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。     

一种卫星成像调度的约束修正方法

约束修正是卫星成像调度的重要组成部分,负责处理成像调度方案的约束满足与优化的问题.为得到优化可行的成像调度方案,针对一类带有卫星存储器和数据下传等约束的卫星成像调度问题,提出一种新的约束修正方法.首先构建时间序有向图模型,将约束修正问题归结为点带约束成本的路径搜索问题,针对该模型提出一种基于标记更新的约束修正算法.通过针对实际问题的实验分析,表明该方法能够在规定的时间内求得问题的最优解,有效的解决了卫星成像调度的约束满足与优化问题.     

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.     

考虑任务聚类的多星观测分阶段调度方法研究

单个轨道圈次内星上能量和侧摆次数有限,在卫星观测调度时考虑任务聚类可以提高观测效率。分析了满足用户分辨率需求下多任务聚类的约束条件,并对聚类任务的时间窗口和侧摆角度进行了合理优化。提出了先聚类后调度再修复的分阶段求解策略:首先用团划分聚类算法和启发式插入聚类算法把多星多轨道圈次观测调度问题转化为单星单轨道圈次观测调度问题,然后采用基于时间序无圈有向图的多准则优化卫星调度方法求解单星单轨道圈次调度问题,最后提出一种修复策略进一步优化调度结果。案例仿真表明,提出的方法可行,能够提高卫星的观测效率。     

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。     

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。     

基于有效准则矢量生成的成像调度方法

进行高效成像调度是卫星控制的一项重要任务。通过将成像需求序列对应为有向图中的成像路径,结合成像调度问题特点,基于多个优化准则使用支配关系对成像路径质量进行综合评价,提出有效准则矢量生成算法。利用成像有向图的拓扑特性,基于时间顺序顶点选择策略进行顶点标记更新,生成出有向图中所有的有效准则矢量及每个准则矢量对应的一条Pareto优化路径。实验结果表明,获得的有效准则矢量数目小,算法可以在较短时间内得到多条具有代表性的优化成像路径,满足卫星成像调度的时间和性能要求。     

卫星有效载荷的规划与调度

卫星有效载荷的规划与调度要求是指卫星根据自身资源情况合理安排各个载荷的工作状态,在满足各种资源约束的条件下实现资源的优化配置.有效载荷的规划与调度可以归结为典型的资源受限的规划与调度问题.本文以对地观测卫星的有效载荷系统为例,分析了卫星的资源特点和载荷的工作特性,在此基础上提出了一种有效载荷规划与调度的方法.仿真实例表明了算法的可行性.     

基于并行禁忌遗传算法(PTGA)的预警卫星传感器调度研究

对预警卫星的传感器调度进行了研究，提出了传感器管理调度的系统组成。通过对传感器调度的分析，建立起相应的数学模型，定义了评价指标。结合并行遗传算法和禁忌搜索的特点，提出了一种新的解决预警卫星传感器调度问题的并行禁忌遗传算法(PTGA)。该算法采用多种群和禁忌搜索思想改进遗传算法的性能，从而提高整个算法的收敛速度和精度。实验结果表明该算法有效地解决了多目标情况下的传感器实时调度问题，并优于一般启发式算法。     

天地测控资源一体化调度模型

测控资源的天地一体化调度是一个具有多时间窗口、长时间窗口等复杂约束的优化问 题。借鉴低轨卫星测控调度任务需求描述方式,在对中高轨卫星的轨道测量和轨道保持等需 求进行分析的基础上,给出了适于调度算法设计的高中低轨任务需求规范化描述;针对天基 和地基测控资源的测控特点,以卫星任务需求加权满足率最大为目标,建立了天地资源的一 体化调度模型;并设计了基于遗传算法的调度策略。仿真表明,所建模型和算法是可行的。
     

SpaceFibre星载网络服务质量实现研究

为实现SpaceFibre星载网络中短时间内大量实时数据流的可靠传输，满足不同空间任务的服务质量(QoS)要求，提出一种基于二进制序列调度的新算法。该算法根据星载网络中的不同流量特征生成对应的二进制调度序列，可以很好地解决复杂数据流量的调度与不同数据流量带宽需求之间的权衡问题，实现了SpaceFibre协议框架下的QoS功能。最后给出了算法的延时性能分析与实例仿真，结果表明由该算法生成的二进制序列调度机制在传输时延上有着较好的灵活性和确定性。     

星座系统的信息网络设计

多星组网、编队飞行是小卫星应用领域的发展趋势。与之相适应，卫星信息系统正从单星向多星网络化发展，形成一个具有优化拓扑结构、完善通信协议和管理调度机制的统一天基信息网络系统，以实现对协同工作的多星系统的飞行任务管理。文章针对星座系统信息网络的技术特点、拓扑结构设计、网络模型设计、协议设计和一体化设计方法进行了论述，并从工程角度出发，分析了设计过程中应着重解决的关键技术问题。     

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络（Spatial Information Network, SIN）地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间（Heterogeneous Earliest Finish Time, HEFT）算法进行求解。仿真结果表明：卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。     

高精度天基多星时差无源定位算法研究

天基多星时差无源定位系统具有定位精度高、单星设备量小等优点,军事民用前景广阔。分析天基多星时差无源定位的原理,提出基于最大似然估计的定位算法,给出定位精度,并进行计算机仿真,验证了算法的有效性。该算法具有较高的工程应用价值。     

卫星遥测数据实时压缩算法设计与实现

为了满足多星并行遥测数据处理和海量数据高并发分析的性能需求，便于后续进行数据挖掘、智能预警，本文提出并实现了一种卫星遥测数据实时压缩算法。针对遥测数据的特点，提出了遥测自适应分类方法，采用改进型RLE（Run Length Encoding，行程编码）压缩和增量压缩结合的算法，结合数据库技术，实现了遥测数据的压缩。在某型号卫星研制项目中，采用了该算法进行数据压缩，统计分析表明：该算法起到了很好的压缩效果。     

卫星动平台下动态门控调度的设计与实现

当运动节点构成的大规模动态平台执行分布式协作任务时,如何保证关键数据通信的实时性和确定性,这是一项新的挑战。文章以时间敏感网络（time sensitive networking,TSN）技术为背景,结合卫星构成的分布式动态通信平台上的链路特性,基于TSN中的门控调度技术,提出了一种适用于卫星链路场景下的动态调度算法。通过改进TAS（time aware shaper）调度算法,减少卫星动平台因通信距离动态变化以及空间摄动等因素造成的传输时延,从而增加动平台上卫星通信系统的确定性。同时根据动态卫星链路周期性运动特征,提出周期性门控调度机制,保证所有周期内相同时间点的门控调度一致。最后通过现场可编程门阵列（FPGA）设计的验证测试结果表明,提出的TAS改进方案可以适用于卫星网络的确定性调度,充分发挥时间敏感网络的优势。     

先进上面级变轨段姿态解耦控制研究

针对多星部署先进上面级变轨段三轴姿态严重耦合以及主发动机开机引起的较大干扰力矩问题,研究了基于反馈线性化的姿态解耦算法。通过给出上面级多星部署任务中的坐标系和姿态角定义,建立了欧拉角描述的姿态动力学与运动学方程。分析了推力矢量与姿控发动机的控制方案,描述了该方案中主发动机、伺服机构和姿控发动机的配置结构,推导了推力矢量控制中的主发动机摆角计算公式和主发动机工作时质心偏移引起的干扰力矩。基于反馈线性化理论,设计了上面级姿态解耦控制律。算例验证结果表明姿态角速率误差和姿态角误差能够快速趋于1°/s和0.5°。文中设计的姿态解耦控制算法具有良好的稳定性和可行性。     

嫦娥四号动力下降段图像可视化传输方案

针对嫦娥四号降落相机在动力下降段的图像可视化传输需求和深空通信下行数传信道带宽受限的矛盾，文章提出了一种动力下降段速率自适应的可视化图像传输方案，对如何保证降落相机图像下传的实时性、完整性、速率自适应性等关键问题进行了讨论，并对方案中涉及的抽帧回放算法、帧格式识别方法、合路调度算法等关键技术进行了详细说明。同时，文中给出了该方案在嫦娥四号在轨的验证情况，结果表明，在数传通信速率受限的情况下该方案实现了降落相机图像的存储管理和可视化下传，具有实时性高、速率自适应、图像下传完整等特点，可以为其他航天器数据管理系统设计提供参考。     

一箭多星发射卫星空间距离测量与预报技术

多星空间距离测量是一箭多星发射的一项重要任务。由于站点分布限制和轨道条件约束,国内多数卫星存在地面不可监测弧段,传统的地基测定轨方法无法满足全弧段连续性要求。针对上述问题,对星间距离测量技术进行了研究,提出了利用GPS进行星间距离测量的方法;并提出利用基于GPS数据的简化动力学模型法及多项式拟合法进行星间距离测量和预报,结果显示,预报10min的位置精度为数十米量级。该方法突破了地基测控可见区的限制,实现了全弧段的轨道确定,并规避了GPS接收机可能存在的短时中断或由于通信原因不能实时获得测量结果的风险;可为分析确定多颗卫星间的安全距离提供参考。