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敏捷卫星任务调度技术研究

作　者: 向仍湘
导　师: 陈宏盛
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 敏捷卫星任务调度约束满足模型区域目标分解混合遗传算法列生成算法禁忌搜索算法
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 106次
引　用: 1次
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内容摘要

论文主要研究新一代对地观测卫星——敏捷卫星(Agile Earth Observing Satellite, AEOS)任务调度问题。与传统对地观测卫星相比,此类卫星具有更高的自由度,具备滚动、俯仰、偏航等姿态调整能力,因此敏捷卫星具有更强的对地观测能力。与此同时,敏捷卫星任务调度与普通对地观测卫星相比具有更大的灵活度和复杂性,是卫星任务调度领域出现的新而复杂的问题。基于上述背景,在总结分析国内外相关工作的基础上,论文针对敏捷卫星任务调度问题展开研究,涉及的内容包括敏捷卫星任务调度问题分析、求解模型构建、区域目标分解及面向立体成像目标任务调度等方面,主要工作和研究成果如下:1.分析了敏捷卫星对地观测的工作原理及组织实施过程,给出了敏捷卫星任务调度约束条件,设计了一种针对不同需求任务的求解框架。该框架将敏捷卫星任务调度问题分解为:区域目标分解、综合规划调度和面向立体成像需求的动态调整等三个子问题。为关键技术的研究提供总体框架支持和顶层指导。2.对于区域目标分解问题,首先详细分析了现有的分解模型与求解算法。论文在已有研究成果的基础上改进了带时间标记的成像条带模型,并设计了约束可满足的区域目标分解算法。3.对于敏捷卫星综合规划调度过程,建立了约束规划模型,提出了面向大规模调度问题快速获取满意解的基于模拟退火与遗传算法相结合的混合遗传算法和面向小规模调度问题搜索更优化解的基于上限最优的列生成算法,设计了仿真实验,仿真结果验证了算法的有效性。4.针对面向立体成像需求的动态调整问题,在敏捷卫星综合规划调度结果的基础上,分析了立体成像观测活动动态调整的可能情况,建立了动态约束满足问题模型,设计了解决立体成像任务调度动态调整的四种邻域结构,提出了基于禁忌搜索算法的面向立体成像需求的动态调整方法。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 课题研究现状  11-15
    1.2.1 面向点目标成像任务调度研究现状  11-12
    1.2.2 区域目标分解研究现状  12-14
    1.2.3 面向同轨立体成像任务调度研究现状  14-15
    1.2.4 研究现状总结  15
  1.3 论文的研究内容与组织结构  15-18
    1.3.1 研究内容  15-16
    1.3.2 论文的组织结构  16-18
第二章敏捷卫星任务调度问题分析与调度框架  18-28
  2.1 敏捷卫星对地观测过程及组织实施过程  18-19
    2.1.1 敏捷卫星对地观测过程  18
    2.1.2 敏捷卫星对地观测组织实施过程  18-19
  2.2 敏捷卫星任务调度问题描述  19-22
    2.2.1 要素分析  20-22
  2.3 敏捷卫星任务调度问题特点与难点  22-24
  2.4 敏捷卫星成像调度问题主要求解过程  24-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章区域目标分解  28-34
  3.1 现有区域目标分解方法与分析  28-30
    3.1.1 现有区域目标分解算法  28-29
    3.1.2 现有分解算法特点与不足  29-30
  3.2 带时间标记的成像条带数据模型  30-31
  3.3 约束可满足的区域目标分解算法  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章敏捷卫星任务调度模型与求解算法  34-49
  4.1 敏捷卫星成像任务调度CSP模型  34-36
    4.1.1 符号定义  34-35
    4.1.2 数学模型  35-36
  4.2 敏捷卫星综合任务调度问题的求解算法  36-44
    4.2.1 基于模拟退火遗传算法的大规模问题求解方法  36-41
    4.2.2 基于列生成算法的小规模问题寻优方法  41-44
  4.3 算法评价及结果分析  44-48
    4.3.1 评价指标定义  44-45
    4.3.2 评价结果及分析  45-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章面向同轨立体成像目标任务调度关键技术研究  49-57
  5.1 立体成像任务调度问题分析与求解思路  49-51
  5.2 条件约束满足模型  51
  5.3 CCSP模型的禁忌搜索算法  51-56
    5.3.1 邻域设计  52-54
    5.3.2 禁忌列表  54
    5.3.3 特赦规则  54-55
    5.3.4 候选解接受规则  55
    5.3.5 终止规则  55
    5.3.6 算法步骤  55-56
  5.4 本章小结  56-57
第六章总结与展望  57-59
  6.1 主要研究成果  57-58
  6.2 进一步的研究方向  58-59
致谢  59-61
参考文献  61-65
作者在学期间取得的学术成果  65

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