卫星合成观测调度的最大覆盖模型及算法研究

遥感卫星采用合成观测方式可以提高观测效率,研究了遥感卫星合成观测调度问题.通过分析观测活动与目标的覆盖关系,建立了考虑任务优先级的最大覆盖模型.分析了观测活动性质,并基于观测活动间存在时序关系特征,将问题按照卫星的最大侧摆次数划分为多个阶段,提出了基于动态规划思想的算法,能够在多项式时间内得到问题的最优解.测试算例验证了算法的有效性.

编队卫星对地观测调度问题模型比较研究

研究了编队卫星对地观测调度问题。分别建立了基于问题自然描述和基于有向图描述的两类整数规划模型,运用整数规划凸包理论比较了两类模型与各自对应的线性松弛模型之间的最优值差异,得出了基于有向图描述的线性松弛模型更接近于原问题凸包的结论,并基于有向图描述模型设计了不完全分支定界算法。最后,在随机生成的仿真算例下,运用ILOG CPLEX实现了该算法,实验结果表明了模型及算法的有效性,并验证了对于两类整数规划模型的边界分析。

基于免疫粒子群算法的多星观测调度研究

多星观测调度是一个复杂的组合优化问题,且为NP难题。目前常用解决方法是采用智能搜索算法在搜索空间寻找近似最优解。针对上述问题,首先探讨了国内外成像侦察卫星调度算法的研究现状,然后阐述了传统微粒子群优化算法与免疫粒子群优化算法的特点,并对带有多个时间窗口约束的多星观测问题建立了数学模型。在此基础上,提出一种用于解决多星观测调度问题的免疫粒子群算法。实验结果表明,免疫算法收敛速度快,可以很好地逼近精确解,并具有较强的搜索能力。

面向多星区域观测调度的改进型自适应遗传算法

针对传统优化算法在解决多星区域观测调度问题中收敛速度缓慢和易于陷入局部最优解的不足,提出了一种改进型自适应遗传算法。该算法通过蒙特卡洛方法结合Hamming距离,给出较优的初始种群;根据种群的平均Hamming距离确定交叉和变异操作的执行顺序,并结合sigmoid函数和高斯函数基于种群的个体适应度设计了自适应非线性的交叉率和变异率;结合双精英保留策略和锦标赛策略,保证最优个体的遗传;使用双重停机条件,提高算法的搜索效率。最后,通过实验表明,该方法可以显著提高全局搜索能力,加快算法的收敛速度,有效提高卫星的观测效率。

望远镜观测调度系统研究进展

望远镜观测调度系统作为望远镜运行过程中的资源协调者,主要用于对观测者的观测计划进行合理地安排调度,使天文台各望远镜的观测资源得以充分利用。望远镜调度过程十分复杂,而人工智能算法能够很好地解决此类问题。国内外相关团队也针对此问题进行了许多研究,并在相应的望远镜上得到了应用实现。介绍了望远镜调度问题的解决方法,总结了通用型望远镜常用的观测调度策略,综述了观测调度系统在不同望远镜上的应用。随着人工智能的发展,观测调度系统将有更大的发展空间,并能够提高望远镜的观测效率与质量,更好地服务于天文观测。

不同地形情况下GPS控制网布设方式及观测调度方式的研究

通过对引水工程、水库工程、中小河流治理工程、水生态水景观综合治理工程、库区泥沙淤积测验工程等项目的 GPS控制网的研究,阐述不同地形情况下如何提高控制网图形强度,保证成果精度;同时论述了控制网观测调度方式受多方面因素影响,合理的观测调度计划能够有效提高工作效率。

考虑任务聚类的多星观测分阶段调度方法研究

单个轨道圈次内星上能量和侧摆次数有限,在卫星观测调度时考虑任务聚类可以提高观测效率。分析了满足用户分辨率需求下多任务聚类的约束条件,并对聚类任务的时间窗口和侧摆角度进行了合理优化。提出了先聚类后调度再修复的分阶段求解策略:首先用团划分聚类算法和启发式插入聚类算法把多星多轨道圈次观测调度问题转化为单星单轨道圈次观测调度问题,然后采用基于时间序无圈有向图的多准则优化卫星调度方法求解单星单轨道圈次调度问题,最后提出一种修复策略进一步优化调度结果。案例仿真表明,提出的方法可行,能够提高卫星的观测效率。

多星联合对地观测调度问题的列生成算法

多星联合对地观测调度问题作为一类大规模组合优化问题,其求解算法往往采用启发式或超启发式.运用列生成思想对该问题设计了完全搜索算法.在建立了问题的整数规划模型之后,将原问题分解为集合配置主问题和含时间窗口的最短路径子问题,其中集合配置主问题采用主单纯型法通过CPLEX求解,含时窗的最短路径子问题采用动态规划求解,该动态规划算法围绕观测冲突时段这一关键资源进行最优子路径的扩展.只有在子问题的最优解对主问题的优化目标仍有改进时,主问题的约束矩阵列才被扩展.该算法针对部分算例得到了最优解,其余算例也在指定的时间内得到了相比一种基于优先级的启发式算法更优的解.

基于ESWO的敏捷对地观测卫星任务调度算法

具备灵活姿态机动能力的敏捷对地观测卫星(简称为敏捷卫星)极大地提高了对地观测能力,但大幅增长的可见时间窗口数量和长度给敏捷卫星观测调度问题的求解带来了巨大的挑战,同时敏捷卫星特有的时间依赖转换时间使观测调度问题进一步复杂化,因此,敏捷卫星观测调度问题受到了广泛的关注。针对敏捷卫星任务调度问题,以观测收益最大化为目标,建立了考虑时间依赖转换时间特性的混合整数非线性规划数学模型,基于具有大邻域导向搜索能力的演化吱呀轮优化(ESWO)算法框架提出一种启发式敏捷卫星任务调度算法(ESASS)。该算法结合敏捷卫星观测调度问题的特征,设计了ESWO算法的5个核心操作算子即分析器、选择操作、变异操作、优先级排序器和构造器,并且借鉴模拟退火算法的思想设计了一个自适应更新策略来提高算法的求解速度和性能。为了验证ESASS算法的有效性,将该算法与自适应大邻域搜索(ALNS)算法、启发式插入算法和基于遗传算法(GA)的观测调度算法进行仿真比较。仿真实验结果表明,与现有算法相比,提出的ESASS算法用较短的计算运行时间可获得在观测收益和观测任务数量方面性能最好的调度方案,ESASS算法适用于求解具有时间依赖转换时间特性的敏捷卫星观测调度问题。

FAST观测管理系统设计与原型实现

位于贵州省平塘县的500 m口径球面射电望远镜(FAST)建成后将是世界上最大最灵敏的单口径射电望远镜。为提高望远镜的观测效率和易用性,设计了观测管理系统来优化观测序列和监控观测过程。采用原型迭代开发方法进行了系统设计及原型实现。本文详细阐述了基于观测场景的业务流程分析和观测调度策略、观测翻译等关键设计。然后在4.5m射电望远镜上测试了原型的实现效果,验证了系统设计的可行性,为完整系统的开发提供借鉴。

中立时滞LPV系统基于观测器的控制器设计

研究一类中立时滞线性参数变化系统的基于观测器的控制问题.采用Lyapunov方法,提出了系统的时滞相关稳定性条件,设计了增益调度控制器和状态观测器.利用参数线性矩阵不等式,将控制器存在的充分条件转化为凸优化问题.最后通过数值仿真验证了所提出方法的可行性.

卫星观测系统整体调度的收发问题模型及求解

探讨了一类涉及多星、多地面站、多任务的卫星观测系统整体调度问题,该问题要求从过多赋权卫星观测需求中,选择有能力完成的一个任务子集,并为相应的拍照和数据下传活动安排资源和时间,以实现特定的优化目标.用一种变体形式的收发问题模型描述了该问题,并给出了其约束规划和禁忌搜索相结合的求解方法.最后用随机生成的问题示例检验了求解算法的性能.

天基低轨海上移动目标成像搜索任务调度

搜索海上移动目标在民用和军事领域都有着迫切需求。相比于飞机和舰船等传统工具,低轨成像卫星更适用于远海大面积的搜索任务。从移动目标运动预测和卫星观测调度2个关键问题入手,对单先验点无反馈场景下的卫星成像搜索调度问题展开了研究。首先建立运动预测模型,提出了基于局部航向加权策略和偏航约束假设的区域概率分布建模方法。而后建立观测调度模型,定义了考虑单窗口卫星视场切换的设计变量,并提出了基于目标“逃逸概率”指标的目标函数模型。最后是优化求解,提出了一种基于启发式单窗口定向寻优策略的两层优化算法。通过3组仿真算例对所提出方法进行了分析。第1组基于轨迹打靶法验证了概率预测指标和“预测-调度”方法的整体有效性,第2组采用多组蒙特卡洛轨迹集打靶说明了“逃逸概率”指标的可行性,第3组通过算法对比证明了两层优化算法在求解效率和解的质量方面的优势。