天文卫星机遇目标任务重规划方法研究

发布时间：2020-05-07 15:35

【摘要】：随着国际空间科学卫星事业的发展,空间科学与人们的生活联系越来越多。天文观测是进行空间科学探索的重要方式,天文卫星观测任务规划对观测成果的获取是非常重要的。对宇宙空间中出现的爆发源等机遇目标ToO(Target of Opportunity)观测是天文观测的一个显著特点。由于机遇目标往往时效性要求高,且蕴含着非常丰富的科学现象和规律,因此当出现机遇目标时,要快速对机遇目标进行响应,插入机遇目标观测,打断原有的观测方案,对观测方案进行任务重规划,以获得更高的科研观测收益。天文卫星的总体任务观测收益是由初始任务规划方案和机遇目标任务重规划后的方案共同决定的。因此开展天文卫星任务规划和机遇目标的任务重规划研究对获得更多、更有意义的科学数据,使得科学产出更大化具有重要意义。研究天文卫星机遇目标任务重规划问题,不可避免地,首先要研究天文卫星任务规划问题,并在此基础上开展机遇目标的重规划研究。针对天文卫星观测任务规划和机遇目标任务重规划问题,在广泛调研国内外研究人员相关的研究理论和成果之上,分析了天文卫星机遇目标任务的特点,研究了基于规则的启发式算法和遗传算法求解任务规划问题,并设计了一种动态插入机遇目标任务的任务重规划算法。本文主要工作及创新如下:(1)针对天文卫星任务规划和机遇目标任务的特点,分析了天文卫星任务规划的各种要素。提出最大化任务规划总收益和最小化重规划后的任务规划方案与原始任务规划方案的距离的任务重规划目标,归纳了天文卫星机遇目标任务重规划的任务规划过程。(2)建立了天文卫星任务规划问题模型,提出了一种高效的基于规则的启发式任务规划求解算法,设计了任务权重和静态任务优先度两种启发规则因子,在任务规划过程中采用尝试移位方法减少与已安排任务的冲突,插入更多高优先级任务。同时,设计了一种改进的遗传算法进行对比试验。实验仿真结果表明,本文所设计的基于规则的启发式算法针对长周期的高密度任务规划问题,能够高效的得到有效解,遗传算法在任务量非常大的时候收敛速度和求解效率都不及基于规则的启发式算法。(3)天文卫星机遇目标任务重规划是对动态到达的机遇目标任务进行规划。对天文机遇目标任务重规划问题进行了建模,采用本文设计的基于规则的启发式算法生成原始任务规划方案,提出了基于开始时刻拥挤度和静态任务优先度的启发式算法,在原始规划方案的基础上进行动态调整插入机遇目标任务,解决了机遇目标重规划生成的新任务规划方案与原始任务方案差别巨大和求解时间效率低的问题,同时满足了机遇目标时效性高的要求。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V474.1;P111

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