收藏本站
《国防科学技术大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多星测控调度问题的遗传算法研究

陈峰  
【摘要】: 多星测控调度是指对高中低轨等各类卫星合理地分配天地基测控资源以满足卫星的测控任务需求。多星测控调度问题是一个具有多时间窗口等复杂约束的大规模组合优化问题,涉及要素多且关系复杂,对其进行深入研究不仅可以为工程应用提供调度方案和方案评价结果,还可以对调度算法进行探索和分析,并在此基础上改进算法性能。本文针对多星测控调度问题的遗传算法框架,研究了相关的遗传算法。主要工作和创新如下: 在模型方面,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,建立了测控资源的调度模型。 遗传算法是一种具有全局搜索性能的随机搜索算法,在类似于多星测控调度问题的诸多领域取得了很好的应用效果。由于多星测控调度问题的搜索空间巨大,不易求解,而搜索策略又决定遗传算法的求解性能,因此,首先对遗传算法的求解策略进行研究,并在此基础上得出求解框架。遗传算法可以对整个解空间进行大范围的全局型搜索,也可以对解空间的部分区域进行细致的局部型搜索,虽然全局型搜索原理上可以得到问题的最优解,但对算法的实现技术有较高的要求,局部型搜索虽然从原理上不能保证得到最优解,但可以对重点区域进行详细搜索,稳定地得到满意解甚至是最优解,两种策略各具优势,因此,本文提出了基于全局和局部两种搜索策略的求解框架,并对两种策略共同使用的算法组件进行了设计。 在全局型求解算法方面,由于搜索空间巨大,对随机型的遗传算法而言,容易造成收敛速度慢和求解时间长,而且还易陷入局部最优。针对初始算法求解易陷入局部最优和不稳定的缺陷,借鉴分散搜索多样化采样及局部寻优的思想,在原始GA全局的随机搜索中嵌入分散搜索,对多样化初始集产生方法、参考集更新方法、解组合方法和解提高方法等分散搜索要素进行了设计。针对长染色体和基因间较弱的相关性,借鉴路径连接的思想,提出了一种基于局部路径连接的定向交叉算子,利用构成初始解和引导解的要素的差异性,构建从初始解出发的分层搜索邻域,然后将邻域中满足模型约束的解作为交叉的结果。出于减少运算时间的考虑,提出了两阶段递进遗传算法,鉴于模型的目标函数在时间上具有一定的可分性,而且可以对调度方案的局部作出理想化的假设,以时间为依据将被调度弧段划分成两个部分。在对第一部分形成种群并作进化求解的基础上,将其最优解与第二部分弧段组合,并作进一步的进化求解。 在局部型求解算法方面,要求能在减小搜索范围的同时尽可能地减小优秀解的丢失,确保算法的稳定性。针对问题特点,提出了合作型协同进化调度算法,为实现上述目的,加强协同性是算法设计的关键和难点。由于采用传统的子种群代表个体最优选择和随机选择容易使求解效果不稳定,综合考虑代表个体的协同性和计算开销,依据贪婪性强弱从每个子种群选择三个代表个体,并利用正交表进行个体适应度计算。其次,针对现有合作协同进化主要通过所有子种群代表个体拼接的全局协同进行整个种群进化、较少利用局部协同信息的现象,对每个个体设定一个能表明其与所有相邻子种群合作效果的进化性能指标——局部交互值,并将该交互值作为评价个体优劣和个体进行自适应变异的尺度之一,从机理上减少由于子种群代表个体选择的非全局性而造成的优秀个体的丢失。 最后通过算例对所设计算法的整体性能和所作改进的效果进行了验证,结果表明本文设计的两种遗传进化策略都可以得到各种规模问题的高质量解,其中合作协同进化相比两阶段递进进化能以较多的时间来更稳定地获取更好的解。两种求解策略结合使用能够满足不同求解质量和求解时间要求下的多星测控调度需求。
【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】:2010
【分类号】:V556;TP18

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 杜世勇;胡进;贾丽娟;路向阳;吴建光;;基于多活性代理的多星测控调度方法[J];飞行器测控学报;2012年05期
2 康宁;武小悦;;航天测控调度分枝定界算法[J];计算机工程与应用;2011年31期
3 康宁;武小悦;张国亭;;航天测控调度问题的拉格朗日启发式算法[J];火力与指挥控制;2012年08期
4 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
中国博士学位论文全文数据库 前2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 康宁;航天测控优化调度模型及其拉格朗日松弛求解算法[D];国防科学技术大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李茂军,童调生;单亲遗传算法编码方式的研究[J];长沙电力学院学报(自然科学版);2000年03期
2 李茂军,邱丽芳,童调生;单亲遗传算法的计算效率分析[J];长沙电力学院学报(自然科学版);1999年01期
3 孟庆春;带有对称编码的基因算法的研究[J];电子学报;1996年10期
4 赵业福;卫星测控网的技术发展[J];飞行器测控学报;2002年03期
5 李元新,吴斌;基于遗传算法的测站资源优化分配方法研究[J];飞行器测控学报;2005年04期
6 于志坚;;我国航天测控系统的现状与发展[J];中国工程科学;2006年10期
7 薛宏涛,沈林成,常文森;多群体合作型协进化方法的数学建模及分析[J];国防科技大学学报;2002年03期
8 张帆;王钧;李军;景宁;;基于时间序无圈有向图的多准则优化成像调度[J];国防科技大学学报;2005年06期
9 李茂军,童调生,罗隆福;单亲遗传算法及其应用研究[J];湖南大学学报(自然科学版);1998年06期
10 周鹏;;基于代沟信息的可变种群规模遗传算法[J];湖北汽车工业学院学报;2006年03期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 贺仁杰;成像侦察卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2004年
2 阮启明;面向区域目标的成像侦察卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
3 张成文;基于遗传算法的具有全局QoS限制的Web服务选择[D];北京邮电大学;2007年
4 李云峰;卫星—地面站数传调度模型及算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
5 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
6 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
7 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
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄冀卓,王湛,龚明袖;遗传算法在钢结构截面优化设计中的应用[J];四川建筑科学研究;2005年03期
2 邓建斌;叶洪江;;基于混沌遗传算法的配电网无功补偿优化[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2006年03期
3 乔志杰;程翠翠;;基于遗传算法优化的模糊PID控制研究及其仿真[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年03期
4 熊燕;李艳红;;基于数据挖掘的电力系统异常数据辨识与调整[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2010年03期
5 徐文婷;李承鹏;;基于自适应遗传算法的离散化方法[J];合肥师范学院学报;2011年03期
6 王庆;;关于信赖域方法的注记和改进[J];安徽广播电视大学学报;2011年01期
7 安振刚,李谋渭,尹显东,于宁,唐伟;遗传神经网络在平整轧制力预报中的应用[J];鞍钢技术;2001年06期
8 华文立;胡学刚;;平衡决策树分类精度与规则简易性研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年04期
9 钟陆演;艾尧;;吐鲁番市建设用地需求量预测研究[J];安徽农学通报(上半月刊);2011年13期
10 马友平;;生长模型McDill-Amateis的遗传算法拟合研究[J];安徽农业科学;2007年33期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 齐继阳;竺长安;曾议;;基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 丁婷;崔红涛;;遗传算法在智能天线扇区波束赋形及阵元失效补偿中的应用[A];经济策论(上)[C];2011年
3 贺勇;;单亲遗传算法的最优群体规模[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 洪露;穆志纯;;一种新的克隆混沌调节算法的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 程远林;李茂军;;基于小生境遗传算法的配电网电容器优化配置[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 薛宏涛;沈林成;;基于协进化方法的多智能体系统及其符号演绎理论模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 韩江洪;王梅芳;马学森;王跃飞;;改进的遗传算法在虚拟企业伙伴选择问题中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 李枚毅;游维;蔡自兴;;多样度和适应度引导的遗传算法操作概率计算研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 张志华;王莉;刘洪;;最大化网络广告收入的投放决策[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
2 樊建聪;分布估计学习算法研究[D];山东科技大学;2010年
3 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 殷复莲;同步CDMA系统NBI识别及抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 曹宇;利用遗传算法对声障板优化设计的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 陈得宇;基于MAS的智能电压控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 宫明广;基于ARM平台分布式测控终端设计[D];南昌航空大学;2010年
3 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 罗婷婷;飞机钣金叠板数控套裁下料软件系统的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 徐加帅;一种支持QoS的Web服务扩展机制的研究[D];山东科技大学;2010年
6 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
7 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
8 张静;协同产品开发过程规划方法研究[D];山东科技大学;2010年
9 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
10 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 凌晓冬;武小悦;;一种求解多星测控调度问题的启发式算法[J];兵工自动化;2008年01期
2 王钧;陈慧中;左怀玉;靳肖闪;李军;景宁;;基于时间序有向图的对地观测卫星成像预调度[J];兵工学报;2008年05期
3 靳肖闪;李军;王钧;景宁;;基于随机搜索与松弛方法的多卫星联合成像优化调度研究[J];兵工学报;2009年01期
4 李云峰;武小悦;;基于多星联合侦察的卫星数传调度问题模型[J];北京航空航天大学学报;2008年08期
5 陈峰;武小悦;;多星测控调度的遗传算法分析[J];北京航空航天大学学报;2010年05期
6 汪凌;卜毅博;;高分辨率遥感卫星及其应用现状与发展[J];测绘技术装备;2006年04期
7 王红飞,李绪志;基于智能Agent的卫星计划系统协作中间件研究[J];飞行器测控学报;2005年03期
8 李元新,吴斌;基于遗传算法的测站资源优化分配方法研究[J];飞行器测控学报;2005年04期
9 凌晓冬;陈峰;武小悦;;多星测控调度问题综述[J];飞行器测控学报;2008年02期
10 陈祥国;武小悦;;卫星数传资源负荷均衡调度模型及蚁群优化算法[J];系统工程;2008年12期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 贺仁杰;成像侦察卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2004年
2 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
3 阮启明;面向区域目标的成像侦察卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 高黎;对地观测分布式卫星系统任务协作问题研究[D];国防科学技术大学;2007年
5 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
6 李云峰;卫星—地面站数传调度模型及算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
7 顾中舜;中继卫星动态调度问题建模及优化技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
8 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
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 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
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 凌晓冬;武小悦;;一种求解多星测控调度问题的启发式算法[J];兵工自动化;2008年01期
2 冯萍,谷文祥,曲爽;浅析遗传算法与进化策略[J];长春大学学报;2005年02期
3 陈述彭,陈秋晓,周成虎;网格地图与网格计算[J];测绘科学;2002年04期
4 燕琴,张继贤,邱志成,高武俊;SPOT5卫星影像测绘能力分析[J];测绘科学;2005年04期
5 王卫安,竺幼定;高分辨率卫星遥感图像及其应用[J];测绘通报;2000年06期
6 周辉,李皊,胡佳庆;旅行商问题的免疫算法[J];长沙电力学院学报(自然科学版);2003年02期
7 李茂军,邱丽芳,童调生;单亲遗传算法的计算效率分析[J];长沙电力学院学报(自然科学版);1999年01期
8 钮心毅;地理信息系统在城市设计中的应用[J];城市规划汇刊;2002年04期
9 石书济;深空探测与测控通信技术[J];电讯技术;2001年02期
10 沈自成;天基测控网与天基综合信息网相关技术述评[J];电讯技术;2002年01期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 谢秉磊;随机车辆路径问题研究[D];西南交通大学;2003年
2 陈小锋;城市交通信号动态优化控制技术研究[D];西北工业大学;2003年
3 贺仁杰;成像侦察卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2004年
4 廖良才;成品油调合调度优化模型及其应用研究[D];国防科学技术大学;2003年
5 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
6 丁然;不确定条件下鲁棒性生产调度的研究[D];山东大学;2006年
7 阮启明;面向区域目标的成像侦察卫星调度问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
8 李云峰;卫星—地面站数传调度模型及算法研究[D];国防科学技术大学;2008年
9 顾中舜;中继卫星动态调度问题建模及优化技术研究[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1条
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
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 凌晓冬;刘冰;武小悦;吴金美;;基于本体的多星测控调度问题模型研究[J];计算机与数字工程;2010年08期
2 辛维政;陈墨;李济生;黄永宣;;一类适用于多星测控调度问题的模型及求解算法[J];飞行器测控学报;2008年04期
3 凌晓冬;武小悦;刘琦;;多星测控调度问题的禁忌遗传算法研究[J];宇航学报;2009年05期
4 凌晓冬;武小悦;刘琦;;多星测控调度问题任务优先级研究[J];数学的实践与认识;2008年23期
5 仲伟俊;陈森发;徐南荣;;供水系统调度问题的凸化及其优化算法[J];东南大学学报(自然科学版);1989年05期
6 董增川;许静仪;;水电站库群优化调度的多次动态线性规划方法[J];河海大学学报(自然科学版);1990年06期
7 苏明,薛宏熙,洪先龙;调度问题的形式化描述[J];计算机辅助设计与图形学学报;1995年04期
8 刘民,吴澄,蒋新松;进化规划方法在并行多机调度问题中的应用[J];清华大学学报(自然科学版);1998年08期
9 陈培军,曾建潮;应用思维进化计算求解作业车间调度问题[J];计算机集成制造系统-CIMS;2004年10期
10 石磊;西大岗滞洪区调度问题之我见[J];水利天地;2005年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹锦;潘宇倩;王万斌;白东炜;;同频空分多址多星测控信号干扰影响研究及对策[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
2 乔非;吴启迪;严隽薇;;基于扩展Petri网的FMS调度结构[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
3 李兵;蒋慰孙;;优化调度的一种新方法[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
4 于达;张钹;陈陈;;基于层次Petri网模型的调度算法[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
5 王祎;顾幸生;徐震浩;;基于内分泌激素调节机制的自适应免疫算法的flow shop调度问题[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 杨圣祥;汪定伟;;神经网络在优化调度问题上的应用[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
7 李建更;涂菶生;马海涛;;单机拖后时间总和问题交付期扰动时最优调度不变范围的一种求法[A];第十九届中国控制会议论文集(一)[C];2000年
8 陈国仁;王秀梅;杨书评;;应用于立体仓库的自动导引车(AGV)的运行优化设计[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
9 廖良才;谭跃进;邓宏钟;;成品油调度优化模型研究[A];管理科学与系统科学研究新进展——第8届全国青年管理科学与系统科学学术会议论文集[C];2005年
10 容芷君;张煜;;港口自动导引小车的优化调度研究[A];2005年十二省区市机械工程学会学术年会论文集(湖北专集)[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王朝社、记 者 赵波;连连创造世界一流佳绩[N];解放军报;2004年
2 河南省邮政局公众服务处 雷俊发;改进车辆配置和调度[N];中国邮政报;2003年
3 本报记者 翁佳焰;CDMA为“飞天”插上天翼 航天员太空漫步美妙绝伦[N];通信信息报;2008年
4 谢群;水库调度的可持续发展之路[N];中国水利报;2006年
5 本报评论员 邵颖波;民工潮应该如何调度?[N];21世纪经济报道;2006年
6 张瑛 记者 李及肃;市长王兆华检查全市棚户区拆迁 回迁工作[N];辽源日报;2007年
7 学生记者 肖佳平;人生是一个不断学习的过程[N];新清华;2004年
8 阎轶洁;凌晨入住怎么收费[N];太原日报;2007年
9 ;精品ASON构建智能光传输网[N];网络世界;2006年
10 林利栓 李筱梅 魏锦文;卫星遨九天 妙手绘天网[N];解放军报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 孙连坤;网络化控制系统调度与控制协同设计[D];天津大学;2009年
4 杨敬松;数字微流控生物芯片的布局及调度问题研究[D];吉林大学;2008年
5 柳春锋;工程项目中技能型员工调度问题研究[D];合肥工业大学;2011年
6 刘志雄;调度问题中的粒子群优化方法及其应用研究[D];武汉理工大学;2005年
7 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
8 展勇;柔性开放车间调度算法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 杜冰;批处理机调度问题的模型与优化方法研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 龚卫国;筹集、储备、调度和投送:应对灾害事件的赈灾物资物流管理[D];中南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱红;用DNA算法求解车间调度问题的研究[D];哈尔滨理工大学;2003年
2 屈艺;网络控制系统的调度研究与仿真[D];南京理工大学;2007年
3 刘韬;基于OOTPN的自动化立体仓库出入库调度问题的研究[D];西安理工大学;2005年
4 张茸擎;网络控制系统的时延与调度算法研究[D];上海交通大学;2007年
5 杨琳琳;网络控制系统的调度方法研究[D];兰州理工大学;2007年
6 吴爽;共享性Flow shop调度算法设计及应用研究[D];四川大学;2007年
7 董玉倩;制造执行系统关键技术研究及在纺织企业的应用[D];天津工业大学;2008年
8 王厂;基于Google Map ApI的邮政运输调度系统的分析与设计[D];山东大学;2010年
9 杨云;烟丝原料配方立体仓库物流调度与库存控制[D];山东大学;2008年
10 周万里;基于遗传禁忌算法的网格资源调度[D];山东大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026