Agent在小卫星星务系统中的应用研究

论文摘要

随着小卫星技术的蓬勃发展以及小卫星编队飞行等新应用研究的深入进行,卫星的可靠性和自主性研究已成为小卫星技术前沿课题。新兴的Agent技术以其自治性、社会性、反应性、能动性等特点成为了完善小卫星技术问题的理想选择。在小卫星系统中,星务系统是卫星的数据中枢和决策中心,本文以南京航空航天大学正在研制的小卫星为目标模型,开展了Agent技术在小卫星星务系统方面的设计应用研究。本文首先总结、归纳了Agent技术在卫星领域的典型应用,着重分析了美国PSS研制的航天领域Agent开发平台ObjectAgent。以此为基础,选择南航小卫星为物理对象,设计构建了一个基于多Agent技术的分布式星务系统模型,借助ObjectAgent软件体系编程,使小卫星星务系统具有更为可靠的结构和能动性,最终成功进行了多机联网仿真实验。在小卫星星务系统中,任务调度是系统的核心任务之一,本文对星务系统Agent任务智能调度算法进行了研究,提出了一种基于遗传算法和Agent协商机制的星务系统Agent任务调度算法,提高了小卫星任务调度的自主性,并以所设计的多Agent星务系统为例,进行了Agent任务调度仿真实验。基于小卫星对实时性的要求,星务系统必须构建在实时操作系统上才具有实用价值,本文结合南航小卫星所选用的PC/104仿真机硬件和VxWorks星务操作系统,进行了面向Agent生存的BSP优化设计和VxWorks内核裁减,并将ObjectAgent软件体系移植到VxWorks操作系统上,为Agent在星务系统中的实用化奠定了基础,并成功开展了Agent通信实验。最后,本文对课题的研究工作进行了总结和展望,对今后的研究提出了几点建议,希望对后来研究者有一定的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 Agent 技术在卫星上的应用研究现状与前景
• 1.3 课题研究思路
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 Agent 技术在卫星上的应用概述
• 2.1 Agent 理论
• 2.1.1 Agent 的基本特征与分类
• 2.1.2 建立多Agent 系统的几个关键问题
• 2.2 Agent 技术在卫星上的几种典型应用分析
• 2.2.1 基于多Agent 的小卫星编队姿态协同控制
• 2.2.2 基于Agent 的卫星故障诊断
• 2.2.3 基于Agent 的卫星自治管理
• 2.3 OBJECTAgent 体系分析
• 2.3.1 OBJECTAgent 软件体系结构
• 2.3.2 OBJECTAgent 体系的两种实现形式
• 2.3.3 基于OBJECTAgent 的多Agent 星上系统设计分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于OBJECTAgent 的小卫星星务系统研究与仿真
• 3.1 基于多Agent 技术的小卫星星务系统构建
• 3.1.1 星上主要设备系统
• 3.1.2 多Agent 星务系统的基本模型
• 3.1.3 多Agent 星务系统的工作原理
• 3.2 基于OBJECTAgent 的星务系统仿真软件实现
• 3.2.1 仿真开发平台的搭建
• 3.2.2 软件设计构架
• 3.2.3 通信问题的解决
• 3.3 多Agent 星务系统仿真软件简介
• 3.3.1 系统主要功能
• 3.3.2 系统界面及菜单简介
• 3.3.3 仿真实验及结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于GA 和Agent 协商的星务系统任务调度算法研究
• 4.1 遗传算法简介
• 4.1.1 遗传算法的基本概念
• 4.1.2 遗传算法的基本流程
• 4.1.3 适应度函数与操作算子
• 4.2 多Agent 协商机制
• 4.2.1 协商模型
• 4.2.2 协商流程
• 4.3 多Agent 协同下基于遗传算法的星务系统任务调度算法实现
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 染色体结构设计
• 4.3.3 引入Agent 协商的适应度函数设计
• 4.3.4 遗传操作
• 4.4 仿真实验及结果
• 4.4.1 实例仿真
• 4.4.2 控制参数对结果的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 Agent 理论与基于VXWORKS 的星务系统的融合
• 5.1 小卫星星务系统实验平台的构建
• 5.1.1 基于PC/104 的硬件仿真平台
• 5.1.2 VXWORKS 实时操作系统概述
• 5.2 面向Agent 生存的BSP 设计与VXWORKS 裁减
• 5.2.1 TORNADO II 开发环境分析
• 5.2.2 BSP 构造与VXWORKS 启动流程
• 5.2.3 Agent 生存对操作系统的基本要求
• 5.2.4 BSP 改造及VXWORKS 裁减的方法与步骤
• 5.3 OBJECTAgent 体系在VXWORKS 上的实现
• 5.3.1 Agent 个体的实现
• 5.3.2 POSTOFFICE 功能实现
• 5.4 Agent 技术在VXWORKS 星务操作系统上的初步应用
• 5.4.1 调试环境的建立
• 5.4.2 Agent 通讯实验
• 5.5 VXWORKS 内核任务调度和Agent 任务调度的区别
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文