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卫星数传调度优化算法及可视化仿真技术研究

作　者: 廖琼
导　师: 傅忠谦
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 电路与系统
关键词: 卫星数传调度可视化仿真 STK 拉格朗日松弛循环树表示
分类号: V556
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国航天技术的不断发展,越来越多的军用、民用卫星发射升空,这些卫星在我国的国防事业中和国民经济发展过程中发挥极其重大的作用。为了适应卫星越来越多、测控服务地面站相对较少的情况,以及更好地实现卫星所设计的任务,必须对卫星的运行进行统筹兼顾地管理和控制。卫星数传调度的目的是在多星多地面站的情况下,综合考虑各项约束,合理地分配卫星及地面站测控资源,大幅提高地面站资源的使用效率,最大限度地满足卫星数传需求。本文分析了卫星的工作流程,详细研究了卫星地面站数传过程及其约束条件。介绍了生产调度中调度问题的三元组表示方法及实用的优化调度算法。研究了卫星数传调度的时间索引{0、1}线性规划模型,并根据拉格朗日松弛的思想提出了拉格朗日启发式及算法。研究了卫星数传调度的单地面站模型,并提出了分支定界求解算法。研究了数传调度问题的树形问题表示方法,对于每个地面站的数传任务建立了时间分类算法及直接提取算法。研究了数传调度问题的稀疏矩阵表示方法,结合任务分类提出了一种能快速求解可行解的启发式。本文设计并实现了一个卫星数传调度仿真系统。该系统集成了卫星仿真工具STK(Satellite Tool Kit)进行轨道预报及卫星地面站可见时间窗口的计算。设计了一个随机问题产生器用于产生随机的数传任务。为了方便调度结果的显示以及人工调整调度结果,提出问题的循环树形表示方式,在此基础上结合界面库Xtreme Toolkit Pro实现简洁的操作界面。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 论文组织结构  10-12
第二章卫星运营系统及数传调度过程  12-20
  2.1 卫星及其分类  12-14
  2.2 卫星数据回传方式  14-16
  2.3 卫星数据传输工作流程  16
  2.4 卫星数传约束条件  16-20
    2.4.1 卫星地面站数传链路  16-17
    2.4.2 卫星地面站数据传输约束条件  17-20
第三章优化调度相关理论  20-30
  3.1 概述  20-22
    3.1.1 调度问题  20
    3.1.2 调度问题的符号表示  20-22
    3.1.3 调度的分类  22
  3.2 调度问题求解方法  22-30
    3.2.1 启发式搜索  22-25
    3.2.2 动态规划  25-26
    3.2.3 禁忌搜索  26-27
    3.2.4 模拟退火  27-30
第四章卫星数传调度模型及算法研究  30-40
  4.1 拉格朗日启发式调度模型及算法  30-36
    4.1.1 符号假设及数传需求  30-31
    4.1.2 时间索引{0、1}线性规划  31-33
    4.1.3 拉格朗日松弛算法  33-34
    4.1.4 拉格朗日赋值-释放启发式  34-36
  4.2 分支定界算法  36-40
    4.2.1 符号假设  36-37
    4.2.2 算法步骤  37
    4.2.3 固定延时任务求解方法  37-38
    4.2.4 1|r_j|∑U_j下限的计算  38
    4.2.5 过滤算法  38-39
    4.2.6 搜索策略  39-40
第五章卫星地面数传调度的交互式仿真系统  40-68
  5.1 概述  40
  5.2 软件系统总体设计  40-44
    5.2.1 系统设计目标  40-41
    5.2.2 系统流程  41-42
    5.2.3 系统模块划分  42-44
  5.3 系统详细设计及实现  44-64
    5.3.1 STK 封装模块  44-50
    5.3.2 可见窗口计算模块  50-52
    5.3.3 数传任务模块  52-53
    5.3.4 问题表示模块  53-54
    5.3.5 调度算法模块  54-62
    5.3.6 显示模块  62-64
  5.4 软件系统简介  64-65
  5.5 仿真算例  65-68
第六章总结和展望  68-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
在读期间发表的学术论文  74

卫星数传调度优化算法及可视化仿真技术研究

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