本文關(guān)鍵詞：敏捷衛(wèi)星調(diào)度問題關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：獲取高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率成像數(shù)據(jù)已經(jīng)成為支撐國民經(jīng)濟建設(shè)和保障國家安全的戰(zhàn)略性需求。敏捷衛(wèi)星利用搭載的高分辨率傳感器,憑借其機動、靈活等特點,能夠滿足這一戰(zhàn)略需求,大幅提高航天器的服務(wù)能力和效率。敏捷衛(wèi)星的研發(fā)與發(fā)射是我國航天事業(yè)的重要轉(zhuǎn)折。敏捷衛(wèi)星具有繞任意歐拉軸(含滾動、俯仰、偏航)快速、穩(wěn)定的成像能力,能夠完成包括同軌多個熱點目標定制成像、同軌大區(qū)域目標多條帶拼接成像、同軌同一目標多視角立體成像和同軌非沿軌跡方向的目標推掃成像等復(fù)雜遙感成像飛行,如何能根據(jù)任務(wù)需求,制定科學(xué)、精準的調(diào)度策略,讓高速運行的在軌衛(wèi)星,完成上述復(fù)雜的機動組合動作,實現(xiàn)獲取高空間分辨率和高時間分辨率影像的技術(shù)難題,已成為國內(nèi)外敏捷衛(wèi)星調(diào)度技術(shù)研究的關(guān)鍵問題。本文針對敏捷衛(wèi)星調(diào)度技術(shù)關(guān)鍵問題,從成像任務(wù)預(yù)處理、調(diào)度模型和優(yōu)化求解算法三個方面展開研究,以最大限度滿足用戶需求,提高敏捷衛(wèi)星系統(tǒng)整體效能。具體研究內(nèi)容如下：(1)從衛(wèi)星工程系統(tǒng)的角度研究了成像衛(wèi)星工作原理,詳細闡述了與敏捷衛(wèi)星調(diào)度問題密切相關(guān)的遙感衛(wèi)星平臺的軌道特性、敏捷姿態(tài)控制和成像傳感器原理等主要內(nèi)容；總結(jié)提出了敏捷衛(wèi)星四種典型成像模式,敏捷成像模式增強了敏捷衛(wèi)星調(diào)度的靈活性和完成復(fù)雜任務(wù)的可能性；從優(yōu)化目標、成像任務(wù)、衛(wèi)星資源和約束條件四個方面全方位描述了敏捷衛(wèi)星調(diào)度問題,并在此基礎(chǔ)上概括了問題的基本輸入輸出要素。(2)研究了衛(wèi)星成像預(yù)處理過程中的兩個關(guān)鍵問題：區(qū)域目標分解和點目標任務(wù)聚類。針對區(qū)域目標分解,首先分析了現(xiàn)有區(qū)域目標分解方法的特點和不足,然后在此基礎(chǔ)上提出了一種面向敏捷衛(wèi)星的區(qū)域目標動態(tài)分解法,該方法首先動態(tài)計算敏捷衛(wèi)星觀測擺角、幅寬和持續(xù)時間,再以平行條帶分割區(qū)域目標,獲得最小姿態(tài)調(diào)整時間,在此基礎(chǔ)上設(shè)計等步長搜索算法求解對區(qū)域目標的最佳觀測點,最后構(gòu)建了包含四顆敏捷衛(wèi)星GeoEye-1、WorldView-2、Pleiades-1A和SPOT-6的STK仿真場景,仿真結(jié)果驗證了本方法能有效提高觀測目標的覆蓋率；針對密集點目標,采用任務(wù)聚類策略,分析了敏捷衛(wèi)星任務(wù)聚類必須滿足的俯仰、側(cè)擺和成像空閑時間約束條件,并給出了聚類任務(wù)的觀測角度和觀測時間窗口的計算公式。在此基礎(chǔ)上,建立了聚類圖模型,給出了模型的構(gòu)建算法,將任務(wù)聚類轉(zhuǎn)換為團劃分問題,并提出了一種基于啟發(fā)式規(guī)則的團劃分聚類算法,最后通過實驗研究了點目標的分布特性、衛(wèi)星敏捷性和成像傳感器性能對任務(wù)聚類的影響。經(jīng)過預(yù)處理,上述復(fù)雜任務(wù)統(tǒng)一描述為元任務(wù)即成像條帶。(3)研究了半敏捷衛(wèi)星的成像調(diào)度問題,通過將成像任務(wù)間的觀測沖突和其他約束條件轉(zhuǎn)換為二元和三元約束,建立了加權(quán)約束滿足問題模型；提出了一種混合離散粒子群優(yōu)化算法,該算法采用局部鄰域拓撲結(jié)構(gòu),避免早熟收斂,同時引入了一種局部搜索策略提高局部尋優(yōu)能力。在約束處理方面,提出了模糊修復(fù)加懲罰函數(shù)的策略。法國SPOT5衛(wèi)星成像調(diào)度問題的基準測試函數(shù)運算結(jié)果表明了該算法的可行性和有效性。(4)研究了敏捷衛(wèi)星調(diào)度不同于傳統(tǒng)非敏捷衛(wèi)星調(diào)度的時間約束特點,建立了基于時間約束網(wǎng)絡(luò)的敏捷成像衛(wèi)星調(diào)度問題優(yōu)化模型,該模型引入了時間約束以表示敏捷衛(wèi)星觀測目標的開始時間是一個時間段而不是時間點的特性,并且把約束滿足問題擴展為約束優(yōu)化問題；提出了一種基于鄰域搜索的優(yōu)化算法,該算法融入了遺傳算法的全局搜索能力和禁忌搜索的局部優(yōu)化能力,在搜索過程中交替執(zhí)行專門設(shè)計的四種鄰域結(jié)構(gòu)和交叉算子。實驗分析表明了該算法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V474;TP18

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李菊芳;賀仁杰;姚鋒;譚躍進;;成像衛(wèi)星集成調(diào)度的變鄰域禁忌搜索算法[J];系統(tǒng)工程理論與實踐;2013年12期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳成;時間依賴調(diào)度方法及在敏捷衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃中的應(yīng)用研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

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

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本文編號：1176682