对地观测卫星调度的混合整数规划模型及求解

首先简要介绍对地观测卫星的成像过程,详细分析多星调度过程中涉及的各种约束。在此基础上,将对地观测卫星调度问题看作一类具有时间窗口的并行机器调度问题,对其进行了数学描述,并建立对地观测卫星调度的混合整数规划模型。采用列生成法,将多卫星调度问题分解为集合分割主问题和单卫星调度子问题,通过循环迭代来求解调度模型。最后,针对本文提出的算法设计一个问题实例,并给出算法计算结果。结果分析表明,列生成法的效率与问题规模大小相关。     

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。     

考虑任务合成的成像卫星调度问题

某些成像卫星的侧摆机动性能较差,限制了卫星的观测能力,需要考虑任务合成以提高观测效率。建立了考虑任务合成的成像卫星调度问题模型,并提出了求解该模型的快速模拟退火算法(VFSA)。算法针对元任务及合成任务分别构造邻域,采用合成邻域、分解邻域实现调度过程中任务动态合成操作。采用“冒险”的接受概率和快速退火计划,提高算法的求解速度。采用回火机制及3种分化策略,避免算法陷入局部最优。大规模测试算例验证了算法的效率。     

考虑任务合成的成像卫星调度问题

某些成像卫星的侧摆机动性能较差,限制了卫星的观测能力,需要考虑任务合成以提高观测效率.建立了考虑任务合成的成像卫星调度问题模型,并提出了求解该模型的快速模拟退火算法(VFSA).算法针对元任务及合成任务分别构造邻域,采用合成邻域、分解邻域实现调度过程中任务动态合成操作.采用"冒险"的接受概率和快速退火计划,提高算法的求解速度.采用回火机制及3种分化策略,避免算法陷入局部最优.大规模测试算例验证了算法的效率.     

基于能量最优的敏捷遥感卫星在轨任务规划

针对敏捷遥感卫星对多个离散观测点在轨自主任务规划问题,在考虑姿态运动方程耦合性的基础上,将问题分解为空间资源调度问题和连续最优控制问题,进而提出了一种结合伪谱法和遗传算法的混合求解算法。该算法针对基于行商问题(TSP)模型建立的空间资源调度问题模型,选用二维编码结构对观测顺序和相对观测时间进行实数编码,并采用遗传算法求解观测序列和观测时间;针对判断观测时间可行性时涉及的时间最优控制问题、以及姿态转移过程中涉及的最小能量消耗问题,将其归结为连续最优控制问题,并基于Gauss伪谱协态变量映射定理,采用Gauss伪谱法进行求解。通过与基于单纯遗传算法的规划算法进行对比试验,本文所提出的基于伪谱法和遗传算法的混合求解策略针对目标问题,在典型工况下姿态转移过程中能量消耗降低60%。     

对地观测卫星成像调度的多目标约束修正方法

 约束修正是对地观测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,是一类复杂的组合优化问题。为得到优化可行的成像调度方案,提出一种新的约束修正方法。针对约束修正问题构建时间序有向图模型,并将约束修正问题归结为点带约束成本的优化路径搜索问题;在此基础上,提出一种基于标记更新的多目标约束修正算法。实际问题的实验与分析表明：该方法能够在规定的时间内求得问题所有的多目标优化解,有效地解决了卫星成像调度的约束满足与优化问题。     

基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度算法

针对数字阵列雷达搜索、跟踪和成像任务的资源调度问题,提出一种数字阵列雷达(DAR)任务的优化调度算法。该算法以脉冲交错技术为基础,在对目标搜索与跟踪的同时,利用基于压缩感知的稀疏孔径认知逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法对部分精密跟踪目标成像,并采用观测时间动态调整策略以提高雷达系统的自适应能力。仿真结果表明,与传统雷达资源调度算法相比,该算法可以将成像任务考虑到优化调度模型中并合理分配资源,实现雷达多任务并行的调度,获得更高的资源利用率与期望的成像质量。     

基于地面任务-空间姿态映射的敏捷卫星任务规划

面向观测时间窗口相互重叠的多点目标观测任务需求,对敏捷卫星单星单轨任务规划问题进行研究。针对传统方法在卫星机动能力受限和成像任务冗余两种情况下求解效率低的缺陷,引入任务-姿态协同规划思想。首先,建立地面任务和空间姿态映射关系,并考虑相邻任务间姿态机动时间的最优性使得卫星在观测相邻任务时无多余等待时间,以此来设计任务-姿态协同规划数学模型。其次,根据任务-姿态协同规划数学模型,设计自适应伪谱遗传算法（APGA）,用以求解满足调整时间最优性的敏捷卫星任务规划问题。最后,通过仿真实验,验证了模型和算法能够有效地解决传统算法求解敏捷卫星任务规划问题时存在的求解效率低的缺陷。     

侦察卫星实拍实传的综合优先度调度算法

研究侦察卫星实拍实传数传调度问题,是为了解决如何为实拍实传数传需求分配地面资源及数传时间的问题。首先对卫星实拍实传数传需求和任务进行了分析,建立了卫星实拍实传数传调度问题模型;根据问题特点及问题模型,提出了一种基于综合优先度的启发式调度算法;最后通过一个应用实例,并通过对本文算法与其他一些算法的运行比较,验证了本文所研究的模型及算法是可行的。     

人工智能在卫星任务规划中的应用

智能规划与调度是实现卫星自主规划其飞行任务的关键。将人工智能方法应用于卫星的任务规划,以执行对地观测任务为例,将任务规划问题归于组合优化问题,建立了相应的数学模型,并应用Hopfield神经网络算法进行求解,结果表明,该方法可用于单个仪器的任务规划。     

Selecting and scheduling observations of agile satellites

This article concerns the problem of managing the new generation of Agile Earth Observing Satellites (AEOS). This kind of satellites is presently studied by the French Centre National d'Études Spatiales (PLEIADES project). The mission of an Earth Observing Satellite is to acquire images of specified areas on the Earth surface, in response to observation requests from customers. Whereas non-agile satellites such as SPOT5 have only one degree of freedom for acquiring images, the new generation satellites have three, giving opportunities for a more efficient use of the satellite imaging capabilities. Counterwise to this advantage, the selection and scheduling of observations becomes significantly more difficult, due to the larger search space for potential solutions. Hence, selecting and scheduling observations of agile satellites is a highly combinatorial problem. This article sets out the overall problem and analyses its difficulties. Then it presents different methods which have been investigated in order to solve a simplified version of the complete problem: a greedy algorithm, a dynamic programming algorithm, a constraint programming approach and a local search method.     

电磁探测卫星星上自主规划模型及优化算法

电磁探测卫星自治(AEDS)是一类对地观测卫星,其搜集的信息对工业、科研和军事等领域有着重要的意义。针对电磁探测卫星有效载荷特点,建立了基于动态拓扑结构无环路有向图的星上自主规划数学模型,提出了基于标记更新最短路径搜索的星上自主规划精确算法,对其完备性和时间复杂度进行了分析。并对精确算法时间复杂度较高的缺点,将近似支配概念引入到模型中,提出了标记更新最短路径搜索近似算法,分析了算法的近似程度和时间复杂度。最后,根据模拟的数据进行实验及分析,表明该方法能有效解决电磁探测卫星自主任务规划问题。     

一种基于偏好MOEA的卫星地面站资源多目标优化算法

随着中国航天事业的发展,卫星地面站资源匮乏问题日益突出,需要对其进行统筹优化使用。因此,卫星地面站资源规划问题得到了广泛关注。在分析问题特点的基础上,对用户规划结果的偏好信息进行建模表达,建立了涵盖用户偏好的多目标数学规划模型,提出了基于偏好多目标进化算法的卫星地面站资源规划算法。为了进一步提升算法性能,设计了基于领域知识的启发式策略,包括：任务扩充策略、冲突消解策略以及任务缩减策略等。实验结果表明,与现有算法相比,用户偏好信息的引入能有效提升问题求解针对性,在IGD-CF （Inverted Generational Distance based on Composite Front）指标上取得了更好的效果。     

一种偏置动量轮在轨维护的变带宽控制方法

针对长寿命运行卫星在轨维护中出现的备份偏置动量轮离散性差异较大,导致俯仰角收敛缓慢的问题,在姿态现象分析的基础上,根据卫星姿态动力学原理,建立偏置动量轮工作模式下的俯仰姿态的PID(Proportion Integration Differentiation,比例积分微分)控制模型,并进行系统开环与闭环传递函数公式推导。然后在伯德图(Bode Diagram)基础上,重点分析相位裕量的敏感参数,给出俯仰姿态控制回路的带宽调整方法,实现变带宽控制。卫星偏置动量轮在轨切换维护的结果表明,通过及时调整PID参数,减小回路带宽,可以有效改善相位裕量,保持卫星控制性能,实现俯仰姿态快速收敛,且俯仰角控制精度优于0.03°,取得较好的应用效果。