面向成像卫星组网的群任务规划方法研究

本文基于提高用户任务需求的处理能力,探索可共享卫星资源组网卫星协同的群规划方法.研究中不仅考虑了一些部门存在特有的任务规划需求,还考虑到一些重要部门有卫星资源或者经申请有允许规划的卫星资源. 分析了群规划的模式需求及提出群规划框架;针对分层规划与可共享的资源服务,建立群规划多目标优化模型;针对任务规划这一高维离散组合优化问题,借鉴蚁群算法的快速收敛和遗传算法的强知识表示能力,阐述组合高低阶知识表示的改进遗传求解算法. 仿真实验验证了本文规划模型与求解算法的有效性.     

成像卫星协同任务规划模型与算法

作为一类重要的对地观测卫星,成像卫星多星组网协同工作可提高处理复杂任务的能力,其中的任务规划属于多时间窗口、多优化目标和多约束条件的组合优化问题。针对任务协同规划技术,主要完成两项工作：第一,建立协同规划模型,引入了元任务间的3类协同作用关系,并进一步考虑了风险控制的要素;第二,在阐述引入启发式信息的遗传禁忌选择的求解算法基础上,提出算法协同进化模型求解技术。最后,利用卫星工具箱（satellite tool kit, STK）提供仿真数据,评价几种典型的求解算法,并验证了本文算法在收敛速度和鲁棒性上的有效性。     

成像卫星任务规划模型、算法及其应用

近年来, 成像卫星数量越来越多,成像任务需求呈现出多样化、复杂化和快速 增长的趋势,成像卫星任务规划问题在卫星管控中的作用越来越突出.在对成像卫星任务规划基础理论进行 阐述的基础上,总结了成像卫星任务规划的基本模型和主要求解算法. 建立了考虑任务合成的成像卫星调度模型, 提出了求解该模型的快速模拟退火算法.成像卫星调度模型、求解 方法和任务规划技术,已运用到成像卫星的日常管控中, 取得了很好的效果.     

面向应急需求的成像卫星单任务综合规划

针对应急条件下成像卫星任务规划问题,在分析任务响应过程的基础上建立了面向任务需求的应急条件下单任务综合规划模型,模型以完成任务需求最早为优化目标,综合考虑了任务规划过程中卫星、测控及数传资源的分配,并提出了基于深度优先搜索的模型求解算法。算例分析结果表明,所提出的模型及算法有效,规划结果能够就现有卫星、测控及数传资源条件下,为应急成像任务需求提供星地资源调度解决方案。     

基于资源预留的成像卫星鲁棒性任务规划方法

随着新型成像卫星的智能化发展,成像卫星鲁棒性任务规划是一个迫切需要解决的理论和实践问题.综合考虑卫星姿态转换时间,固存和电量等约束条件,建立了成像卫星鲁棒性任务规划模型.在保证任务规划收益最大化的前提下,提出了一种基于资源预留的成像卫星任务鲁棒性规划方法.基于任务之间卫星的转换时间约束及资源预留规则,保证资源的高效利用及地面观测任务的有效安排.通过对不同规模的实例进行求解,实验结果表明本方法具有很好的鲁棒性.本文方法对其它相同类型相关问题具有指导及借鉴作用.     

面向敏捷卫星任务规划的云层建模及处理方法

针对云层遮挡影响光学卫星成像质量的问题,以新一代敏捷卫星任务规划问题为背景,对云层信息进行建模,提出了一种云层遮挡时间窗口计算方法,通过引入预判和二分法推进计算环节来提高遮挡窗口的求解效率。根据任务约束条件建立了考虑云层信息的敏捷卫星任务规划模型,并利用蚁群算法进行寻优计算。具体设计了状态转移规则、任务安排规则和信息素更新规则。通过10个不同规模的情景案例进行仿真对比分析,仿真结果验证了云层模型和提出的处理方法在敏捷卫星任务规划问题上的有效性。     

敏捷成像卫星密集任务聚类方法

面向应急条件下的观测需求,为提高成像任务完成效率,对敏捷成像卫星密集任务聚类问题进行研究。分析了敏捷成像卫星观测过程,给出了任务聚类的俯仰、翻滚观测摆角及任务间过渡时间约束。建立了聚类图模型,给出了模型的构建算法。设计了一种基于最大最小蚂蚁系统的聚类算法,结合聚类模型特点设计蚁群策略,并对重叠和冲突的聚类任务进行处理。实验算例验证了模型和算法的有效性。     

卫星与浮空器协同侦察任务规划方法

针对卫星和浮空器协同对地侦察任务规划问题,提出了一种分阶段任务规划方法,将卫星与浮空器协同任务规划分为任务聚类、任务组分配和任务排程3个相继的阶段。使用层次聚类算法进行任务聚类,通过聚类形成多个任务组;给出了任务组分配的规划模型,将任务组与平台资源进行匹配;建立了任务排程的混合整数规划模型,并使用粒子群算法进行求解,将任务最终分配到相应的平台上。仿真结果表明,所提出的方法可行且有效。     

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。     

基于MAS的分布式卫星系统任务规划研究

针对分布式卫星系统的规划与调度问题,提出了一种基于多Agent协商机制的分布式规划与调度方法.首先建立了分布式卫星系统的分层分布式多Agent控制结构,并详细设计了各个层次Agent的功能.其次,给出了卫星Agent之间基于合同网的交互协议,设计了基于优先级的招标任务选择策略以及基于任务动态插入的投标方法,并给出了实现全局优化的评标策略和目标函数.针对观测环境的动态情形,给出了相应的动态任务处理流程.最后通过一个卫星编队实例进行了验证.     

Computational mission analysis and conceptual system design for super low altitude satellite

This paper deals with system engineering and design methodology for super low altitude satel ites in the view of the com-putational mission analysis. Due to the slight advance of imaging instruments, such as the focus of camera and the image element of charge coupled device （CCD）, it is an innovative and economical way to improve the camera’s resolution to enforce the satel ite to fly on the lower altitude orbit. DFH-3, the mature satel ite bus de-veloped by Chinese Academy of Space Technology, is employed to define the mass and power budgets for the computational mis-sion analysis and the detailed engineering design for super low altitude satel ites. An effective iterative algorithm is proposed to solve the ergodic representation of feasible mass and power bud-gets at the flight altitude under constraints. Besides, boundaries of mass or power exist for every altitude, where the upper boundary is derived from the maximum power, while the minimum thrust force holds the lower boundary before the power reaching the initial value. What’s more, an analytical algorithm is employed to numerical y investigate the coverage percentage over the altitude, so that the nominal altitude could be selected from al the feasi-ble altitudes based on both the mass and power budgets and the repetitive ground traces. The local time at the descending node is chosen for the nominal sun-synchronous orbit based on the average evaluation function. After determining the key orbital ele-ments based on the computational mission analysis, the detailed engineering design on the configuration and other subsystems, like power, telemetry telecontrol and communication （TT＆amp;C）, and attitude determination and control system （ADCS）, is performed based on the benchmark bus, besides, some improvements to the bus are also implemented to accommodate the flight at a super low altitude. Two operation strategies, drag-free closed-loop mode and on/off open-loop mode, are presented to maintain the satel-lite’s altitude. Final y, a flight planning schedule for the satel ite is demonstrated from its launch into the initial altitude at the very beginning to its decay to death in the end.     

考虑卫星指令上注的两阶段应急任务规划

多星对地观测应急任务具有突发性和高时效性,不同于常规任务的任务规划,应急任务规划需快速响应任务需求。考虑多星应急任务规划指令上注和数据下传这两个制约应急任务规划的关键因素,设计了基于固定周期的决策统筹规划和基于测控站的局部调整规划相结合的任务规划调度策略。在满足应急任务尽早下传的条件下,提出一种两阶段算法来解决不确定到达的应急任务的动态规划问题。最后通过实验验证了所提算法解决应急任务规划的有效性。     

面向中小型碎片的卫星自主观驱规划仿真研究

针对目前地基探测系统无法对中小型碎片清晰成像的问题,提出了一种面向中小型碎片的卫星自主光学观测与驱离规划仿真方法。该仿真方法采用C++、QT、STK(satellite tool kit)进行联合设计,主要包含批量碎片生成模块、光学观测模块、碎片与卫星交会模块和自主驱离规划模块,可有效实现海量碎片数据的筛选,以及自主观测与驱离任务下的卫星姿态与驱离载荷的开关机时间的时序规划。最后,通过space-track网站和在卫星轨道周围批量生成碎片作为输入条件,有效验证了该仿真方法的可行性。     

结合Agent技术的飞行任务规划GDSS研究

如何更好地利用领域专家和计算机软系统相互协调实现飞行任务规划成为近年来对飞行任务规划研究的一个热点。在飞行任务规划系统功能、结构和特点分析的基础上,借鉴了群决策支持系统(GDSS)理论和人工智能领域的Agent技术,将飞行任务规划系统设计成以各个领域专家为核心,利用Agent定义的全新飞行任务规划群决策支持系统,并给出其描述模型。该设计以具有领域专家为核心,各个Agent相对独立,系统结构灵活等特点。     

面向多无人机协同对地攻击的双层任务规划方法

无人机(unmanned aerial vehicles, UAVs)的任务规划包含任务分配、执行顺序确定以及航迹优化等。为了达到任务规划的全局最优,需要全盘梳理任务的各个方面,提出高效的优化策略。综合考虑任务规划过程中任务分配、执行顺序确定以及航迹优化等方面的需求和相互间影响,首先从优化框架出发, 设计了双层互耦的任务规划求解策略, 而后将任务规划模型分为上层任务分配和下层任务序列优化, 并对每一层的优化方法和优化步骤进行了详细设计。在任务分配问题中, 基于模拟退火算法, 提出了可跳出局部最优的模拟退火-撒点(simulated-annealing-shooting, SAS)算法, 并详细探讨了算法参数的设计原则。最后通过仿真分析, 验证了所提出的规划框架和SAS优化算法的有效性。     

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。