的一个重要组成部分,为建模与求解提供若干备选的元任务,其核心内容是区域目标分解和时间窗口计算.根据卫星轨道特征和星载遥感器的观测能力,提出了卫星对区域目标观测的动态分解方法.通过分析卫星观测范围与区域目标的空间几何关系,提出了卫星对区域目标观测的时间窗口计算方法.算例表明,基于卫星观测能力的区域目标动态分解方法能够提高多星协同观测效率,实验结果验证了基于MapX的时间窗口计算方法的有效性.     

卫星合成观测调度的最大覆盖模型及算法研究

遥感卫星采用合成观测方式可以提高观测效率,研究了遥感卫星合成观测调度问题.通过分析观测活动与目标的覆盖关系,建立了考虑任务优先级的最大覆盖模型.分析了观测活动性质,并基于观测活动间存在时序关系特征,将问题按照卫星的最大侧摆次数划分为多个阶段,提出了基于动态规划思想的算法,能够在多项式时间内得到问题的最优解.测试算例验证了算法的有效性.     

基于路径QoS加权分解的工作流调度算法

采用有向无环图DAG(Directed Acyclic Graph)描述的工作流在QoS约束下的调度问题是一类典型的NP难问题。分析了DAG工作流调度问题的调度目标,提出了一种基于路径QoS加权分解的工作流调度算法,通过将工作流的全局QoS约束分解为单个任务的局部QoS约束,将整个工作流的全局优化问题转化为单个任务的局部优化问题,降低了问题的复杂度。在对整个DAG工作流的QoS约束进行分解时,算法对工作流的每条路径的QoS约束进行分解,并以任务可选能力服务间的单位QoS增益之和作为权值,将单条路径的QoS约束分解到组成路径的每个任务。仿真结果表明,与其他基于QoS分解的DTL、DBL等算法相比,该算法具有更高的调度效率,能够找到更好的调度方案。     

面向应急成像观测任务的多星协同调度方法

针对应急条件下的成像观测任务,设计了多星协同调度框架,将多星协同调度问题分解为任务排序主问题和资源匹配子问题。分析了多星协同调度中的主要约束条件,以任务收益为优化目标构建问题的约束满足模型,并应用改进粒子群优化算法进行求解。详细介绍了算法中的编码、解码、移动、变异等操作,给出算法时间复杂度的计算公式。通过仿真实验,对算法的有效性进行了验证。     

基于AMPL的多成像卫星任务调度与规划

成像卫星调度问题是利用在太空中运行的多个对地观测卫星,根据用户的需要,最大限度利用卫星系统的资源实现对地面目标进行观测。该系统涉及多个成像卫星的调度和规划,因此一直以来都是一个富有挑战性的课题。在分析成像卫星工作原理和调度任务约束条件的基础上,首先建立了一个满足多卫星、多监测目标的混合线性模型,并对模型的合理性加以论证。其次,采用一种数学建模语言(a mathematical programming language,AMPL)解决该调度问题的新方法以应对目前约束规划问题求解方法多样、求解性能差异大的问题,并对从卫星工具包上得到的数据进行实验。该建模语言可以根据模型种类,智能调用各类综合多种成熟算法的解法器。实验结果显示,相对于常用求解算法,该方法更加有效地解决了中短期卫星的调度问题。     

对地观测卫星任务规划问题研究述评

卫星任务规划是卫星系统核心模块,其性能直接影响到卫星系统的工作效益。针对卫星任务规划的几个关键问题对现有的一些研究方法进行总结分析,并对未来研究进行展望。首先分析了多用户任务需求,梳理了任务需求的辅助分析过程,然后总结归类现有的区域目标分解和任务聚类的方法,在此基础上分别对单星和多星任务规划模型及求解算法进行述评,最后阐述了卫星任务规划调度需要进一步研究的问题。     

卫星单轨任务合成观测问题及其动态规划算法

一类遥感卫星的侧摆机动性能较差,必须考虑将某些任务合成观测以提高观测效率。研究了卫星在单个轨道圈次内,任务间的最优合成观测问题。建立了问题的约束优化模型,分析合成任务性质,基于合成任务间存在角度相关及时序特征,将问题按照卫星的最大侧摆次数划分为多个阶段,利用动态规划思想,得到了问题的最优解。测试算例验证了算法的有效性。     

基于滚动优化策略的成像侦察卫星应急调度方法

针对成像侦察卫星应急调度问题进行研究, 在分析主要约束条件的基础上, 构建了多星调度问题的约束满足模型. 根据应急任务具有独立到达时刻与执行截止期需求的特点, 提出了基于滚动优化策略的调度算法. 该策略采用周期驱动与事件驱动相结合的混合驱动模式, 可将调度过程划分为一系列静态的调度区间. 通过优化各区间内任务的规划方案, 实现应急任务的动态调度. 在问题求解过程中, 将滚动优化策略与启发式算法结合, 形成了三种应急调度算法. 最后通过仿真实验, 对不同算法的调度效果进行对比, 验证了滚动优化策略的有效性.     

基于动态任务合成的多星观测调度方法

合成观测可以提高卫星的观测效率,研究了遥感卫星的动态合成观测调度问题.分析了卫星对多个任务合成观测的条件,在此基础上,建立了任务需求度、资源竞争度以及任务合成中的最小侧摆、最小数据冗余启发式,提出了基于动态任务合成的多星观测调度启发式算法.仿真实例表明,此方法可以有效提高卫星的观测效率.     

敏捷卫星调度的时间约束推理方法

敏捷卫星机动能力的增强带来观测机会的增多和观测时间窗口的增长,具有很大的应用潜能。但管控中由于观测开始时间是一个具有连续值域的变量,传统非敏捷卫星调度问题的组合优化建模方法不再适用。本文介绍了敏捷卫星的时间依赖、可控与不可控事件混合、资源过度受限等特性;给出了时间约束网络概念及敏捷卫星调度中的时间约束推理问题描述;分析时间约束网络与距离图的等价性,借鉴Johnson 算法对稀疏网络的特殊处理,采用重赋权技术,提出针对敏捷卫星调度的改进循环检测算法检查时间约束;建立了分支剪枝搜索算法,以约束规划方式获得时间一致解。最后通过实例验证本文方法的有效性,实验结果表明本文方法能够较好地实现敏捷卫星调度的时间约束的一致性检验和搜索求解。     

考虑合成机制的多星应急任务调度

以应急任务优先调度为原则,保证观测总收益的基础上最小化对原调度序列的扰动是多星应急任务调度领域急需解决的问题.首先,分析应急任务完成时间和观测收益关系,建立考虑时间依赖性收益的数学规划模型.其次,基于遗传算法,提出考虑合成机制的多星应急任务调度算法.设计任务合成、插入和替换算子完成应急任务插入,考虑任务观测收益、序列扰...     

空天高速目标探测跟踪传感器资源调度模型与算法

针对空天高速目标跟踪中,传感器资源调度任务无时间等待、传感器资源匹配形式多样、观测时间碎片化等问题,提出了多源异构传感器调度多目标优化模型和求解该模型的多目标柔性果蝇算法。针对传感器调度时间碎片化问题,采用柔性分割调度时间,设计了目标-时间-传感器三维编码方式;为了避免相似个体交叉进化造成搜索陷入局部最优,提出基于个体特征的交叉操作和变异操作;针对进化过程中个体产生碎片时间、重复观测等问题,提出柔性调整操作。最后通过两个案例测试,对提出的模型和算法进行仿真验证,实验证明算法能够合理地求解多源异构传感器资源调度问题,在收敛性和分布性方面优于对比算法。     

网络化多传感器-多武器协同防空任务规划

针对网络化防空体系的多传感器-多武器协同任务规划问题, 考虑任务要求、装备性能、运用限制等约束, 构建多武器拦截与多传感器跟踪任务规划模型。前者以拦截时机、次数等为优化目标, 输出武器-目标配对以及对目标的拦截时段、跟踪时间要求; 后者以满足跟踪时间要求为目标, 输出传感器-目标配对和对目标的跟踪时段。设计了基于时段优选拼接和分支定界法的多传感器-多武器协同任务规划算法, 生成多传感器-多武器协同交战计划, 支持多传感器接力跟踪、跨平台打击引导、多武器协同抗击。在假定的舰艇编队与预警机协同防空场景下验证了所设计模型的有效性。     

太阳射电频谱爆发识别的元学习方法

太阳射电频谱图像在太阳活动和空间天气的观测、研究和预报中有着重要的作用。太阳射电宽带动态频谱仪是国内观测太阳射电信号的主要设备, 但受到窗口时间、观测设备和太阳活动规律的影响, 其所采集到的频谱数据存在有效样本量少的问题。针对这一现状, 提出了一种基于元学习和迁移学习的少样本学习方法, 用于改善太阳射电频谱图像的分类性能。首先模型在元学习基准数据集上进行元知识的学习, 然后对射电频谱图像进行小样本识别的模型定义, 最后将元知识迁移到频谱图像数据集的分类任务中。通过对多种元学习方法进行实验分析和性能比较, 证明了本文方法的先进性和有效性。     

多飞艇协同对地观测和数据传输调度模型与算法研究

浮空器已经发展成为空间遥感信息获取的重要平台之一.本文针对飞艇的资源特性和需求的复杂性,设计了多飞艇协同对地观测和数据传输工作体系.综合考虑多飞艇协同对地观测和数据传输任务的协调优化,将观测任务和数据传输任务视为有向图中顶点,用飞艇在执行先后序列任务的地理位置间的巡航时间来度量有向图中顶点间的距离,将问题转换为带时间窗口的多车场开放式车辆路径问题(multi depot open vehicle routing problem with time windows,MDOVRPTW),并以最大化总收益作为优化目标,构建多飞艇协同对地观测和数据传输任务调度的混合整数规划模型.提出一种文化基因算法(memetic algorithm,MA),嵌套广义阈值算法(generalized threshold algorithm,GTA)计算染色体中各飞艇总巡航时间最短的任务序列,实现对地观测和数据传输资源的优化分配.研究发现,针对不同规模的算例,并与CPLEX计算结果比较,算法能够在较短的时间内获得满意的解.     

空间探测相控阵雷达系统中的任务规划算法

针对空间探测相控阵雷达系统,提出了一种观测任务规划算法。首先,建立了观测任务模型和观测任务资源占用模型;其次提出一种多任务并行截止期越早越优先(multi-task parallel earliest deadline first,MTPEDF)调度算法来解决观测任务规划,该算法综合考虑雷达的搜索任务与跟踪任务来进行系统资源的分配。对于跟踪任务,算法结合目标的过境时间以及当前系统的负载情况,以此来确定雷达对该目标的观测时间段;最后给出了算法的评估方法。利用在轨的2 886个空间目标进行仿真验证,仿真结果表明算法可以较好地利用系统时间资源,合理安排雷达观测任务。     

雷达小样本目标识别方法及应用分析

针对雷达小样本目标识别问题, 结合元学习和迁移学习提出一套综合解决方案, 旨在根据实际应用场景的不同提供合适的模型学习方式和分类方式, 从而提升雷达小样本目标识别效率和准确率。同时，通过多组对比实验深入分析小样本学习算法在实际雷达目标识别场景下的模型性能变化, 得出两个可有效指导工程化应用的重要结论。元学习模型在源任务信息充足且源任务与目标任务间差异性小时性能表现良好, 否则迁移学习方法更适用; 小样本学习模型对雷达目标外在特征的关注度不同, 以识别为目的的雷达成像应重点关注模型需求的显著性特征。     

基于任务合成的对地观测卫星应急调度方法

针对应急条件下对地观测任务时敏度高、动态性强的特点,提出了基于任务动态合成的多星应急调度方法。首先,建立了多星动态应急调度数学规划模型。然后,提出了任务动态合成(dynamic merging,DM)策略,并设计了候选合成任务集合构建(candidate merging task set establishment, CMTSE)算法。最后,提出了基于任务动态合成的多星动态应急调度(dynamic merging based dynamic emergency scheduling, DM DES)算法。为验证DM DES算法的有效性,通过大量仿真实验将DM DES与基于迭代修复的启发式算法(repair based heuristic algorithm, RBHA)和不考虑任务合成的动态应急调度(dynamic emergency scheduling, DES)算法进行比较。实验结果表明,DM DES算法能有效提高调度质量,适用于多星动态应急调度。     

基于任务合成机制的多星调度问题

传统模式下,卫星采取单任务观测方式,该种方式下任务的成像精度高但任务成像数量少且资源使用率极低。因此,在单任务观测方式的基础上设计了一种多任务合成机制(multi-task merging mechanism, MTMM),在保证用户最低成像要求的情况下对任务合成。首先,基于合成任务集,建立多星调度模型。然后，针对模型提出了基于任务合成的改进蚁群优化(improved ant colony optimization based on task merging, IACO-TM)算法,在算法中设计了自适应蚁窗策略、强制扰动机制以及算法参数动态调节策略,对蚂蚁搜索空间进行有效裁剪,避免算法陷入局部最优的同时提高算法的收敛速度。最后,通过大量仿真实验与不考虑任务合成的改进蚁群优化(improved ant colony optimization, IACO)算法和基于任务合成的传统蚁群优化(traditional ant colony optimization based on task merging, TACO-TM)算法对比,验证了所提MTMM和IACO-TM的有效性。     

基于两次Kalman滤波的观测噪声自适应调整算法

在实际的目标跟踪过程中,由于目标远近等各种客观因素的影响,观测噪声是随时变化的.但是在标准卡尔曼滤波中,如果将观测噪声协方差设为恒定值,必然造成跟踪结果不理想.针对这种情况,通过在任意时刻施行两次卡尔曼滤波的结果来自适应地调整观测噪声协方差,使卡尔曼滤波算法中的观测噪声协方差与实际值更加接近,从而提高对目标的跟踪精度.最后Monte Carlo仿真实验证明了本算法的有效性.