天基海洋移動目標(biāo)監(jiān)視具有覆蓋區(qū)域廣、安全性高、不受空域國界和地理?xiàng)l件限制等優(yōu)點(diǎn),在軍事需求和民事應(yīng)用中具有突出的戰(zhàn)略意義和民用價值。當(dāng)前如何充分利用衛(wèi)星及其有效載荷,滿足海洋移動目標(biāo)監(jiān)視的信息需求,增強(qiáng)海洋移動目標(biāo)監(jiān)視效能,是一個重要而緊迫的研究課題。海洋移動目標(biāo)的動態(tài)性、衛(wèi)星及其載荷類型的多樣性給衛(wèi)星任務(wù)計(jì)劃編制增加了難度,只有建立有效的運(yùn)行控制模式和多星聯(lián)合調(diào)度的模型、算法,才能較好地安排觀測任務(wù)、合理分配衛(wèi)星資源。基于上述研究背景,本文主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面。 (1)對天基海洋移動目標(biāo)監(jiān)視聯(lián)合調(diào)度問題的系統(tǒng)分析和形式化描述,建立聯(lián)合調(diào)度問題的一般模型。 系統(tǒng)分析了海洋移動目標(biāo)、監(jiān)視環(huán)境和衛(wèi)星調(diào)度資源的特點(diǎn)。分析了海洋移動目標(biāo)監(jiān)視聯(lián)合調(diào)度問題的不確定因素和業(yè)務(wù)流程,給出了聯(lián)合調(diào)度問題的基本假設(shè)。對監(jiān)視區(qū)域網(wǎng)格劃分、過境觀測窗口、聯(lián)合調(diào)度任務(wù)、觀測行動集、行動策略與優(yōu)化目標(biāo)等要素進(jìn)行了定性和定量分析,給出了形式化描述。根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的短期性和長期性收益,建立了單階段聯(lián)合調(diào)度模型、反饋延時的單階段聯(lián)合調(diào)度模型和多階段聯(lián)合調(diào)度模型。 (2)提出衛(wèi)星與地面目標(biāo)的時空關(guān)系計(jì)算方法。 提出了衛(wèi)星與地面目標(biāo)的時空計(jì)算方法,為調(diào)度預(yù)處理、目標(biāo)與觀測行動影響關(guān)系提供輔助計(jì)算支持。其中,側(cè)擺觀測算法根據(jù)已知衛(wèi)星星下點(diǎn)位置和側(cè)擺角,計(jì)算視場中心所觀測的地面目標(biāo)點(diǎn)位置。側(cè)擺角及觀測時刻算法用以確定衛(wèi)星對目標(biāo)的觀測時刻及對應(yīng)側(cè)擺角。觀測條帶的網(wǎng)格覆蓋檢測算法用以判斷衛(wèi)星觀測條帶與監(jiān)視區(qū)域中網(wǎng)格的覆蓋關(guān)系。 (3)改進(jìn)和擴(kuò)充海洋移動目標(biāo)運(yùn)動預(yù)測方法,提出多模型運(yùn)動預(yù)測方法。 在目標(biāo)不易區(qū)分情況下,運(yùn)用帶隨機(jī)擾動的勻速運(yùn)動預(yù)測方法。在目標(biāo)可明確區(qū)分情況下,通過集成勻速運(yùn)動預(yù)測、航跡變更預(yù)測、基于航跡的預(yù)測和潛在區(qū)域預(yù)測,根據(jù)預(yù)測前若干階段中目標(biāo)位置與各備選方法預(yù)測值的比較,在備選方法中選擇當(dāng)前預(yù)測階段適宜采用的方法,建立多模型運(yùn)動預(yù)測方法。 (4)提出海洋移動目標(biāo)跟蹤的粒子濾波算法。 根據(jù)海洋移動目標(biāo)特點(diǎn)和監(jiān)視應(yīng)用要求建立無數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的粒子濾波算法。算法根據(jù)多個移動目標(biāo)的間隔距離自適應(yīng)地選擇目標(biāo)粒子抽樣方式,在無數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)條件下目標(biāo)區(qū)分的計(jì)算負(fù)擔(dān)和目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)精度兩方面平衡算法的性能;運(yùn)用Kmeans聚類方法調(diào)整粒子中對應(yīng)不同目標(biāo)的劃分排序;引入地理約束對粒子權(quán)重的修正因子,處理位于大陸、島嶼等目標(biāo)不可達(dá)區(qū)域的粒子。 (5)提出基于信息度量的單階段聯(lián)合調(diào)度方法。 對Kullback-Leibler(KL)散度、信息熵、目標(biāo)狀態(tài)概率最大化的不同行動策略進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,在統(tǒng)計(jì)意義下論證了基于KL散度的觀測行動收益最大化是較優(yōu)的行動策略。給出了概率分布抽樣粒子描述的單階段期望收益表達(dá)式,以觀測條帶覆蓋網(wǎng)格內(nèi)期望信息收益最大化為行動策略,建立基于信息度量的單階段聯(lián)合調(diào)度算法。進(jìn)一步考慮不同衛(wèi)星過境觀測窗口鄰近或重疊時不能及時得到觀測結(jié)果的影響,提出考慮反饋延時的單階段聯(lián)合調(diào)度算法。 (6)提出基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多階段聯(lián)合調(diào)度方法。 以長期觀測收益最大化為優(yōu)化目標(biāo),研究多階段聯(lián)合調(diào)度方法。分析了強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法在本文研究背景下的應(yīng)用優(yōu)勢。以期望信息收益作為強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的狀態(tài)描述�？紤]到實(shí)際應(yīng)用中不同衛(wèi)星遙感器可能具有不同控制或觀測參數(shù)而導(dǎo)致離散行動規(guī)模不一致的缺陷,在連續(xù)行動空間建立行動集和行動選擇方法。給出狀態(tài)行動對的值函數(shù)以及使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近似估計(jì)值函數(shù)的學(xué)習(xí)算法,在連續(xù)行動空間上建立基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多階段聯(lián)合調(diào)度算法。 (7)基于仿真的應(yīng)用研究。 通過仿真結(jié)構(gòu)、流程和想定設(shè)計(jì)、調(diào)度預(yù)處理過程以及調(diào)度結(jié)果分析,給出更為貼近實(shí)際應(yīng)用背景的仿真案例,驗(yàn)證本文提出方法的有效性。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P714
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及評述
        1.2.1 最優(yōu)搜索理論
        1.2.2 海洋移動目標(biāo)運(yùn)動預(yù)測方法
        1.2.3 衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃調(diào)度技術(shù)
        1.2.4 海洋移動目標(biāo)監(jiān)視相關(guān)研究
    1.3 論文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)
    1.4 論文組織結(jié)構(gòu)
第二章 天基海洋移動目標(biāo)監(jiān)視聯(lián)合調(diào)度問題分析與建模
    2.1 海洋移動目標(biāo)及監(jiān)視環(huán)境
        2.1.1 海洋移動目標(biāo)特點(diǎn)
        2.1.2 海洋監(jiān)視環(huán)境特點(diǎn)
    2.2 聯(lián)合調(diào)度資源
        2.2.1 海洋監(jiān)視衛(wèi)星分類及特點(diǎn)
        2.2.2 目標(biāo)信息獲取與處理能力
        2.2.3 衛(wèi)星資源使用約束
        2.2.4 海洋監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用案例
    2.3 問題描述與建模
        2.3.1 不確定性因素
        2.3.2 業(yè)務(wù)流程與求解框架
        2.3.3 基本假設(shè)及問題簡化
        2.3.4 聯(lián)合調(diào)度問題的形式化描述
        2.3.5 聯(lián)合調(diào)度問題的一般模型
    2.4 本章小結(jié)
第三章 海洋移動目標(biāo)運(yùn)動預(yù)測與狀態(tài)估計(jì)方法
    3.1 海洋移動目標(biāo)與衛(wèi)星觀測的時空關(guān)系計(jì)算方法
        3.1.1 側(cè)擺觀測算法
        3.1.2 側(cè)擺角及觀測時刻算法
        3.1.3 觀測條帶的網(wǎng)格覆蓋檢測算法
        3.1.4 算例結(jié)果與分析
    3.2 海洋移動目標(biāo)運(yùn)動預(yù)測方法
        3.2.1 相關(guān)定義及條件假設(shè)
        3.2.2 海洋移動目標(biāo)運(yùn)動預(yù)測方法集
        3.2.3 海洋移動目標(biāo)多模型運(yùn)動預(yù)測方法
        3.2.4 算例結(jié)果與分析
    3.3 海洋移動目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)方法
        3.3.1 粒子濾波研究現(xiàn)狀及原理概述
        3.3.2 海洋移動目標(biāo)跟蹤監(jiān)視的粒子濾波應(yīng)用案例
        3.3.3 多目標(biāo)跟蹤的粒子濾波基本算法
        3.3.4 海洋移動目標(biāo)跟蹤的粒子濾波算法
        3.3.5 算例結(jié)果與分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于信息度量的單階段聯(lián)合調(diào)度方法
    4.1 信息論方法原理概述
    4.2 監(jiān)視信息度量方法
        4.2.1 信息度量
        4.2.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
    4.3 基于信息度量的單階段聯(lián)合調(diào)度算法
        4.3.1 單階段期望信息收益
        4.3.2 粒子描述的單階段期望信息收益
        4.3.3 傳感器模型
        4.3.4 單階段聯(lián)合調(diào)度算法
        4.3.5 反饋延時的單階段聯(lián)合調(diào)度算法
    4.4 算例結(jié)果與分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多階段聯(lián)合調(diào)度方法
    5.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論概述
        5.1.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)研究現(xiàn)狀
        5.1.2 強(qiáng)化學(xué)習(xí)基本原理
    5.2 多階段聯(lián)合調(diào)度的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法
        5.2.1 輸入狀態(tài)的規(guī)范化描述
        5.2.2 階段收益與值函數(shù)
        5.2.3 行動集與行動選擇
        5.2.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的值函數(shù)逼近器
        5.2.5 多階段聯(lián)合調(diào)度算法
    5.3 算例結(jié)果與分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 天基海洋移動目標(biāo)監(jiān)視聯(lián)合調(diào)度的應(yīng)用研究
    6.1 仿真結(jié)構(gòu)與流程設(shè)計(jì)
        6.1.1 仿真結(jié)構(gòu)組成
        6.1.2 仿真主控流程
    6.2 仿真想定設(shè)計(jì)
        6.2.1 備選衛(wèi)星資源設(shè)計(jì)
        6.2.2 監(jiān)視區(qū)域及移動目標(biāo)設(shè)計(jì)
    6.3 調(diào)度預(yù)處理
        6.3.1 衛(wèi)星過境觀測時間窗口計(jì)算
        6.3.2 光照條件與氣象的影響
    6.4 算例結(jié)果與分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文總結(jié)
    7.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 阮啟明;譚躍進(jìn);李菊芳;陳英武;;對地觀測衛(wèi)星的區(qū)域目標(biāo)分割與優(yōu)選問題研究[J];測繪科學(xué);2006年01期

2 趙勇,徐永勝;國外海洋監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];電訊技術(shù);2002年05期

3 劉先省,申石磊,潘泉,張洪才;基于信息熵的一種傳感器管理算法[J];電子學(xué)報(bào);2000年09期

4 吳煒琦;張育林;;光學(xué)偵察衛(wèi)星的目標(biāo)探測概率分析[J];國防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2006年04期

5 沈如松;朱世界;;天基海洋監(jiān)視體系方案設(shè)計(jì)與綜合評價[J];海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào);2006年04期

6 李新其,畢義明,李紅霞;海上機(jī)動目標(biāo)的運(yùn)動預(yù)測模型及精度分析[J];火力與指揮控制;2005年04期

7 劉環(huán)宇;�；铺炱脚_——國家海上力量的新增長點(diǎn)[J];艦船科學(xué)技術(shù);2004年01期

8 李維詩,李江雄,柯映林;平面多邊形方向及內(nèi)外點(diǎn)判斷的新方法[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2000年06期

9 丁健,江南,芮挺;基于邊方向角長度表示的多邊形方向、凹凸性及點(diǎn)包含算法[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2005年06期

10 馬惠元;國外衛(wèi)星偵察與監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的綜合評述與體制初探[J];空間電子技術(shù);2002年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 賀仁杰;成像偵察衛(wèi)星調(diào)度問題研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2004年

2 阮啟明;面向區(qū)域目標(biāo)的成像偵察衛(wèi)星調(diào)度問題研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

3 王軍民;成像衛(wèi)星魯棒性調(diào)度方法及應(yīng)用研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

4 慈元卓;面向移動目標(biāo)搜索的多星任務(wù)規(guī)劃問題研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

5 白保存;考慮任務(wù)合成的成像衛(wèi)星調(diào)度模型與優(yōu)化算法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 康少單;基于電子偵察和光學(xué)成像偵察的目標(biāo)綜合識別算法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2003年

2 李曦;多星區(qū)域觀測任務(wù)的效率優(yōu)化方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

3 盧盼;面向海洋移動目標(biāo)成像偵察任務(wù)的規(guī)劃問題研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

本文編號：2834528