敏捷成像卫星调度的改进量子遗传算法

针对敏捷成像卫星调度问题中解空间大，选择任务的搜索空间和确定任务观测时间的搜索空间分别是离散域和连续域的难题。建立了多种决策变量混合的敏捷成像卫星调度模型，提出一种改进的量子遗传算法对其求解，改进的量子遗传算法采用二进制与实数杂合的编码方式，降低染色体的基因位编码数目，提高了搜索效率，有效适应了敏捷成像卫星调度问题中离散与连续混合的解空间；以杂合编码为基础，设计对应的观测函数将敏捷成像卫星调度问题的解映射到相位空间，从而将量子优化机制引入敏捷成像卫星调度问题中，利用量子遗传算法在相位空间搜索的特性解决敏捷成像卫星解空间大、解空间离散与连续并存的问题。最后，通过不同规模的仿真校验对算法的调度效果进行测试和分析。结果表明，所提改进的量子遗传算法在收敛速度和方案收益方面都有较好的表现，能够满足敏捷成像卫星调度的需要。     

一种新的卫星测控资源调度模型及其求解算法

针对低轨卫星测控资源优化调度问题,以卫星可见弧段为调度元素建立了一种新的复合独立集模型.新模型可分解为多个具有约束关系的子优化问题.在应用蚁群优化算法求解该问题时,蚁群分别对各子问题的可行域进行搜索,并引入局部搜索策略提高蚁群算法的求解质量.实验结果表明,该算法具有较快的收敛速度,能够生成较好的调度计划,测控网的利用率获得提高.     

卫星数传调度问题的速度可控粒子群优化算法

针对卫星数传调度这一类复杂的约束组合优化问题,提出了一种速度方向和尺度可控的粒子群优化求解算法。为克服粒子群算法的早熟问题,该算法引入了速度更新的方向控制规则和尺度控制规则用于增加群体的多样性,并根据两种控制规则,提出了种群粒子的速度迭代策略,实现了算法运行过程中粒子间吸引和排斥过程的动态调整,同时保证了算法的收敛速度。设计了卫星数传调度问题的编码和解码方式,并证明了该编码方式下最优可行解的存在性。通过仿真实例验证了算法的有效性,并分析了算法控制参数对优化结果的影响。     

星地动态双向时间同步与测距算法

针对卫星运动对星地距离和钟差测量的不利影响,提出一种基于最小二乘拟合的星地动态双向时间同步与测距算法。在建立星地可视模型基础上,仿真了MEO运动卫星与地面时间同步站之间星地距离的变化规律,分析了卫星运动对星地双向时间同步与测距的主要不利影响。该算法首先利用星地双向时间同步数据分别生成星地距离和钟差拟合多项式,然后联合求解出运动卫星误差最小的星地距离与钟差。实验结果表明了该算法的合理性和科学性,在包含仿真误差的条件下,其时间同步精度优于3ns,测距精度优于3m。将其应用到各种空天应用系统的星地时间同步与测距中,可以消除卫星运动对双向时间同步与测距的不利影响,提高时间同步与测距精度。     

改进差分进化算法求解多成像卫星调度问题

针对多成像卫星联合调度规划建模难度大和求解复杂度高等问题,通过分析成像卫星的成像过程和工作原理,将成像卫星调度过程分为调度预处理、任务规划和调度优化3个阶段。在调度规划过程中,建立了多星联合调度约束满足最优化模型,采用启发式算法思想,定义了个体适应度评估函数,设计了任务冲突消解方法,提出了一种改进的差分进化算法。在此基础上,采用一些确定性规则对调度规划方案可行解进行了评估和二次优化。结果表明:提出的成像卫星调度问题求解方法能够有效地分配卫星资源,生成优化的调度方案。设计结果也能够为卫星系统最优化设计和效能评估提供必要的决策支持。     

综合点目标和区域目标的多星观测调度

卫星遥感应用中存在点和区域两类任务,两类任务的调度方式存在区别,将二者综合调度困难.本文将点目标视为特殊的区域目标,将它们按照卫星观测机会分解成元任务,并将两类任务统一成元任务.根据任务类型分别构建收益函数,兼顾了二者在收益计算上的差异,从而建立综合模型对两类任务统一处理.根据问题特征,设计了具有多重分化机制的模拟退火算法进行求解,通过随机扰动、重排列及重启动三种分化机制,避免算法陷入局部最优,以得到更优解.实例验证了方法的有效性.     

考虑成像质量的敏捷卫星任务调度模型与算法

针对敏捷卫星任务调度中成像质量受观测时间影响的特点,构建考虑观测时间因素的约束满足模型,提出一种将离散差分进化与变邻域搜索相结合的求解算法(DDE-VNS)。首先,描述敏捷卫星任务调度时间约束;其次,考虑观测时间对成像质量的影响、任务间姿态转换时间约束、星上存储与能量约束等因素构建了敏捷卫星任务调度的约束满足模型;再次,设计离散差分进化的变异、交叉和选择算子,采用变邻域搜索对每次迭代的最优解进行局部搜索以寻找更好的邻域解,并给出了算法的实现流程。仿真结果表明,利用该模型可获得收益值较高的调度方案,且该算法在收敛速度更有优势。     

一种基于空间映射的多星成像调度方法

针对NP难解的多星成像过度调度问题,从置换空间到问题空间的映射方法和置换空间 搜索算法两方面进行了研究。基于资源优先卫星分配算法,建立了置换空间到问题空间的映 射关系,以在置换空间优化多星成像调度。提出了一种分散式随机搜索算法,基于有记忆随 机邻域搜索,在置换空间上搜索产生优化调度的置换序列。实验表明,所提算法相对模 拟退火算法平均获得3.12％的改进。     

应急条件下星地资源综合运用模式研究

以应急条件下卫星应用需求为牵引,分析了我国现有星地资源运用过程及其面临的综合运用能力弱、数传资源浪费等不足,提出了一种适合应急条件下星地资源综合运用的新模式,并分析了其中涉及的数传网,卫星资源、测控资源、数传资源数据库,以及综合运用调度模型和算法等关键技术。新模式建立了数传网的概念,在任务规划时综合考虑卫星资源、测控资源及数传资源分配,旨在最大程度地发挥星地资源的综合运用能力。仿真结果表明,提出的新模式能够有效缩短应急条件下的任务需求响应时间。     

考虑目标间不同转换方式的成像卫星调度

针对相邻目标间具有不同转换方式的成像卫星调度问题,分析动作转换时间、存储容量、卫星能量等复杂约束,建立动态拓扑结构无环路有向图模型,引入非约束支配路径的概念,提出基于标记更新思想的动态路径搜索算法(DPSA)对问题进行求解。实验结果表明,考虑目标间不同转换方式的DPSA算法在牺牲一定求解效率的基础上,能够全面提高调度效果。     

动态跳波束策略中的自适应波束功率分配算法

摘要：多波束卫星发射机的成本很高，同时地面小区的通信需求和通信优先级一直处在动态变化中。通过研究一种动态波束跳跃策略，实现在卫星资源受限和较少发射机数量约束下的广域覆盖和按需服务。区别于传统的分簇波束跳变思想，为了提高卫星系统的频谱效率，考虑在整个频率带宽上应用全局波束跳变。因此考虑在共信道干扰背景下，提出一种新型服务质量指标来衡量波束跳变结果。在卫星资源有限的情况下，各波束提供的通信容量不能满足地面小区的业务请求，基于粒子群算法选择的波束跳动图案，提出了一种自适应波束功率分配算法。该算法通过优先级加权，最小化波束业务容量需求差值，进而提高服务质量水平。最后，通过仿真验证了所提算法的性能优越性。     

基于过渡区的序列图像运动目标分割方法

序列图像运动目标检测技术是目标搜索与跟踪系统的一项核心技术.提出了一种基于过渡区的序列图像运动目标分割方法,该方法通过提取序列图像过渡区来进行目标分割,并与传统的阈值分割算法进行效果比较.实验结果表明,该方法能取得更好的序列图像运动目标分割效果.     

北斗系统地固系自主定轨算法

为避免传统惯性系自主定轨算法中的多次坐标转换，针对地固系分布式自主定轨算法原理及其中的关键技术开展研究。给出在地固系中进行自主星历生成的总体框图，推导了地固系自主定轨算法的基本方程，提出一种新的以地固系位置速度为状态量的状态转移矩阵解析计算方法并分析其计算量，证明了地固系自主定轨算法可以进一步降低定轨算法复杂度，且无需上注地球定向参数进行坐标转换。使用仿真数据和真实在轨测量数据的测试结果表明，提出的地固系分布式自主定轨算法与传统算法定轨精度相当，说明了所提算法的可行性，验证了星载自主定轨原型软件的有效性。     

液体火箭发动机地面试车实时故障检测算法

为了实时有效地检测液体火箭发动机地面试车中的故障,提出了改进自适应阈值算法(IATA)。讨论了自适应阈值算法(ATA)的原理,研究了其改进方法,提高了算法对故障的敏感性和对新试车数据的适用性。通过大量历史试车数据和实际热试车对IATA算法实时性和有效性的验证表明,IATA算法不仅能够及时地检测到异常试车的故障,同时,对正常试车也没有误报警,简洁有效,计算量小,检测速度快。因此,IATA算法适用于液体火箭发动机地面试车的实时故障检测。     

基于改进ALO-RBF的高频地波雷达海杂波预测模型

高频地波雷达是海上动目标检测的重要手段，其中海杂波是影响海面目标检测性能的主要因素。为了提高海杂波的预测精度进而有效抑制海杂波，本文提出了一种基于改进蚁狮算法（Ant Lion Optimizer，ALO）优化RBF神经网络的海杂波预测模型（MGPALO-RBF，Multiple elites dynamic guidance Ant Lion Optimizer based on Gaussian difference variation-based learning with Perturbation factor-radial basis function）。由于标准蚁狮算法具有易陷入局部最优且收敛速度慢的缺点，本文在蚂蚁进行随机行走的过程中加入扰动因子以增加种群的活跃性和多样性，并提出多个精英动态引导机制，强化算法前期的探索能力和后期的开发能力，同时对种群中较差蚁狮进行高斯差分变异以提高算法的收敛速度。仿真结果表明：改进的蚁狮算法在对比算法中具有更高的收敛精度和收敛速度，MGPALO-RBF模型具有更好的海杂波预测性能。     

Study on TT&C resources scheduling technique based on inter-satellite link

The navigation constellation will have the capability of supporting Tracking Telemetry and Command (TT&C) operations by inter-satellite link (ISL). The ISL will become an important solution to reduce the shortage of ground TT&C resources. The problems need to be studied urgently in the field of space TT&C network resources scheduling management are how to determine the availability of ISL and how to allocate TT&C resources of ISL. The performance and scheduling constraints of navigation constellation?s ISL are analyzed, and three utilization strategies of ISL to perform TT&C operations are proposed. The allocation of TT&C resources based on ISL falls into two successive phases. Firstly, master satellite determination equation is established by using 0–1 Programming model based on the availability matrix. Mathematical method is used to solve the equation to determine the master satellite and the topology of ISL. Secondly, Constraint Programming (CP) model is used to describe the ground TT&C resources scheduling problem with special requirements of TT&C operations based on master satellite, and a heuristic algorithm is designed to solve the CP model. The equations and algorithm are verified by simulation examples. The algorithm of TT&C resources scheduling based on ISL has realized the synthesized usage of both the ISL and ground resources on TT&C field. This algorithm can improve TT&C supports of territorial ground TT&C network for global navigation constellation, and provides technical reference for the TT&C mission planning of global constellation by using ISL.     

Development of a high-precision selenodetic coordinate system for the physical surface of the Moon based on LED beacons on its surface

The paper presents a mathematical algorithm for processing an array of angular measurements of light beacons on images of the lunar surface onboard a polar artificial lunar satellite (PALS) during the Luna–Glob mission and coordinate–time referencing of the PALS for the development of reference selenocentric coordinate systems. The algorithm makes it possible to obtain angular positions of point light beacons located on the surface of the Moon in selenocentric celestial coordinates. The operation of measurement systems that determine the position and orientation of the PALS during its active existence have been numerically simulated. Recommendations have been made for the optimal use of different types of measurements, including ground radio trajectory measurements, navigational star sensors based on the onboard star catalog, gyroscopic orientation systems, and space videos of the lunar surface.     

Time-optimal trajectory planning for underactuated spacecraft using a hybrid particle swarm optimization algorithm

A hybrid algorithm combining particle swarm optimization (PSO) algorithm with the Legendre pseudospectral method (LPM) is proposed for solving time-optimal trajectory planning problem of underactuated spacecrafts. At the beginning phase of the searching process, an initialization generator is constructed by the PSO algorithm due to its strong global searching ability and robustness to random initial values, however, PSO algorithm has a disadvantage that its convergence rate around the global optimum is slow. Then, when the change in fitness function is smaller than a predefined value, the searching algorithm is switched to the LPM to accelerate the searching process. Thus, with the obtained solutions by the PSO algorithm as a set of proper initial guesses, the hybrid algorithm can find a global optimum more quickly and accurately. 200 Monte Carlo simulations results demonstrate that the proposed hybrid PSO–LPM algorithm has greater advantages in terms of global searching capability and convergence rate than both single PSO algorithm and LPM algorithm. Moreover, the PSO–LPM algorithm is also robust to random initial values.     

基于人工蚁群的红外弱小目标检测方法

提出一种基于人工蚁群的红外弱小目标检测方法.首先利用模糊隶属度函数对图像进行预处理获取可能的目标点;然后利用该结果与信息素一起共同指导蚂蚁的行为;最后通过蚂蚁行走路径上的信息素分布进行更新,使得分布在目标路径上的信息素逐渐增大,逐渐向真实的目标图像收敛达到抑制背景的目的.仿真和实验表明,与固定权值滤波方法和最大化中值滤波方法相比,该方法能够有效地从复杂背景的图像序列中检测弱小目标.     

多目标融合的冗余空间机械臂碰前轨迹优化

面向在轨对接与装配任务,提出了多目标融合的冗余度空间机械臂碰前轨迹优化方法。通过分析任务特点,阐述了空间机械臂碰前的多重任务目标。针对由空间机械臂连续轨迹跟踪、碰撞姿态控制及碰撞冲量幅值优化三个目标组成的第一类任务,通过设置任务优先级融合多目标并采用基于主任务零空间的方法实现对碰前轨迹的优化;而对由空间机械臂点到点规划、碰撞姿态控制及碰撞冲量幅值优化三个目标组成的第二类任务,通过设置任务权重将多目标融合并采用遗传算法对碰前轨迹进行优化。以典型七自由度机械臂为例开展仿真实验,验证了提出的轨迹优化方法的有效性。