带局部交互的多星TT&C调度合作协同进化

针对现有合作协同进化机制较少利用局部协同信息的问题,通过对多星TT&C资源调度的合作协同进化求解进行改进,在全局协同的基础上加强局部交互,为每个个体设定一个表明其与所有相邻子种群合作效果的进化性能指标——局部交互值,将该值作为选择操作中衡量个体优劣的尺度之一,以局部交互值与各子适应度之和的差值决定个体变异率,使变异具有自适应性,从而减少由子种群代表个体选择的非全局性造成的优秀个体丢失现象。仿真实验结果表明该方法能较好地提高求解质量。

大型星座混合模拟退火遗传算法测控任务规划

提出了一种基于拥挤度的混合模拟退火多层编码遗传算法,用于解决大型星座的测控任务规划问题。首先,建立了大型星座测控问题的约束满足模型,对任务规划过程中的各种约束条件和优化目标进行了形式化描述。第二,采用多层编码的方法建立测控方案与解空间的对应关系,并采用遗传算法的启发式方法进行全局搜索。第三,为了增加种群的多样性并加快收敛速度,在每代进化结束后对种群中最优的部分个体进行基于拥挤度的模拟退火。超180颗卫星,32个地面测控天线的真实大型星座测控任务规划试验表明,基于拥挤度的混合模拟退火遗传算法的任务完成率高达99%,归一化综合收益大于0.9,算法运行时间小于15 min,验证了该方法具备工程实用价值。

球面全空域多波束天线的分析与验证

针对多星测控和高精度测量的需求,介绍了“半球面+柱面+全数字波束形成、收发一体的球形全空域多波束天线实现方案”的比较分析过程和实验验证结果。实验结果表明,采用该天线的测控系统能在实现多目标同时遥测遥控的同时大幅提高跟踪性能,测量精度与传统测控站相当,满足未来多星环境下全空域高可靠跟踪、高精度测量的要求。

复杂真实约束条件下的多星测控资源调度

测控资源调度是卫星调度研究领域的关键问题之一,其在多星条件下面临着因约束信息来源不同、结构差异大、表达模糊而难以建立统一的约束模型,以及求调度问题的最优解是NP-hard的且不易得到较优解的问题。为此,首先将多星测控问题表达为组合优化模型,再将复杂的约束信息归纳为一套约束,最后提出了一种双层并行约束匹配算法求解问题。与用户现有算法对比,所提算法的周期测控调度成功率提升了9%左右,且可以处理更多约束信息类型。

基于深度神经网络的多星测控调度方法

卫星规模的急剧扩大给传统多星测控调度方法带来了巨大挑战。传统调度方法面临调度时间长、任务满足度低等问题,难以适应大规模卫星调度。为此,引入了支持大数据和并行计算且具有自主学习特性的深度神经网络(DNN)算法,提出了一种基于DNN的多星测控资源调度方法。根据多星测控资源调度的特点以及DNN算法的要求,对调度过程中影响调度结果的相关实体和约束等信息进行特性分析,选择对调度结果有较大影响的属性或约束,离散化处理后作为DNN的特征值。在此基础之上通过预处理将测控任务与测控资源间的全匹配缩减为有效匹配,减小求解空间,降低DNN的特征维度以及训练难度。然后基于抽取的特征值及调度特性构建DNN模型,并通过大量历史调度数据完成对该DNN模型的训练。最后经试验表明,DNN调度方法的任务满足度达到99%,且通过特征降维后,算法的运行时间缩减了83%,验证了算法的可行性和高效性。

灵活的全空域同时多波束测控技术

针对日益发展的多星同时测控需求,给出了一种灵活的全空域多波束同时测控阵列天线实现技术。在分析国外GDPAA(网格球顶相控阵天线)相控阵技术的基础上,提出了子阵有源相控阵+多面数字波束合成的综合实现架构,比较了多面拼阵和球面拼阵工程实现的优缺点;并在单元天线建模的基础上对多面拼阵和球面拼阵进行了系统仿真,验证了其半球覆盖的波束性能和全空域覆盖的可行性。考虑工程实现,给出了多面拼阵的实现建议,并对其发展构思、预期性能和主要关键技术进行了探讨,最后进行了归纳总结。

多星测控调度问题的禁忌遗传算法研究

对多星测控调度问题进行了研究,建立了测控调度模型。根据卫星测控需求及其调度特点,建立了可能任务模型,设计了一种各类型需求通用的编码方式,并在此基础上设计实现了一种禁忌遗传算法。完成了包括遗传算子设计、邻域设计、禁忌移动算子设计、算法流程等一系列关键技术的设计实现。并通过仿真验证了该算法的有效性。

多星测控调度问题综述

多星测控调度问题是指对多颗卫星和地面站之间的测控任务进行调度，是一类高约束、高计算复杂度的任务资源分配问题。本文对国内外相关领域研究情况进行了探讨，从问题的模型描述、解决算法以及最终方案优化等方面，对多星测控调度问题的研究情况进行了分析和总结。在此基础上指出多星测控调度问题的发展趋势。

一种求解多星测控调度问题的启发式算法

一种基于优先级排序的启发式调度算法,首先构造问题的数学模型,对各种类型的卫星及航天器测控需求进行描述。再针对各影响因素分别定义优先级并根据工程实际确定权重,将各优先级加权得到需求的综合优先级。以综合优先级为排序标准,采用优先度最高的需求最先占用的策略,最后将以被占用的需求作为进一步调度的约束完成算法。

多星测控中波达方向估计传播因子虚拟ESPRIT算法

针对多星测控中涉及的阵列天线信号波达方向估计问题,给出了一种新的基于传播因子的二维波达方向估计(2D-DOA)算法——传播因子虚拟ESPRIT算法(PMV-ESPRIT)。传统的虚拟ESPRIT算法需要对互相关矩阵进行特征值分解(EVD)或对数据接收矩阵进行奇异值分解(SVD),因此其运算量较大。而新算法基于传播因子方向向量分割的线性运算对传统算法做了进一步改进,其运算量明显降低,且具有更高的信号波达方向测向精度。仿真实验结果表明了PMV-ESPRIT算法的有效性和可行性。

基于本体的多星测控调度问题模型研究

针对多星测控调度问题中存在的模型众多、交互困难的不足,引入本体工具分析了多星测控调度问题中各种对象及对象之间的关系,给出了多星测控调度问题中概念本体的构建方法,建立了多星测控调度问题模型框架,为准确表述领域知识、实现模型及数据的重用和交互打下基础。最后利用示例描述说明了模型框架的兼容性。

一种多星测控下行多址干扰分析方法

针对一箭多星发射过程中的多星测控问题,提出了一种适用于多星星地测控链路的下行码分多址干扰分析方法,构建了星箭联合体电磁仿真简化模型,并采用电磁仿真预测与多星干扰强度分析相结合的方法,评估受干扰信号的干信比上限,检验系统的兼容性。以构型为串联结构形式一箭双星发射的某中高度轨道双星为例,根据其主动段双星所处的构型布局和使用时机的复杂约束,分析评估单站同时接收双星下行码分多址扩频测控信号的多址干扰强度,并进行了双星主动段的在轨飞行试验。结果表明:该方法可有效分析多址干扰强度,满足工程实际应用需求。电磁仿真预测与多星干扰强度分析相结合的方法,为检验星地系统参数的兼容性,以及星箭飞行控制过程中地面站的使用策略提供了有效的支撑,可为类似的多目标工程应用提供参考。

多星测控调度问题需求分析及任务描述方法研究

以多星测控调度为背景,研究和分析了测控需求和测控任务的描述方法,建立了相应的数学模型,针对测控需求,提出了基于XML的测控需求文件的标准化格式。通过描述实例证明了提出的方法能够用于描述测控需求及测控任务,便于交互。

基于免疫计算的多Agent决策支持系统及其在海上航天测控领域中的应用

介绍了人工免疫系统的概念以及基于人工免疫计算的多agent决策支持系统,探讨和分析了该系统在海上航天测控领域的应用。

基于正交设计的多星测控调度协同进化代表个体选择

针对多星测控资源调度问题,设计了和问题特征结合的合作型协同进化调度算法,给出了算法的编码、操作算子和流程,鉴于调度算法采用传统的代表个体最优选择和随机选择将导致求解效果不稳定,提出一种子种群代表个体选择方法及对应的个体适应度计算方法.综合考虑代表个体的协同性和计算开销,借鉴正交设计的思想,依据贪婪性强弱从每个子种群选择三个代表个体,并利用正交表进行个体适应度计算.最后通过一个实例,验证了该方法的有效性.

基于LAS码的星群多目标测控技术研究

针对星群多目标同时测控问题,基于星群轨道根数的时延特性和多普勒频移特性分析可得,星群多目标测控的上行链路遥控与测距信号可实现S-CDMA(Synchronous Code Division Multiple Access,同步码分多址),由于星间距离较小,下行链路遥测与测距信号满足QS-CDMA(Quasi-synchronous code division multiple access,准同步码分多址)。上行链路遥控和测距信号形式设计为PCM-BPSK-CDMA(Pulse Code Modulation-Binary Phase Shift Keying-Code Division Multiple Access,脉冲编码调制-二进制相移键控-码分多址),上行链路信号采用Gold序列扩频;下行链路遥测和测距信号形式设计为PCM-BPSK-CDMA,根据总的时延差,提出下行链路采用基于等长脉冲间隔法构造的LAS(Large Area Synchronous,大区域同步)码扩频。结果表明:比特信噪比Eb/N0为10.5dB时,遥控误码率为1×10-6;Eb/N0为9.6dB时,遥测误码率为1×10-5——与达到相同误码性能的Gold序列相比有1dB改善,因此,LAS码相比于Gold码能够获得更好的误码性能。

基于遗传算法的航天测控网资源分配模型与仿真

为了解决多星在轨测控给航天测控网带来的资源压力,在分析航天测控网资源冲突现象的基础上,构建了一种航天测控网资源分配模型。该模型立足于航天测控网现有的硬件资源,在不增加测控网建设成本的基础上,引入效益因子,既优先满足测控级别较高的卫星的测控需求,又充分考虑接受测控任务时各个测控站的时延和带宽等实际因素,通过分配不同的权重,实现现有测控资源利用率的最大化,并采用遗传算法(GA)对该模型进行求解。通过仿真实验表明,与传统的资源分配方法相比,该模型的任务完成率提高了23%,测控资源利用效率为传统方法的2倍以上,而算法的运行时间与传统的方法相当。因此,在多窗口多星同时测控的条件下,该模型更能合理配置测控资源,提高整个测控网的利用效率。

TDRSS接收机码分多址干扰抑制方案设计

为了在跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)中实现码分多址(CDMA)应用,需要完成多用户检测(MUD)及码分多址干扰(MAI)抑制。采用减性多级迭代对消算法,在数字信号处理芯片中完成信号再生、延时校正、时域相减对消,可以完成至少12通道的多用户检测,并能将多址干扰抑制至最小1 d B以内。该算法可作为通用MUD算法的有效补充,并能应用于各类非最优的CDMA系统中,具有迭代级数可选、通道扩展性强、工程实现性好的优点。

美军航天测控企业级地面体系的发展

美国军事航天地面测控系统采用为每种军事卫星系统配套专用测控系统的方式构建,形成"烟囱"式割裂的格局,造成资源和人力的极大浪费。空间威胁的日益严峻迫使美军进行地面系统的转型。美军提出构建"企业地面体系"(EGA),用通用的测控系统完成所有军事卫星的测控,通过云技术提高网络安全性,通过自动化和商业化减少操作人员,提高系统效率,降低运维成本,腾出更多人力完成有效载荷的部署与操控,以应对日益迫近的太空作战。虽然美军EGA的具体方案还未出台,但通过对其发展背景、总体设想、拟采用的关键技术及发展现状进行跟踪分析,总结了美军构建通用军事测控系统的总体设计思路及设计原则,对我国航天测控系统的发展提出了建议。

基于多活性代理的多星测控调度方法

多星测控调度问题是一个具有多时间窗口、多资源约束的优化问题,其中多星测控任务调度的建模和求解算法是关键。在多活性代理理论的基础上,引入任务调度活性度概念及多活性代理活性保持的协调协商机制,建立基于活性度的多星测控调度模型,并给出一种多活性代理协调协商遗传算法。最后给出实验示例对所提出的算法进行仿真验证。仿真实验表明,所提出的基于多活性代理协商协调的模型及算法能够更好地解决多星测控任务调度问题。