多星聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃方法

《多星聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃方法》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、8中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)2012年2月——一一一ChineseSpaceScienceandTechnology第1期多星聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃方法王智勇1王永強(qiáng)2王鈞1李軍1吳秋云1(1國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410073)(2中國(guó)人民解放軍61541部隊(duì)。北京100094)摘要針對(duì)多星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題，考慮衛(wèi)星載荷具備連續(xù)側(cè)擺能力和多種數(shù)據(jù)壓縮模式的新特點(diǎn)，構(gòu)建了多星聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)多星聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃和數(shù)傳調(diào)度算法框架，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星連續(xù)側(cè)擺成像規(guī)劃算法和基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的數(shù)傳任務(wù)調(diào)度算法，最后采用實(shí)際算例進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明文章提出的多星聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃方法能在提高完

2、成任務(wù)數(shù)量的同時(shí)降低衛(wèi)星資源消耗，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。關(guān)鍵詞連續(xù)側(cè)擺任務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù)壓縮數(shù)傳調(diào)度衛(wèi)星成像DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2012．01．0021引言多星任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)(Multi—satellitesSchedulingSystem，MSS)是多星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)(Multi—satellitesObservingSystem，MOS)的重要組成部分，多星任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)生成的成像任務(wù)序列的優(yōu)劣，直接影響到能否最大限度的利用衛(wèi)星資源以及能否為用戶提供更多的遙測(cè)信息等關(guān)鍵問(wèn)題。為了解決對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星(EarthObservingSatellite，EOS)成像任務(wù)規(guī)

3、劃問(wèn)題，各國(guó)研究者已提出很多解決方案。國(guó)外研究中，Barbulescu等在求解AFSCN的數(shù)傳調(diào)度問(wèn)題時(shí)，采用穩(wěn)態(tài)遺傳算法獲得了較好的優(yōu)化結(jié)果[1屯]。Muraoka針對(duì)ASTER系統(tǒng)，采用貪婪算法進(jìn)行衛(wèi)星成像調(diào)度‘3。。Potter針對(duì)Landsat7衛(wèi)星采用了首先按照最早結(jié)束時(shí)間安排觀測(cè)請(qǐng)求的貪婪算法進(jìn)行衛(wèi)星任務(wù)調(diào)度[4]。國(guó)內(nèi)研究中，靳肖閃等對(duì)數(shù)傳調(diào)度問(wèn)題采用遺傳隨機(jī)搜索算法對(duì)隨機(jī)回放方式進(jìn)行優(yōu)化，取得較好的優(yōu)化結(jié)果[5]。郭玉華等對(duì)帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈱W(xué)衛(wèi)星成像調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行研究，考慮側(cè)視、存儲(chǔ)容量、能量以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃s束，用以解決復(fù)雜約束條件下的衛(wèi)星調(diào)度問(wèn)題L6]。上述研究大都針對(duì)某種

4、特定應(yīng)用，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化求解，而對(duì)衛(wèi)星載荷具備連續(xù)側(cè)擺能力和多種數(shù)據(jù)壓縮模式這兩種情況并沒(méi)有涉及，因而在實(shí)際應(yīng)用中存在很大的局限性。本文從實(shí)際需求出發(fā)，針對(duì)多星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題，除考慮一般的側(cè)擺和存儲(chǔ)約束外，還對(duì)衛(wèi)星連續(xù)側(cè)擺和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)具有多種數(shù)據(jù)壓縮模式這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入研究，根據(jù)實(shí)際情況，制定優(yōu)化策略，合理安排衛(wèi)星資源，最大限度發(fā)揮衛(wèi)星效能。最后通過(guò)對(duì)實(shí)際算例進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明本文提出的方法能夠有效提高成像任務(wù)數(shù)量和降低衛(wèi)星資源消耗。2多星聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃和數(shù)傳調(diào)度模型2．1衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃工作流程衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃是多星任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的核心問(wèn)題，而成像任務(wù)規(guī)劃和數(shù)傳任務(wù)調(diào)度又是衛(wèi)星任務(wù)國(guó)

5、家自然科學(xué)基金(61101184，61174159)。國(guó)家863計(jì)劃(2007AAl2020203)資助項(xiàng)目收稿日期：201I-05—23。收修改稿日期l2011-07—19!Q!!笙!旦生墾窒塑塾堂夔壟2規(guī)劃的核心。衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃實(shí)施過(guò)程為：預(yù)處理模塊獲取成像任務(wù)要求、數(shù)傳時(shí)間窗口以及載荷約束等資源信息，進(jìn)行任務(wù)預(yù)處理和任務(wù)分組，這一階段，系統(tǒng)根據(jù)約束信息，刪除在規(guī)劃時(shí)段以外的任務(wù)及違反一元約束的任務(wù)。然后成像任務(wù)規(guī)劃模塊根據(jù)成像任務(wù)要求生成成像任務(wù)序列，綜合考慮衛(wèi)星成像的能量消耗、單圈最大成像次數(shù)、單圈最大側(cè)擺次數(shù)、側(cè)擺角度及固存容量等約束，采用衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃算法生成衛(wèi)星成像任務(wù)預(yù)案。數(shù)

6、傳任務(wù)調(diào)度模塊根據(jù)生成的成像任務(wù)預(yù)案和可用數(shù)傳時(shí)間窗口信息，采用數(shù)傳任務(wù)調(diào)度算法生成數(shù)傳預(yù)案。最后由人工輔助決策模塊進(jìn)行人工修改，修改確認(rèn)后形成方案上報(bào)給上一級(jí)系統(tǒng)。2．2衛(wèi)星連續(xù)側(cè)擺成像任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題分析衛(wèi)星繞地球飛行，通過(guò)地球不同區(qū)域執(zhí)行成像任務(wù)和數(shù)據(jù)下傳等活動(dòng)，這些區(qū)域可以根據(jù)星下點(diǎn)軌跡和星載傳感器參數(shù)來(lái)確定。衛(wèi)星連續(xù)側(cè)擺成像任務(wù)規(guī)劃示意圖如圖1所示。圖1(a)中，星下點(diǎn)軌跡即人造地球衛(wèi)星在地球表面的投影點(diǎn)，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)和地球自轉(zhuǎn)使得星下點(diǎn)在地球表面移動(dòng)，形成了星下點(diǎn)軌跡。同時(shí)，衛(wèi)星可以觀測(cè)到離星下點(diǎn)軌跡一定距離的目標(biāo)，觀測(cè)最大距離由最大側(cè)擺角度確定。隨著衛(wèi)星成像任務(wù)的增加，需要在有限的

7、工作時(shí)間內(nèi)盡可能地執(zhí)行成像任務(wù)，減少開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間和其他成像準(zhǔn)備時(shí)間，因此，考慮衛(wèi)星連續(xù)側(cè)擺能力是提高衛(wèi)星資源利用率的重要方法之一。(a)任務(wù)不沖突情況下連續(xù)側(cè)擺連續(xù)側(cè)擺時(shí)間盯兩次成像時(shí)間間隔v(b)任務(wù)沖突情況下連續(xù)側(cè)擺軸圖1衛(wèi)星連續(xù)側(cè)擺成像任務(wù)規(guī)劃示意圖Fig．1Imagingschedulingconsideringcontinuoussideshiit連續(xù)側(cè)擺成像可以減少衛(wèi)星資源消耗。圖1(a)中存在兩個(gè)成像不沖突的任務(wù)(任務(wù)I