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。     

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。     

多星联合任务规划中的启发式求解方法研究

多譬联合任务规划问题需要考虑卫星侧视、星载存储容量、星上能量、数据传输等多种约束,是一个复杂的组合优化问题.通过对卫星成像约束条件抽象,建立联合规划的数学模型,将问题归约为特殊的多时间窗约束车辆装卸问题,面向应急条件下的应用,结合领域应用特点,提出基于动态装载概率模型和估算总装载量的启发式搜索任务规划算法(HADPPEC),并与实际运行的多星任务规划系统进行了大量实验比较.结果表明本方法比传统方法在运行时间和算法结果卜都更出色.     

基于任务分解的多星成像规划模型建立与求解

为解决多星成像规划模型中求解算法任务分配不合理、运算效率较低等问题,根据卫星性能指标和遥感器成像能力等约束条件,建立多星成像规划模型。求解该模型时,基于免疫算法设计任务分配方案,并基于图的最长路径算法设计单轨道圈次调度方案,使卫星能够尽可能多地对分配至该轨道圈次的点目标成像。将单轨道圈次调度结果作为反馈信息,调整任务分配方案,并通过多次迭代使得出的结果接近全局最优解。以多颗卫星对不同数量的点目标成像为条件,对模型进行测试,并与现有的规划模型对比。结果表明:文章提出的模型,能够在较短的时间内求解多星成像规划问题,得出较优的成像方案。     

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.     

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。     

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。     

基于约束满足的多星对区域目标观测活动协同

多星对区域目标观测活动的协同问题是卫星任务规划与调度领域的新问题。讨论了采用多星协同模式观测区域目标的必要性，描述了协同问题的研究内容。基于约束满足理论，建立了多星协同问题的约束优化问题模型，提出了一种禁忌算法与约束传播相结合的求解机制。最后，以仿真算例验证了模型与算法的正确性和优化性能。     

基于吱呀轮优化的多卫星数传调度问题求解方法

研究多卫星数传调度技术对提高对地观测系统的综合应用效益具有重要意义.通过分析卫星数传调度问题,建立一种考虑时间窗调整的约束优化模型.利用吱呀轮优化(Squeaky-WheeL Optimization,SWO)的大邻域导向式搜索特点,提出了一种基于SWO的多卫星数传调度算法.该算法可以在短时间内获得优化解.实验结果表明,该算法在时间性、优化度等方面取得满意的结果.     

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.     

Damage assessment of large space structures through the variational approach

The present investigation is focused on the solution of a dynamic inverse problem which is concerned with the assessment of damage in large space structures by means of measured vibration data. This inverse problem has been presented as an optimization problem and has been solved through the use of the conjugate gradient method with the adjoint equation, also called the variational approach. When a high number of damaged elements has to be found and these elements are also severely damaged, it is shown that the use of an additional method is necessary in order to provide a better initial guess for the conjugate gradient method. A stochastic method, represented by the genetic algorithm method, has been chosen because it provides robust search in complex spaces and also reduces the chance of converging to local optima. The application of this hybrid approach showed that better results can be achieved, although the computational time for the application analyzed here could increase. The damage estimation has been evaluated using noiseless and noisy synthetic experimental data, and the reported results are concerned with a space truss structure.     

多尺度搜索补偿的临近空间高超声速目标相参积累算法

针对临近空间高超声速目标回波信号相参积累时存在的跨距离门和多普勒扩展问题,提出一种基于多尺度搜索补偿的相参积累算法。算法在距离走动补偿的基础上,根据目标加速度和加加速度的变化区间,同时对目标加速度和加加速度估计值进行搜索,并利用多尺度搜索的方法,解决搜索尺度和搜索计算量之间的矛盾,完成相参积累。仿真结果表明,算法能够有效解决目标长时间积累过程中存在的跨距离门和多普勒扩展问题,抑制噪声并提高增益,积累效果明显优于传统积累方法。     

基于OPTIMUS的临近空间飞行器再入轨迹优化设计

针对临近空间飞行器再入飞行受到热流率、动压和过载等多约束情况下的轨迹优化问题,提出了基于OPTIMUS优化软件平台搜索初值的编程求解方案。首先根据再入飞行动力学原理建立数学模型,并合理简化,应用最优控制理论设计滚转角控制律;然后利用OPTIMUS软件平台搭建系统工作流程,进行试验设计并建立响应面模型,通过平台集成的优化算法寻找初值;最后结合不同优化算法的优点,基于遗传算法加模式搜索法编写程序求解轨迹。结果表明,基于OPTIMUS分析所设计的轨迹优化方案,可以快速确定较为准确的初值,计算效率显著提高,且能够保证较高精度。     

基于分层人工鱼群的相干极化-DOA联合估计

智能优化算法是解决多维非线性优化问题、提高计算效率的有力工具。本文针对相干辐射源极化-空间角联合估计中计算量巨大的工程难题，以广义子空间拟合约束公式为代价函数，提出一种分层人工鱼群算法。该算法基于分层协同策略将鱼群分为底层和顶层，底层以人工鱼群算法进行全局搜索以保证种群多样性，顶层以粒子群算法进行局部搜索以加快收敛速度。仿真结果证明：分层人工鱼群算法能大幅降低广义子空间拟合的计算量，尤其是在较多目标的情况下。算法可有效提高计算效率，同时可提供优于传统人工鱼群算法的估计精度。     

基于广义后缀树的最长重复子模式算法

最长重复子串问题是字符串处理中的一个经典问题,是许多应用的基础。但有些时候人们不只关心相等的子串对,还要查找具有某种其他关系的子串对。例如在DNA序列中通常关心字符串和它的补串。这种联系可以看成是一个字符串经过某种置换后与另一个字符串相等。因此本文定义了单一置换下的最长重复子模式和最长重复子模式两个问题,提出了基于广义后缀树的算法来解决这两个问题,并在理论上分析了它们的时间复杂性和空间复杂性。     

基于递推差分进化算法的空间机器人参数辨识

针对空间机器人抓取未知目标时的特性参数以及关节摩擦系数的辨识和在线修正问题,提出一种基于递推差分进化算法的实时参数辨识方法。首先采用静态连续摩擦模型描述机器人的关节摩擦特性,并建立两关节空间机器人的非线性动力学模型,然后基于差分进化算法和递推最大似然估计法推导出递推差分进化算法,并用于空间机器人的参数辨识,最后仿真校验了该辨识方法的有效性。仿真结果表明,该算法的辨识精度优于遗传算法和最小二乘法,辨识速度较快,能满足遥操作的要求,且对于动态信息有较好的跟随性。     

Development of a scheduling algorithm and GUI for autonomous satellite missions

In this paper, a scheduling optimization algorithm is developed and verified for autonomous satellite mission operations. As satellite control and operational techniques continue to develop, satellite missions become more complicated and the overall quantity of tasks within the missions also increases. These changes require more specific consideration and a huge amount of computational resources, for scheduling the satellite missions. In addition, there is a certain level of repetition in satellite mission scheduling activities, and hence it is highly recommended that the operation manager carefully considers and builds some appropriate strategy for performing the operations autonomously. A good strategy to adopt is to develop scheduling optimization algorithms, because it is difficult for humans to consider the many mission parameters and constraints simultaneously. In this paper, a new genetic algorithm is applied to simulations of an actual satellite mission scheduling problem, and an appropriate GUI design is considered for an autonomous satellite mission operation. It is expected that the scheduling optimization algorithm and the GUI can improve the overall efficiency in practical satellite mission operations.