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鲁棒性资源调度方法及其在卫星任务规划中的应用

作　者: 张驰
导　师: 李军
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 鲁棒性 卫星任务规划 无向互斥图 约束修正 禁忌搜索
分类号: V474.26
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 74次
引　用: 1次
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内容摘要


对地观测卫星利用星载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、经济等各领域。对地观测卫星任务规划问题是一个复杂的组合优化问题,在实际规划调度过程中,多采用相关优化算法自动搜索生成规划方案的方法。而“人”作为最终的规划决策者,在卫星任务规划中起到了至关重要的作用。但操作人员对规划方案的调整,通常是非全局性或基于自身偏好进行的。所以,对自动生成的规划方案进行人工调整,可能导致规划方案优化性大幅降低。论文针对人工干预条件下的卫星任务规划问题,引入鲁棒性资源调度的思想,讨论分析了人工干预对于卫星任务规划带来的影响,构建了鲁棒性卫星任务规划体系框架,给出了鲁棒性卫星任务规划体系设计的完整解决方案。主要工作包括:1.建立了鲁棒性卫星任务规划体系框架,描述和定义了鲁棒性卫星任务规划体系的立论基础和处理对象,确定了规划调度的业务体系、处理流程以及规划问题中的关键技术,将鲁棒性卫星任务规划体系设计问题分解为鲁棒性卫星任务规划、鲁棒性卫星任务规划结果调整等子问题。为后续关键技术的研究和应用系统的设计实现提供总体框架支持和顶层设计指导。2.通过分析对地观测卫星的工作过程和数传活动过程特点及相关约束,面向人工干预的特殊需求,建立了鲁棒性卫星任务规划模型以及规划预案优化性和鲁棒性评价指标体系,并提出了相应的规划策略,可有效解决人工干预条件下的鲁棒性卫星任务规划问题。3.针对人工干预的特殊需求和基本干预方式,综合考虑对地观测卫星规划和星上载荷工作特点,建立了基于任务冲突的无向互斥模型,提出了基于变邻域禁忌搜索算法的约束检测与修正算法,并基于此设计建立了一套完整的鲁棒性卫星任务规划结果调整辅助决策模型,给出了相应的启发式辅助决策算法。在用户调整的各个阶段提供决策支持,最大化的保持了初始规划预案的优化性,克服了人工干预者难以保证全局优化性和干预结果稳定性较差的弱点。基于上述研究成果,设计并实现了鲁棒性卫星任务规划实验系统,验证和评估各项技术的有效性和实用性。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-24
  1.1 课题研究背景及意义  12-16
    1.1.1 相关研究背景  12-16
    1.1.2 研究的意义  16
  1.2 课题相关研究现状及分析  16-22
    1.2.1 鲁棒性资源调度问题研究  17
    1.2.2 对地观测卫星任务规划研究  17-20
    1.2.3 卫星任务规划的约束修正方法研究现状  20-21
    1.2.4 相关研究现状总结  21-22
  1.3 论文的研究内容与组织结构  22-24
    1.3.1 论文的研究内容  22
    1.3.2 论文的组织结构  22-24
第二章 鲁棒性卫星任务规划体系框架研究  24-29
  2.1 鲁棒性资源调度方法概述  24-25
    2.1.1 鲁棒性  24
    2.1.2 资源调度的鲁棒性  24-25
    2.1.3 调度系统的鲁棒性  25
  2.2 鲁棒性卫星任务规划系统需求分析  25-28
    2.2.1 问题描述  25-26
    2.2.2 需求分析  26-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章 鲁棒性卫星任务规划策略  29-43
  3.1 鲁棒性卫星任务规划需求分析  29-33
    3.1.1 卫星对地观测过程  29-30
    3.1.2 卫星数传过程  30-32
    3.1.3 系统主要功能分析  32-33
  3.2 鲁棒性卫星任务规划模型建立  33-40
    3.2.1 模型变量定义  33-35
    3.2.2 模型主要评价准则  35-40
    3.2.3 模型基本假设  40
  3.3 鲁棒性卫星任务规划模型求解方法  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章 鲁棒性卫星任务规划结果启发式辅助调整机制  43-60
  4.1 卫星任务规划结果调整需求分析  43-44
  4.2 卫星任务规划结果调整约束修正机制  44-51
    4.2.1 对地观测卫星任务规划约束修正模型  45-47
    4.2.2 基于变邻域禁忌搜索算法的修正模型求解方法  47-49
    4.2.3 实验及分析  49-51
  4.3 卫星任务规划结果调整启发式辅助决策支持方法  51-58
    4.3.1 系统构成及工作流程  51-56
    4.3.2 分析及实验  56-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章 鲁棒性卫星任务规划实验系统设计与实现  60-69
  5.1 实验系统结构设计  60-62
  5.2 实验系统关键技术和人机交互接口设计  62-66
    5.2.1 任务数据预处理模块设计  62-65
    5.2.2 鲁棒性卫星任务规划模块设计  65
    5.2.3 实验系统人机交互模块设计  65-66
    5.2.4 鲁棒性卫星任务规划结果启发式辅助调整模块设计  66
  5.3 实验系统运行过程  66-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章 总结与展望  69-71
  6.1 主要研究成果  69-70
  6.2 进一步的研究方向  70-71
致谢  71-73
参考文献  73-78
作者在学期间取得的学术成果  78

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天器及其运载工具 > 人造卫星 > 应用卫星 > 测地卫星
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