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《国防科学技术大学》 2009年
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多类型对地观测卫星联合任务规划关键技术研究

郭玉华  
【摘要】: 对地观测卫星利用卫星传感器从太空对地球表面进行探测以获取信息,已广泛应用于社会经济和军事等领域。随着在轨卫星类型增加,以及人们对对地观测数据的需求类型日益复杂化,越来越需要对多类型对地观测卫星进行联合任务规划。目前关于卫星任务规划的研究大多针对单类型卫星、面向简单观测任务请求展开,考虑的卫星观测过程和载荷约束相对简化,缺乏面向多类型卫星、多类型观测任务请求、将卫星观测与数据传输联合考虑的方法和技术。 论文面向光学、SAR、电子侦察等多种类型的中低轨对地观测卫星联合任务规划的应用需求,以多类型对地观测卫星和多类型数传资源的联合为手段,以满足多种类型的观测任务请求为出发点,在总结分析国内外相关研究工作的基础上,对多类型对地观测卫星联合任务规划关键问题进行研究。主要工作和创新点包括: (1)建立了多类型对地观测卫星联合任务规划层次化描述模型。由于多类型卫星联合任务规划问题的复杂性,论文系统地分析和总结了多类型卫星联合任务规划的规划要素,针对参与规划卫星载荷多样和观测任务请求多样的特点,将问题模型抽象为五个层次,并重点对资源约束、规划约束、业务组件、业务过程四个层次进行详细地建模描述;论文模型采用了组件式建模方法,约束和优化目标函数作为组件参与到模型中,在规划过程中可以根据观测任务请求特点、优化策略和规划要素约束特点动态地选择适宜的处理流程,每种流程又可以根据问题特点进行约束和优化目标函数的组合选择,从而使问题模型具有高度的可移植性和扩展性,能够较好地适应多类型卫星联合任务规划的复杂规划要求。 (2)提出了数传资源规划数学模型和优化算法。作为卫星任务规划的重要组成部分,数传资源规划对卫星动作规划具有重要影响,需要展开研究。论文以卫星观测过程中星载存储器变化为研究切入点,建立了基于约束图的数传资源规划模型,将数传资源规划问题转化为约束图中多顶点对之间的多条路径搜索问题;并基于置换序列表示方法,引入自适应邻域搜索机制以改进邻域搜索过程,提出了自适应邻域搜索模拟退火算法,算法收敛性分析和实验验证了算法的优化性。相对于其它方法,论文模型从星地联合的角度出发,考虑了观测任务分布、卫星载荷能力、卫星实传和回放动作对规划的影响,因而能够更贴切地满足对地观测卫星的数传需求,论文算法相对于模拟退火、随机爬山和遗传算法等算法也具有更好的全局收敛性。 (3)面向综合效益优先策略提出了基于贪婪随机自适应搜索过程算法框架的混合算法。面向综合效益优先策略的多类型对地观测卫星联合任务规划问题具有多时间窗约束车辆装卸和过载规划问题的问题特点。论文采用修复搜索问题求解机制,提出了一种新的混合算法,该算法基于贪婪随机自适应搜索过程求解框架,在构建阶段引入大邻域搜索算法,并在大邻域搜索结果保留和每一步的迭代搜索中分别应用模拟退火思想,算法同时将车辆装卸问题的三种邻域算子高效组合,提出一种新的迭代修复邻域搜索算子以改进算法搜索过程。算法收敛性分析验证了算法的全局收敛性,实验验证结果也表明算法具有更好的收敛性;该算法可对车辆装卸问题和过载规划问题提供一种新的求解思路。 (4)面向任务优先策略提出了分层控制免疫遗传算法。任务优先下多类型对地观测卫星联合任务规划的观测任务子任务之间具有复杂关联关系,使问题成为一个复杂的约束优化问题。论文基于免疫遗传算法框架,提出了分层控制免疫遗传算法;算法采用置换序列编码和双层编码方式,求解中引入分层控制机制,对顶层编码采用遗传操作算子,对底层编码采用免疫操作算子,并在免疫操作算子中引入免疫选择、免疫更新、小生境等思想以改进搜索过程,有效解决任务优先策略下的多类型卫星联合任务规划问题。实验结果表明该算法在组合观测任务参与规划的算例下是可行有效的。 (5)面向移动跟踪监视任务提出了多类型对地观测卫星联合任务规划流程和算法。针对移动跟踪监视任务,根据获取的先验信息的不同,提出了搜索发现+跟踪监视配合的任务规划流程:无先验信息条件下,即搜索发现阶段,对区域进行等距网格划分,假设目标位置在搜索区域内随机分布,目标运动模型为随机运动,提出了基于网格目标分布概率动态更新的搜索发现算法;部分先验信息已知条件下,即跟踪监视阶段,考虑地理信息和目标先验信息对目标运动的影响,借鉴交互多模型算法思想,引入目标运动模型的自适应更新和选择机制,提出自适应交互多模型移动目标跟踪监视算法,解决了面向移动跟踪监视任务的多类型卫星联合任务规划问题。实验验证表明上述流程和算法是可行有效的。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V474.26

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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2 胡楚丽;钟翔;关庆锋;陈能成;;面向应急观测规划的对地观测传感器集成管理方法与应用[J];地球信息科学学报;2015年06期
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4 丁站民;刘贞天;;国外对地观测卫星任务规划应用现状及发展趋势分析[J];电脑知识与技术;2012年28期
5 彭黎;谈群;邱涤珊;;基于Meta图的卫星应用信息链服务路径选择[J];计算机工程与应用;2012年24期
6 王红飞;李绪志;;对地观测卫星协同观测区域目标方法研究[J];计算机仿真;2012年04期
7 王建江;邱涤珊;彭黎;;基于排队网络的空间信息数据处理系统效能评估[J];计算机应用;2012年03期
8 罗开平;李一军;;系统科学视角下高分辨率对地观测系统任务管控统筹优化[J];系统工程理论与实践;2011年S1期
9 王冲;景宁;李军;王钧;;协同进化方法求解多中心卫星任务规划问题[J];航空学报;2010年09期
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1 闫东磊;齐昕浒;陈昕;;服务“一带一路”沿线国家的通导遥卫星综合智能管控系统设想[A];第四届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2017年
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1 王建江;云层不确定条件下光学对地观测卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2015年
2 王沛;基于分支定价的多星多站集成调度方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 陈浩;地表电磁环境探测卫星的资源规划调度方法[D];国防科学技术大学;2009年
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3 章密;基于遗传算法的卫星对地观测与数据下传集成调度问题研究[D];合肥工业大学;2017年
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8 薛志家;对地观测卫星自主任务规划技术研究[D];南京航空航天大学;2015年
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 靳肖闪;成像卫星星地综合调度技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
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3 白保存;考虑任务合成的成像卫星调度模型与优化算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
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7 王钧;成像卫星综合任务调度模型与优化方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
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1 李曦;多星区域观测任务的效率优化方法研究[D];国防科学技术大学;2005年
【共引文献】
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7 鄢青青;沈怀荣;邵琼玲;;航天测控资源调度问题建模与求解研究综述[J];系统仿真学报;2015年01期
8 黄宇民;范一大;马骏;侯宇葵;蒙静;;中国遥感卫星系统灾害监测能力研究[J];航天器工程;2014年06期
9 张志恒;尹路明;王茂磊;;采用组合优化策略的电子侦察卫星规划方法[J];软件;2014年04期
10 张延宇;曾鹏;李忠文;汪扬;;智能电网环境下空调系统多目标优化控制算法[J];电网技术;2014年07期
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1 王海蛟;基于强化学习的卫星规模化在线调度方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心);2018年
2 庄树峰;跟踪与数据中继卫星系统资源调度技术研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
3 徐淑芳;基于连通性的无人作战网络关键技术研究[D];南京航空航天大学;2017年
4 卜慧蛟;空间站在轨任务规划问题建模与求解方法研究[D];国防科学技术大学;2016年
5 侯艳;炼油厂原油处理短期生产计划调度优化[D];广东工业大学;2016年
6 吕济民;大型多阶段任务系统可靠性的模块化分析方法[D];国防科学技术大学;2016年
7 郭雷;敏捷卫星调度问题关键技术研究[D];武汉大学;2015年
8 王建江;云层不确定条件下光学对地观测卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2015年
9 余婧;航天器在轨服务任务规划技术研究[D];国防科学技术大学;2015年
10 赵凡宇;航天器多目标观测任务调度与规划方法研究[D];北京理工大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘胜男;多对多卫星拦截的任务规划与轨道优化[D];哈尔滨工业大学;2018年
2 李耀东;多星协同对地观测任务规划技术研究[D];解放军信息工程大学;2017年
3 朱外明;卫星与浮空器协同侦察多任务规划方法[D];合肥工业大学;2015年
4 牛力耕;高时效卫星管控技术研究[D];西安电子科技大学;2015年
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6 吴晓光;卫星应急观测数传模式决策与传输资源配置方法研究[D];国防科学技术大学;2013年
7 潘小彤;敏捷光学成像卫星多目标任务规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 庞中华;高低轨对地观测卫星协同任务规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
9 冯阳;多星多站对地观测任务规划技术研究[D];西安电子科技大学;2010年
10 李长春;成像侦察小卫星应急组网方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 Li Jun;Li Jun;Chen Hao;Jing Ning;;A data transmission scheduling algorithm for rapid-response earth-observing operations[J];Chinese Journal of Aeronautics;2014年02期
2 胡楚丽;陈能成;关庆锋;李佳;王晓蕾;杨训亮;;面向智慧城市应急响应的异构传感器集成共享方法[J];计算机研究与发展;2014年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王沛;基于分支定价的多星多站集成调度方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 陈峰;多星测控调度问题的遗传算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 陈祥国;卫星数传调度的蚁群优化模型及算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 陈浩;地表电磁环境探测卫星的资源规划调度方法[D];国防科学技术大学;2009年
5 靳肖闪;成像卫星星地综合调度技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
6 郭玉华;多类型对地观测卫星联合任务规划关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
7 凌晓冬;多星测控调度问题建模及算法研究[D];国防科学技术大学;2009年
8 李玉庆;动态不确定环境下航天器观测调度问题研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 白保存;考虑任务合成的成像卫星调度模型与优化算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
10 王军民;成像卫星鲁棒性调度方法及应用研究[D];国防科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡俊杰;基于Hadoop分布式计算的遥感产品生产系统[D];电子科技大学;2016年
2 益琛;高光谱图像空间、光谱分辨率增强方法研究[D];西北工业大学;2016年
3 程世清;基于多Agent的动态协同作战软件设计与实现[D];西安电子科技大学;2015年
4 郭凯振;基于Hadoop的分布式计算系统的设计与实现[D];大连海事大学;2015年
5 李文栋;基于Spark的大数据挖掘技术的研究与实现[D];山东大学;2015年
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9 张为良;基于改进型遗传算法卫星地面站资源调度优化研究[D];国家海洋环境预报研究中心;2013年
10 潘小彤;敏捷光学成像卫星多目标任务规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 刘嵩;白国庆;陈英武;;地球观测网络成像任务可调度性预测方法[J];宇航学报;2015年05期
2 彭星光;张帅;刘坤;;从动态适值空间补偿信息:一种抗病态合作协同进化算法[J];控制与决策;2015年01期
3 陈画;王学成;;基于成像资源能力的多星区域观测规划方法研究[J];计算机应用研究;2015年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘润滋;空间信息网络容量分析与资源管理方法研究[D];西安电子科技大学;2016年
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3 王建江;云层不确定条件下光学对地观测卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2015年
4 李军;空天资源对地观测协同任务规划方法[D];国防科学技术大学;2013年
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 刘胜男;多对多卫星拦截的任务规划与轨道优化[D];哈尔滨工业大学;2018年
2 李国辉;多成像自主卫星鲁棒性任务规划模型与算法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
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中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 霍霄华;多UCAV动态协同任务规划建模与滚动优化方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
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9 刘洋;成像侦察卫星动态重调度模型、算法及应用研究[D];国防科学技术大学;2004年
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【相似文献】
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4 松鼠;对地观测卫星:军民两用 看性能更看市场[N];中国航天报;2016年
5 李国平;海洋卫星成为“十一五”民用对地观测卫星系统重要组成[N];中国海洋报;2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 缪永飞;多UAV联合搜救任务规划建模及优化方法研究[D];武汉理工大学;2017年
5 张正强;基于MAS的分布式成像卫星系统任务规划与控制问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
6 赵松原;模拟退火结合正交分解算法的气动外形最优化设计[D];南京航空航天大学;2006年
7 刘晓路;对地观测卫星系统顶层设计参数优化方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 王冲;基于Agent的对地观测卫星分布式协同任务规划研究[D];国防科学技术大学;2011年
9 刘伟;对地观测卫星任务规划模型与算法研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2008年
10 慈元卓;面向移动目标搜索的多星任务规划问题研究[D];国防科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛志家;对地观测卫星自主任务规划技术研究[D];南京航空航天大学;2015年
2 尹璐;多载荷对地观测卫星目标访问计算及任务调度方法的研究[D];国防科学技术大学;2012年
3 庞中华;高低轨对地观测卫星协同任务规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 张驰;鲁棒性资源调度方法及其在卫星任务规划中的应用[D];国防科学技术大学;2010年
5 罗文达;航母甲板任务规划方法研究[D];华中科技大学;2017年
6 韩传奇;小卫星星群任务规划方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心);2018年
7 刘胜男;多对多卫星拦截的任务规划与轨道优化[D];哈尔滨工业大学;2018年
8 王辰;基于案例学习的卫星观测任务规划方法研究[D];国防科学技术大学;2016年
9 赵照;多星在轨服务任务规划技术研究[D];国防科学技术大学;2016年
10 张双琳;纯电动自动驾驶汽车任务规划算法的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2018年
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