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对地观测卫星成像调度与约束修正方法研究

作　者: 于海
导　师: 景宁
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信系统
关键词: 成像调度整数规划多目标遗传算法标记更新约束修正
分类号: V474.26
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 97次
引　用: 4次
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内容摘要

对地观测卫星是一类可见光传输型成像卫星,通过获取高分辨率遥感图像对地面目标实施观测并从中得到有价值信息,在环境和生态检测、农林评估、测绘、和军事战场侦察等领域显示出越来越重要的作用,尤其对完成通信、侦察、导航等任务来说,它具有其他手段无法比拟的优势。卫星进行计划编制成像调度时,需要考虑卫星有效载荷、地面站资源、环境因素等各种成像约束条件,确定在什么时刻、什么角度、以多长时间、对哪些目标进行成像,进而确定在哪个地面站下传数据,因此如何决策调度以更好的利用卫星资源、获得最大的综合效益是本文研究的目的。为此,本文针对单颗卫星的计划编制成像调度问题的求解框架、求解算法和约束修正方法等关键技术进行了研究,论文主要的研究内容和创新点如下:1、在对卫星成像过程及成像约束条件复杂性进行深入分析的基础上,指出现有成像调度问题求解框架的局限性,进而提出新的成像调度问题的求解框架。2、针对提出的问题求解框架,首先建立卫星成像调度问题的整数规划模型,并引入多目标优化思想;在此基础上,考虑基本成像约束条件,分别提出针对小规模成像调度问题的基于标记更新的多目标成像调度算法与针对大规模成像调度问题的多目标遗传算法,生成初步成像调度方案,以获得尽可能多、尽可能重要的成像目标序列。3、针对初步成像调度方案中不满足约束的成像时段,本文首次提出约束修正问题模型——时间序有向图模型,并将约束修正问题归结为点带约束成本的优化路径搜索问题;针对该模型,提出一种基于标记更新的多目标约束修正算法,实现了对成像调度方案的优化修正,充分利用了卫星资源。4、基于本文提出的成像调度问题与约束修正问题的模型与算法,针对我国高分辨率对地观测卫星,设计实现了对地观测卫星计划编制专家决策支持系统,生成了多个优化可行的成像调度方案,节省了人力资源,提高了管理控制的工作效率,更提升了卫星系统的综合效益。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题研究背景  11-13
  1.2 课题研究现状  13-16
    1.2.1 问题模型研究  13-14
    1.2.2 调度算法研究  14-15
    1.2.3 现有研究的特点与不足  15-16
  1.3 论文的研究内容与组织结构  16-18
    1.3.1 论文的研究内容  16-17
    1.3.2 论文的组织结构  17-18
第二章卫星成像调度问题的求解框架  18-27
  2.1 卫星成像调度问题  18-20
  2.2 卫星成像约束条件  20-21
    2.2.1 成像需求约束  20
    2.2.2 载荷资源约束  20-21
    2.2.3 成像事件约束  21
  2.3 卫星成像调度约束条件分析  21-22
    2.3.1 成像约束条件的分类  21-22
    2.3.2 成像约束条件的检测顺序  22
  2.4 卫星成像调度问题的求解框架  22-26
    2.4.1 现有成像调度问题求解框架的特点与不足  22-25
    2.4.2 新的成像调度问题的求解框架  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章卫星成像调度的问题模型与求解算法  27-44
  3.1 调度问题  27-30
    3.1.1 调度问题的定义  27-28
    3.1.2 调度问题的基本概念  28-30
  3.2 卫星成像调度的整数规划模型  30-34
    3.2.1 变量定义  30-32
    3.2.2 目标函数  32
    3.2.3 成像约束条件  32-34
  3.3 成像调度问题的求解算法  34-42
    3.3.1 基于标记更新的多目标成像调度算法  34-36
    3.3.2 基于遗传算法的多目标成像调度算法  36-42
  3.4 实验结果与分析  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章卫星成像调度的约束修正方法  44-61
  4.1 卫星成像调度的约束满足问题  44-46
    4.1.1 卫星成像调度约束满足问题  44-45
    4.1.2 卫星成像调度约束满足问题的一般求解算法  45-46
  4.2 约束修正问题模型  46-51
    4.2.1 变量定义与形式化描述  47-48
    4.2.2 时间序有向图模型  48-50
    4.2.3 路径优化选择  50-51
  4.3 修正模型求解算法  51-56
    4.3.1 目标函数带下限的路径搜索  51-53
    4.3.2 基于标记更新的多目标约束修正算法  53-54
    4.3.3 算法分析  54-56
  4.4 实验结果与分析  56-60
    4.4.1 实验1 Pareto优化解集在多目标空间的分布  56-58
    4.4.2 实验2 修正方案重要性评价值与CPU计算时间  58-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章计划编制专家决策支持系统设计与实现  61-67
  5.1 系统结构设计  61-64
    5.1.1 卫星指挥控制处理流程  61
    5.1.2 计划编制专家决策支持系统框架设计  61-64
  5.2 系统模块关键技术实现  64-66
    5.2.1 预处理模块关键技术实现  64-65
    5.2.2 决策分析模块关键技术实现  65
    5.2.3 人机交互调整模块关键技术实现  65-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章总结与展望  67-70
  6.1 主要研究成果  67-68
  6.2 进一步的研究方向  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
攻读硕士学位期间取得的学术成果  74

对地观测卫星成像调度与约束修正方法研究

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