多星测控调度问题综述

多星测控调度问题是指对多颗卫星和地面站之间的测控任务进行调度,是一类高约束、高计算复杂度的任务资源分配问题。本文对国内外相关领域研究情况进行了探讨,从问题的模型描述、解决算法以及最终方案优化等方面,对多星测控调度问题的研究情况进行了分析和总结。在此基础上指出多星测控调度问题的发展趋势。     

一类适用于多星测控调度问题的模型及求解算法

多星测控调度是一个复杂的NP—hard问题,其模型和算法的研究一直是求解的关键和难点。本文从组合优化角度对问题进行描述,建立了多星测控调度问题的数学模型,并利用启发式调度算法予以求解。最后,将算法应用于一个6站10星的调度问题,进行了数值仿真研究。仿真表明,算法能在较短时间内求得任务支持率高且资源使用相对均衡的解,具有较好的寻优能力。     

基于多活性代理的多星测控调度方法

多星测控调度问题是一个具有多时间窗口、多资源约束的优化问题,其中多星测控任务调度的建模和求解算法是关键。在多活性代理理论的基础上,引入任务调度活性度概念及多活性代理活性保持的协调协商机制,建立基于活性度的多星测控调度模型,并给出一种多活性代理协调协商遗传算法。最后给出实验示例对所提出的算法进行仿真验证。仿真实验表明,所提出的基于多活性代理协商协调的模型及算法能够更好地解决多星测控任务调度问题。     

多星监测调度问题的建模与仿真研究

多星监测调度问题属于典型的资源受限项目调度问题,对其模型研究一直是求解该问题的难点和关键。本文首先对多星监测调度问题进行问题描述,并分析了该问题特有的约束条件及实际应用中的调度需求;其次,在综合考虑监测卫星数目尽可能多、优先级高的卫星优先监测、监测任务平均分配等3类优化目标的基础上,为该问题建立了一个组合优化模型;最后,将该模型应用于2站10星调度的仿真实例中,结论表明该模型能够为多星监测调度问题的求解提供有效的支持。     

面向应急条件的多星动态调度方法

 针对应急条件下多星动态调度问题,建立了多目标数学规划模型,提出了应急条件多星成像任务合成策略:建立多星多轨任务合成图(MSMOTMG)模型,提出任务合成算法CP-TM。为克服合成导致任务成像机会减少的缺陷,提出了基于合成任务分解的修复技术。此外,为进一步提高调度效率,考虑了任务在等待队列中的向后移位策略,提出了综合考虑任务合成、修复和向后移位的多星动态应急调度(TMRBS-DES)算法。通过大量模拟实验,将TMRBS-DES算法同RBHA算法,以及3个baseline算法(BS-DES、TMR-DES和TMBS-DES)进行了比较。实验结果表明TMRBS-DES算法提高了调度质量,适用于应急条件下多星动态调度问题。     

载人空间站工程测控通信系统挑战和机遇

针对载人空间站工程对测控通信系统提出的更高测控覆盖率、更高可靠性、长时间连续测控、高数据传输速率、多目标同时测控等需求,提出了采用天地基相融合的测控通信模式,构建以中继卫星系统为主的天基测控通信模式,利用"北斗"卫星导航系统实现自主可控的高精度轨道确定,合理布局和调度地面测控站,提升地面站工程遥测码速率和双目标支持能力,实现减站增效。对天地基测控资源进行一体化考虑,实现按需调度,完成空间站持续高可靠测控通信任务。讨论了测控数传一体化发展思路,建设Ka频段测控站,同时实现测控和高速数据传输。基于IP(互联网协议)开展天地一体化设计,提出了网络化测控的思路。     

我国航天测控通信网的展望

一、前言航天测控通信网由通信传输手段、时统系统、数据传输系统和调度指挥系统四部分组成,是一个相对独立的测控勤务保障系统。该网的特点是专业面广、涉及台站多、通信基线长以及可靠性高等。随着我国对外开放、航天事业进入国际市场,对本网提出了更高的要求。我国航天测控通信网的任务是:为各发射场区、各跟踪测控台站、海上测量船的测控设备提供标准时间、标准频率信号,并使它们保持同步;完成测控网内各种数据的实时可靠传输;保障任务过程中的统一调度指挥和测控业务协调通信。     

COTS星载双模测控应答机基带设计与实现

提出了一种星载双模测控应答机基带设计方案,采用COTS（商用现货）器件实现,能较好解决星载功率受限和空间辐射效应引起的相关问题。测控应答机主处理器由反熔丝FPGA（现场可编程门阵列）实现,可在低功耗条件下保证最基本测控需求,解调上行DPSK（差分相移键控）信号,调制下行扩频信号;协处理器受主处理器控制,由SRAM（静态存储器）FPGA来实现,对上行扩频信号进行解扩解调。测控应答机可根据星载电源功率情况和不同测控任务切换模式,具有成本低、可靠性高、使用灵活等优势。     

小卫星测控网的几种发展思路

根据小卫星的特点及现状,对小卫星测控网的发展提出了几种思路,客观地指出了各种测控体制的优缺点,初步阐述利用扩频技术解决小卫星测控中的多星测控和系统容量问题,探讨利用商业通信系统解决低轨低倾角小卫星的遥测遥控问题,初步分析小卫星任务中工程测控和业务测控的合分问题,为我国小卫星测控网的建设提供参考意见。     

敏捷成像卫星多星密集任务调度方法

 面向应急观测需求,对敏捷成像卫星多星密集点目标观测任务调度问题进行研究。针对敏捷成像卫星观测特点,综合考虑卫星可观测时间窗口、任务间卫星姿态调整时间、卫星最长连续工作时间、星上存储容量、卫星能量等约束,建立多星任务调度模型。提出了一种改进的蚁群优化(ACO)算法对调度模型进行求解。该算法借鉴了蚁群系统(ACS)和最大最小蚂蚁系统(MMAS)的思想,结合调度相关约束设计寻优策略和信息素更新策略。引入任务优先级、最早及最晚可观测时间等因素来控制转移概率。仿真结果验证了模型和算法的有效性。     

基于数字多波束天线的多星测控系统

针对多星测控存在的问题和技术解决途径,提出采用数字波束形成技术实现单站多星测控的方案,简要说明了系统的体系结构和工作原理,指出了系统特点和技术难点。基于数字多波束天线的多星测控系统具有良好的技术基础和应用前景。     

交会对接任务天基双目标测控通信设计

针对交会对接任务对测控通信提出的高覆盖率和双目标测控等需求的问题,分析2颗中继卫星能够提供的覆盖率,设计双目标测控工作模式以及天地协同机制,计算中继链路的性能,分析表明,天基测控可提供约72%的测控覆盖率,能够支持双目标测控,链路余量满足要求;统计了任务中关键段落的测控通信工作情况,分析结果和实际任务情况验证了天基测控在交会对接任务测控通信中的重要作用;最后提出后续任务改进和完善的建议。     

基于Transformer层次预测的多星应急观测任务规划方法

应急观测任务规划是一个强时效性的复杂组合优化问题,必须在规定的时限内完成相应的计算。采用机器学习的方法对规划问题进行初始规划方案预测,可以有效地简化计算复杂度。为此,提出一种基于Transformer层次预测的多星应急观测任务规划方法,将多星任务规划的求解过程分解为3个步骤：首先,利用基于Transformer的任务可调度性预测模型预测待规划任务是否执行,得到预执行任务集合;然后,基于Transformer的任务分配模型对预执行任务集合分配卫星,得到初始规划方案;最后,利用基于随机爬山的约束修正算法对初始规划方案进行优化调整,得到可行规划方案。为验证所提方法的有效性,通过大量仿真实验与CPLEX优化器、标准遗传算法、长短期记忆网络等方法模型进行比较,实验结果表明所提方法计算耗时短,规划收益高,适用于多星观测任务快速规划。     

测控弧段优先级的确定及量化

测控弧段优先级的确定及量化是多星测控过程中对航天器提供测控支持一个重要环节，它与诸多因素有关。测控支持需要进行优化，以期找到一个满意解，由于多目标之间的矛盾性，一般不可能使所有目标同时都达到最优。本文提出利用层次分析法（AHP）分析了影响多星测控的因素，划分了层次结构图，给出该问题的数学模型，并进行了仿真计算。通过实例分析，表明该方法行之有效。     

船载多目标模拟器的构建与应用

船载统一S频段（USB）测控系统是我国航天测控网的重要组成部分,承担着一箭单星或一箭多星的海上测控任务。从航天测量船执行多目标测控任务的特点出发,分析了测量船船载飞行目标模拟器的现状以及对多目标模拟器的需求。提出了在船载USB联试应答机的基础上,通过改造应答机的部分模块,构成多目标模拟器的方法,并成功地在某次实战任务中得到了应用。     

测控信息自动监视报警系统的研究与开发

从测控任务实际出发,对测控站测控信息异常情况进行总结和分类,提出了科学、合理的数据异常判决方法。开发了测控信息自动监视报警系统,对测站测控信息进行实时监视、显示和异常情况报警,并将语音报警提示接入测站调度系统,实现了对测站测控数据的全程自动监控。     

基于任务聚类的多星观测调度方法

星上传感器侧摆次数有限,在卫星观测调度时进行任务聚类可以节省资源,提高观测效率.提出了动态聚类调度算法(DCSA)来解决多星多轨道圈次的观测调度问题,DCSA把聚类和调度动态结合起来,并使用模拟退火算法搜索全局最优解;分析了在满足分辨率需求前提下多任务聚类的约束条件,并对聚类任务的侧摆角度和时间窗口进行合理优化;根据任...     

多星测控系统资源配置效能评价指标体系研究

对资源配置效能进行评价,是多星测控过程中对航天器提供测控支持的一个重要环节。综合考虑卫星用户、地面站资源拥有方和测控中心控制方等三方观点,可以提出主要评价指标,建立主要多星测控系统资源配置效能评价指标体系,并利用层次分析法(AHP)对诸多影响因素进行初步定性、定量分析,划分层次结构图,给出相关数学模型,同时通过实例分析对模型和算法进行验证。     

用户星中继终端在轨应用策略

在介绍在轨用户星中继终端的分类、功能和使用现状的基础上,重点对用户星中继终端多约束条件进行了梳理分析。为缓解常态化应急测控带来的资源紧张矛盾,提出了用户星中继终端在轨应用策略,即Ka/S模式下影随测控,小S模式下定时捕获。针对Ka+小S模式下实现影随测控的可行性问题,利用STK(Satellite Tool Kit,卫星开发工具包)软件进行了仿真计算分析,结果表明:为实现影随测控,满足测控快速响应需要,要求星载S频段中继测控天线对中继卫星的覆盖范围,应大于星载中继数传天线对中继卫星的覆盖范围。     

测控中心计算机系统的自主可控技术研究

测控中心计算机系统是测控中心的核心枢纽,通过自主可控技术加强其安全性,摆脱对国外软硬件的依赖,是当务之急。在分析测控中心计算机系统特点的基础上,对测控中心计算机系统自主可控技术的研究与实践进行了总结,列举了实践中遇到的基础部件国产化程度不高、开源软件问题多、自主可控产品商品化程度不高等问题。针对自主可控技术不甚成熟的情况,提出了国产软硬件产品的技术摸底、详尽测试、加强基础软件的版本管理和控制等发展建议,以推动自主可控技术在测控中心领域的应用和发展。