电磁信号采集卫星任务规划模型求解与系统实现

论文摘要

随着我国航天事业的发展,同时在轨的电磁信号采集卫星数量将不断增加,而且信号采集任务的规模不断增大,人工制定卫星任务计划的方式耗费大量时间和人力,且调度方案优化性难以保证。为了充分利用宝贵的卫星资源并减轻规划人员的工作量,我们针对电磁信号采集卫星任务要素,设计并实现了一种可扩展的电磁信号采集卫星任务规划系统以达到充分合理利用卫星资源,最大化满足用户需求的目的。论文主要成果如下:1、分析了电磁信号采集卫星任务要素及载荷特性,提出了一种可扩展的电磁信号采集卫星任务规划系统框架。该框架具有松耦合、易维护、可扩展的优点,为后续关键技术提供顶层指导和基础架构支持。2、为了保证系统的可扩展性和可移植性,设计了专家系统推理+规划调度算法计算的两阶段规划流程处理机制。其中,专家系统对任务数据进行预处理（包括不可行任务过滤和任务工作模式决策推理）,基于精英解保持遗传算法的规划调度算法能有效实现电磁信号采集卫星资源优化分配。3、通过分析电磁信号采集卫星信号采集过程和数传过程的特点及相关约束,分别建立了卫星信号采集任务规划CSP模型和卫星数传活动CSP模型,提出了基于精英解保持遗传算法的卫星任务规划调度算法,可有效解决电磁信号采集卫星任务规划问题;算法中约束检测与修正机制中采用工厂模式与约束分离设计思想,提高了算法的扩展性与易维护性。4、为了实现规划资源共享,最大化利用计算资源,我们设计了基于客户端-服务器结构的电磁信号采集卫星任务规划系统,该规划系统采用Web服务解决通信问题,并引入业务流引擎统一维护与管理任务规划业务流程,可多线程并行处理规划计算任务。基于上述研究成果,我们设计并实现了电磁信号采集卫星任务规划系统,该系统具有友好的多视图的人机交互接口,能为规划人员提供可视化决策支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 对地观测卫星任务规划模型及算法
• 1.2.2 卫星规划系统
• 1.2.3 研究现状总结
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 电磁信号采集卫星任务规划系统框架设计
• 2.1 电磁信号采集卫星工作原理
• 2.2 电磁信号采集卫星任务规划问题分析
• 2.2.1 电磁信号采集卫星任务规划任务要素
• 2.2.2 电磁信号采集卫星载荷特点
• 2.2.3 系统设计目标与原则
• 2.3 一种可扩展的电磁信号采集卫星任务规划系统设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 电磁信号采集卫星任务规划机制与模型求解
• 3.1 两阶段规划机制
• 3.2 电磁信号采集卫星任务规划
• 3.2.1 电磁信号采集卫星任务规划问题描述
• 3.2.2 电磁信号采集卫星任务信号采集任务规划模型与算法
• 3.2.3 电磁信号采集卫星数传任务规划模型与算法
• 3.3 约束检测与修正机制
• 3.3.1 约束分离的约束检测与修正机制
• 3.3.2 遗传算法中约束检测与修正策略
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于Web 服务的任务规划系统设计
• 4.1 客户端-服务器结构
• 4.2 业务流引擎
• 4.2.1 业务流程的引入
• 4.2.2 业务流程设计
• 4.2.3 业务流引擎
• 4.3 服务端基础服务
• 4.4 多线程并行化处理机制
• 4.4.1 并行化需求及可行性分析
• 4.4.2 并行化思想与实现方式
• 4.5 本章小结
• 第五章 任务规划系统实现
• 5.1 客户端人机交互设计与实现
• 5.1.1 规划结果显示
• 5.1.2 工作模式参数维护界面自动生成器
• 5.1.3 规划结果界面调整与约束检测
• 5.2 系统运行流程
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与进一步展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果