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基于启发式算法的成像卫星星地联合调度问题研究

孙凯  
【摘要】: 成像卫星是一类重要的从太空获取地面信息的对地观测卫星,已经在军事经济等领域发挥了重要作用。成像卫星星地联合调度,就是在综合考虑卫星、遥感器以及地面站等资源的能力和不同用户的任务需求的基础上,将资源无冲突的分配给相互竞争的多个任务,最终制定相应的观测调度方案和回传调度方案,以达到提高资源使用效率和最大限度满足用户观测需求的目的。 本文紧密结合成像卫星在现代社会的应用需求,研究成像卫星星地联合调度的原理与方法,着重对问题的模型和优化求解算法进行研究。本文的主要工作和创新如下: 首先,本文分析了成像卫星的工作原理,卫星成像的约束条件以及成像卫星星地联合调度问题的基本输入输出,分析了问题的基本调度流程,指出了问题的主要特点和难点。在综合考虑多星多地面站调度的观测、存储和回传等环节的基础上,把问题分为观测调度阶段和回传调度阶段,分别给出了优化目标和约束条件,建立了基于阶段优化的成像卫星星地联合调度模型。 其次,本文重点研究了启发式算法在成像卫星星地联合调度问题中的应用,分析了成像卫星星地联合调度问题求解的启发式规则,采用贪婪随机自适应搜索算法(GRASP)求解模型的观测调度阶段,设计了两种基于不同贪婪规则的启发式构造算法来求解模型的回传调度阶段。本文对GRASP算法做出了一定的改进,在其初始解的构造阶段设计了定长受限候选列表和变长受限候选列表两种策略,在邻域搜索阶段结合模拟退火算法来搜索更好的解。 最后,分析了成像卫星任务调度系统在实际中的应用需求,指出了成像卫星任务调度系统的应用分为对卫星日常工作计划的安排和对卫星系统顶层设计的支持两个层次。在调度模型和算法研究的基础上,设计实现了成像卫星任务调度系统。


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