基于PDDL的成像卫星操作规划问题研究

论文摘要

成像卫星规划问题的研究可以分为两大类:任务计划自动生成问题和操作指令自动生成问题。目前,国内外研究大多针对任务计划自动生成问题,其研究成果十分丰富;而公开的有关操作指令自动生成问题的研究资料却相对较少。因此,本文针对成像卫星操作指令的自动生成问题,开展了成像卫星操作规划问题建模、算法、系统以及子目标冲突消解机制等关键问题研究,主要研究成果如下:1.建立了成像卫星操作规划模型。成像卫星操作规划问题研究的首要任务是根据成像卫星操作规划问题的特点,建立反映问题本质的模型。本文从成像卫星的任务特性出发,通过与传统规划语言和规划建模方法比较,分析了规划领域定义语言PDDL(Planning Domain Definition Language,PDDL)描述成像卫星操作规划问题的适用性和基于PDDL的规划建模方法的模型描述能力。在此基础上,基于PDDL的规划建模框架,通过定义对象、谓词、函数和动作,建立了成像卫星操作规划模型。与当前相关研究中建立的模型相比,该模型包含了更多的模型要素,更具合理性,描述能力更强,更具有应用价值。2.研究了成像卫星操作规划问题的求解算法。为了验证模型和系统的有效性,本文采用一种基于时序规划图的启发式规划算法求解成像卫星操作规划问题。重点分析了该算法的问题求解能力及其求解成像卫星操作规划问题的适用性。3.研究了成像卫星操作规划系统以及子目标冲突消解机制。为了有效地解决成像卫星操作指令的自动生成问题和子目标冲突问题,本文提出并设计了一种基于PDDL的成像卫星操作规划系统结构。在系统设计的基础上,采用Java语言实现了基于PDDL的成像卫星操作规划系统。最后,通过典型的仿真实例,综合验证了成像卫星操作规划模型、算法和系统的有效性。本文的研究给出了成像卫星操作指令自动生成的一种解决方案,对于解决其它类型的航天资源操作规划问题也有一定的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 成像卫星规划问题研究现状
• 1.2.2 人工智能规划问题研究现状
• 1.2.3 现有研究的特点和不足
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 成像卫星操作规划问题
• 2.1 成像卫星操作规划问题概述
• 2.1.1 成像卫星操作规划问题的界定
• 2.1.2 成像卫星操作规划问题的特点
• 2.2 成像卫星操作规划问题的求解思路
• 2.2.1 基本假设及问题简化
• 2.2.2 问题的输入输出要素
• 2.2.3 问题的求解思路
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于PDDL 的成像卫星操作规划问题建模
• 3.1 成像卫星的任务特性分析
• 3.1.1 成像卫星工作过程
• 3.1.2 任务分析
• 3.1.3 资源分析
• 3.1.4 约束分析
• 3.2 基于PDDL 的规划建模方法
• 3.2.1 规划描述语言
• 3.2.2 基于PDDL 的规划建模方法
• 3.3 成像卫星操作规划模型
• 3.3.1 对象定义
• 3.3.2 谓词定义
• 3.3.3 函数定义
• 3.3.4 动作定义
• 3.4 成像卫星操作规划模型分析
• 3.4.1 模型的合理性分析
• 3.4.2 模型的适用范围分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 成像卫星操作规划问题的求解算法
• 4.1 SAPA 算法
• 4.1.1 带有时间戳的状态
• 4.1.2 前向状态空间搜索算法
• 4.1.3 启发值计算
• 4.2 TILSAPA 算法
• 4.3 TILSAPA 算法的问题求解能力分析
• 4.4 TILSAPA 算法的适用性分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于PDDL 的成像卫星操作规划系统
• 5.1 成像卫星操作规划系统的设计目标
• 5.2 成像卫星操作规划系统的设计思路
• 5.2.1 基于PDDL 的规划问题求解结构
• 5.2.2 设计思路
• 5.3 基于PDDL 的成像卫星操作规划系统设计
• 5.4 基于PDDL 的成像卫星操作规划系统实现
• 5.5 仿真实验及结果分析
• 5.5.1 成像卫星无任务冲突情况下的操作规划
• 5.5.2 成像卫星有任务冲突情况下的操作规划
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 进一步的研究与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果