敏捷成像卫星自主任务规划方法研究
发布时间：2021-05-11 20:24
敏捷成像卫星由于其较强的姿态机动能力,使其在对地成像任务中具有更大的灵活性和更高的执行效率。随着对地观测任务的日益复杂繁多,地面测控中心对卫星的实时管控负担不断增加,亟需卫星具有一定的自主规划与决策能力,以提高任务执行效率。卫星自主任务规划技术是卫星实现自主化和智能化的一项重要技术。敏捷成像卫星的任务规划问题具有约束条件多、搜索空间广泛的特点,目前已被证明是一类NP-hard（non-deterministic polynomial hard）问题。本文中,主要针对单敏捷成像卫星对多点目标的自主任务预规划和重规划问题展开研究,取得了如下研究成果:针对成像卫星的自主任务预规划问题,综合考虑目标时间窗口约束、卫星存储容量约束、卫星姿态机动能力约束、卫星运行轨道约束、地球自转约束等多种约束条件,以最大化任务观测收益和最小化能量消耗为指标函数,将目标观测序列、目标开始观测时刻和卫星姿态轨迹设为优化变量,建立了成像卫星任务预规划模型。设计了基于自适应遗传算法和Gauss伪谱法的求解框架,充分利用两者的优势,利用自适应遗传算法完成观测序列和开始观测时刻的求解,之后根据求解结果得出各个时间点的卫星姿...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和意义
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 卫星自主任务规划问题研究现状
1.2.2 卫星自主任务规划系统应用现状
1.2.3 研究现状总结
1.3 本文研究内容与组织结构
第2章 任务规划问题建模
2.1 坐标系定义与坐标变换
2.1.1 坐标系定义
2.1.2 坐标系变换
2.2 敏捷卫星自主任务规划问题分析
2.2.1 任务输入和输出
2.2.2 任务的约束条件与优化指标
2.2.3 问题假设与相关简化
2.3 敏捷成像卫星任务预规划问题建模
2.3.1 变量定义
2.3.2 任务预规划问题建模
2.4 敏捷成像卫星任务重规划问题建模
2.4.1 问题分析
2.4.2 变量定义
2.4.3 任务重规划问题建模
2.5 卫星存储空间约束与数据获取下行模型
2.6 本章小结
第3章 基于遗传算法与Gauss伪谱法的任务预规划求解算法设计
3.1 遗传算法与Gauss求解框架设计
3.2 卫星姿态机动相关约束条件处理
3.2.1 卫星对目标观测时刻姿态确定
3.2.2 卫星姿态机动最短时间估计
3.2.3 卫星姿态机动最小能耗估计
3.3 自适应遗传算法设计
3.3.1 编码与解码方式
3.3.2 遗传算子设计
3.3.3 适应度函数计算
3.4 基于Gauss伪谱法的卫星姿态机动路径规划
3.4.1 卫星姿态最优机动问题描述
3.4.2 基于Gauss伪谱法的卫星姿态机动最优控制器设计
3.5 本章小结
第4章 启发式任务重规划算法设计
4.1 问题分析
4.2 启发式任务重规划算法设计
4.2.1 迭代式目标观测时刻确定方法
4.2.2 任务直接插入的重规划算法
4.2.3 基于任务局部调整的重规划算法
4.2.4 基于任务删除的重规划算法
4.3 本章小结
第5章 任务规划算法仿真验证
5.1 引言
5.2 单轨道圈次下的任务预规划对比仿真实验
5.3 考虑多轨道圈次和存储容量约束的任务预规划仿真
5.4 任务重规划算法仿真验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]敏捷成像卫星调度的改进量子遗传算法[J]. 王海蛟,贺欢,杨震. 宇航学报. 2018(11)
[2]敏捷凝视卫星密集点目标聚类与最优观测规划[J]. 耿远卓,郭延宁,李传江,马广富,李文博. 控制与决策. 2020(03)
[3]卫星自主与协同任务调度规划综述[J]. 向尚,陈盈果,李国梁,邢立宁. 自动化学报. 2019(02)
[4]基于地面任务-空间姿态映射的敏捷卫星任务规划[J]. 赵琳,王硕,郝勇,刘源,柴毅. 航空学报. 2018(10)
[5]基于遗传算法的多星调度方法[J]. 章密,胡笑旋. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(07)
[6]基于能量最优的敏捷遥感卫星在轨任务规划[J]. 赵琳,王硕,郝勇,刘源. 航空学报. 2017(06)
[7]敏捷卫星任务规划问题研究现状与展望[J]. 李志亮,李小将,王志恒. 装备学院学报. 2016(01)
[8]敏捷成像卫星自主任务规划方法[J]. 刘嵩,陈英武,邢立宁,孙凯. 计算机集成制造系统. 2016(04)
[9]基于混合遗传算法的敏捷卫星任务规划求解[J]. 郝会成,姜维,李一军. 科学技术与工程. 2013(17)
[10]多类扰动下电子侦察卫星动态调度问题研究[J]. 邱涤珊,黄维,黄小军,王慧林. 计算机工程与应用. 2012(05)
博士论文
[1]基于强化学习的卫星规模化在线调度方法研究[D]. 王海蛟.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[2]敏捷卫星姿态快速机动与稳定控制方法研究[D]. 叶东.哈尔滨工业大学 2013
[3]成像侦察卫星调度问题研究[D]. 贺仁杰.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]敏捷成像卫星任务规划方法研究[D]. 杜彬.南京航空航天大学 2019
[2]敏捷光学成像卫星多类型任务组合规划方法研究[D]. 董轩鸿.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于改进遗传算法的微小卫星自主任务规划方法研究[D]. 王法瑞.哈尔滨工业大学 2017
[4]敏捷卫星自主任务规划系统与重规划方法研究[D]. 何永明.国防科学技术大学 2016
[5]三轴稳定卫星姿态机动的时间最优控制[D]. 郭金良.哈尔滨工业大学 2013
[6]三轴稳定航天器姿态最优控制方法研究[D]. 黄静.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3182050
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和意义
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 卫星自主任务规划问题研究现状
1.2.2 卫星自主任务规划系统应用现状
1.2.3 研究现状总结
1.3 本文研究内容与组织结构
第2章 任务规划问题建模
2.1 坐标系定义与坐标变换
2.1.1 坐标系定义
2.1.2 坐标系变换
2.2 敏捷卫星自主任务规划问题分析
2.2.1 任务输入和输出
2.2.2 任务的约束条件与优化指标
2.2.3 问题假设与相关简化
2.3 敏捷成像卫星任务预规划问题建模
2.3.1 变量定义
2.3.2 任务预规划问题建模
2.4 敏捷成像卫星任务重规划问题建模
2.4.1 问题分析
2.4.2 变量定义
2.4.3 任务重规划问题建模
2.5 卫星存储空间约束与数据获取下行模型
2.6 本章小结
第3章 基于遗传算法与Gauss伪谱法的任务预规划求解算法设计
3.1 遗传算法与Gauss求解框架设计
3.2 卫星姿态机动相关约束条件处理
3.2.1 卫星对目标观测时刻姿态确定
3.2.2 卫星姿态机动最短时间估计
3.2.3 卫星姿态机动最小能耗估计
3.3 自适应遗传算法设计
3.3.1 编码与解码方式
3.3.2 遗传算子设计
3.3.3 适应度函数计算
3.4 基于Gauss伪谱法的卫星姿态机动路径规划
3.4.1 卫星姿态最优机动问题描述
3.4.2 基于Gauss伪谱法的卫星姿态机动最优控制器设计
3.5 本章小结
第4章 启发式任务重规划算法设计
4.1 问题分析
4.2 启发式任务重规划算法设计
4.2.1 迭代式目标观测时刻确定方法
4.2.2 任务直接插入的重规划算法
4.2.3 基于任务局部调整的重规划算法
4.2.4 基于任务删除的重规划算法
4.3 本章小结
第5章 任务规划算法仿真验证
5.1 引言
5.2 单轨道圈次下的任务预规划对比仿真实验
5.3 考虑多轨道圈次和存储容量约束的任务预规划仿真
5.4 任务重规划算法仿真验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]敏捷成像卫星调度的改进量子遗传算法[J]. 王海蛟,贺欢,杨震. 宇航学报. 2018(11)
[2]敏捷凝视卫星密集点目标聚类与最优观测规划[J]. 耿远卓,郭延宁,李传江,马广富,李文博. 控制与决策. 2020(03)
[3]卫星自主与协同任务调度规划综述[J]. 向尚,陈盈果,李国梁,邢立宁. 自动化学报. 2019(02)
[4]基于地面任务-空间姿态映射的敏捷卫星任务规划[J]. 赵琳,王硕,郝勇,刘源,柴毅. 航空学报. 2018(10)
[5]基于遗传算法的多星调度方法[J]. 章密,胡笑旋. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(07)
[6]基于能量最优的敏捷遥感卫星在轨任务规划[J]. 赵琳,王硕,郝勇,刘源. 航空学报. 2017(06)
[7]敏捷卫星任务规划问题研究现状与展望[J]. 李志亮,李小将,王志恒. 装备学院学报. 2016(01)
[8]敏捷成像卫星自主任务规划方法[J]. 刘嵩,陈英武,邢立宁,孙凯. 计算机集成制造系统. 2016(04)
[9]基于混合遗传算法的敏捷卫星任务规划求解[J]. 郝会成,姜维,李一军. 科学技术与工程. 2013(17)
[10]多类扰动下电子侦察卫星动态调度问题研究[J]. 邱涤珊,黄维,黄小军,王慧林. 计算机工程与应用. 2012(05)
博士论文
[1]基于强化学习的卫星规模化在线调度方法研究[D]. 王海蛟.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[2]敏捷卫星姿态快速机动与稳定控制方法研究[D]. 叶东.哈尔滨工业大学 2013
[3]成像侦察卫星调度问题研究[D]. 贺仁杰.国防科学技术大学 2004
硕士论文
[1]敏捷成像卫星任务规划方法研究[D]. 杜彬.南京航空航天大学 2019
[2]敏捷光学成像卫星多类型任务组合规划方法研究[D]. 董轩鸿.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于改进遗传算法的微小卫星自主任务规划方法研究[D]. 王法瑞.哈尔滨工业大学 2017
[4]敏捷卫星自主任务规划系统与重规划方法研究[D]. 何永明.国防科学技术大学 2016
[5]三轴稳定卫星姿态机动的时间最优控制[D]. 郭金良.哈尔滨工业大学 2013
[6]三轴稳定航天器姿态最优控制方法研究[D]. 黄静.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3182050
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3182050.html
