成像卫星调度问题研究

摘要

针对日益增加的卫星成像需求，合理地利用多颗成像卫星实施对地成像，并将成像数据下传到地面站，生成调度方案和满足相应用户需求，成为对成像卫星调度问题研究的主要内容。因此成像卫星调度问题需要考虑在多颗卫星和多个地面站构成的组合资源下，对卫星观测过程和数据下传过程综合调度的问题即成像卫星综合调度问题;需要考虑现实扰动环境所带来的用户应急需求，而对调度方案进行变更的问题即成像卫星应急调度问题。以上问题也正是本文主要研究的问题，在对问题约束进行分析和处理的基础上，主要研究成果如下:
　　1、提出了成像卫星综合调度策略。针对现有研究对成像卫星观测过程和数据下传过程采用分段式和规则式结合的调度策略而降低了成像系统工作整体效益的情况，提出了本文的成像卫星综合调度策略，并分析了所提策略对数传任务和观测任务安排过程的整体有机性，为成像卫星综合调度问题的求解和成像卫星应急调度问题的全局优化求解奠定了基础。
　　2、提出了成像卫星综合调度模型与算法。基于对成像卫星综合调度问题的分析，将成像卫星综合调度问题归结为子集求解问题，建立了成像卫星综合调度数学模型，基于蚁群算法求解子集类问题的特性，提出了一种带有观测任务信息素和数传任务信息素的双信息素蚁群算法，算法采用了依据迭代代数自适应选择信息素更新方式，并借鉴了最大最小蚁群算法的信息素更新思想对双信息素蚁群算法中的两种信息素进行不同的更新，后经实验验证了所提算法的有效性。
　　3、提出了成像卫星应急调度模型与算法。基于对调度任务和各种扰动因素的分析，将成像卫星应急调度问题转化成一类插入新任务的卫星调度问题，构建了问题的数学模型，针对现有成像卫星应急调度问题的研究中一方面不考虑对数据下传过程的优化，另一方面大多采用局部调整算法而导致求解质量依赖于数据分布特征的情况，所设计的基于局部调整和蚁群算法的应急调度算法结合了局部调整算法和全局优化算法，并进行了含有数据分布影响分析的实验分析。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 成像卫星观测调度研究

1．2．2 卫星数传调度研究

1．2．3 成像卫星综合调度研究

1．2．4 成像卫星应急调度研究

1．2．5 研究现状总结

1．3 论文主要研究的内容和组织结构

1．3．1 论文研究的主要内容

1．3．2 论文的组织结构

第二章 成像卫星调度问题

2．1 成像卫星工作原理

2．1．1 成像卫星工作背景

2．1．2 成像卫星调度约束

2．1．3 约束条件处理

2．1．4 假设与考虑

2．2 成像卫星综合调度问题

2．2．1 成像卫星综合调度问题分析

2．2．2 成像卫星综合调度策略

2．3 成像卫星应急调度问题

2．3．1 调度任务分析

2．3．2 扰动因素分析

2．3．3 扰动测度

2．3．4 成像卫星应急调度问题分析

2．4 本章小结

第三章 成像卫星综合调度模型与算法

3．1 成像卫星综合调度模型

3．1．1 参数符号

3．1．2 模型

3．1．3 模型说明

3．2 成像卫星综合调度算法

3．2．1 蚁群算法概述

3．2．2 蚁群算法模型

3．2．3 蚁群算法在顺序类问题上的应用

3．2．4 蚁群算法在子集类问题上的应用

3．2．5 双信息素蚁群算法

3．3 实验结果与分析

3．3．1 算法求解质量分析

3．3．2 算法运行时间分析

3．3．3 算法收敛性分析

3．4 本章小结

第四章 成像卫星应急调度模型与算法

4．1 成像卫星应急调度模型

4．1．1 参数符号

4．1．2 模型

4．1．3 模型说明

4．2 成像卫星应急调度算法

4．2．1 现有成像卫星应急调度方法

4．2．2 局部调整启发式算法与蚁群算法结合理论基础

4．2．3 基于局部调整和蚁群算法的应急调度算法

4．3 实验结果与分析

4．3．1 实验算法分析

4．3．2 数据分布影响分析

4．3．3 扰动测度影响分析

4．3．4 运行时间分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间学术活动及成果情况