敏捷成像卫星任务规划方法研究

发布时间：2020-11-18 07:08

　　 任务规划是卫星成像流程中的重要部分,通过调度星上资源以满足用户的成像需求。敏捷成像卫星自主规划技术是实现卫星自主运营的关键技术,敏捷卫星高机动能力所带来的不同成像模式的扩展,以及观测方式的改变,给成像卫星任务规划领域带来了很大的冲击。因此,有必要针对敏捷卫星的成像模式及特点研究新的任务规划方法。本学位论文从单颗卫星针对不同任务目标的任务规划入手,对以单点和区域为目标的敏捷成像卫星任务规划方法进行了研究。在此基础上,从单星扩展到多星,针对多星协同工作的任务模式,设计多星的任务分配方法和故障状态下的重规划方法。首先,以任务需求为导向从敏捷卫星的成像原理出发,明确任务规划的输入输出,并将卫星运动学模型引入任务规划领域,确立任务规划的约束条件。然后,针对密集分布的点状目标,提出了基于任务聚类的点目标任务预处理方案,并采用双层禁忌算法在聚类层和全局层分层搜索,求得最优观测路径序列;仿真结果表明,该算法可以在保证最优解质量的前提下,有效地降低大规模点目标的任务规划时间。接着,针对大范围区域目标覆盖成像问题,引入制约相机成像质量的偏流角约束条件,通过对区域目标网格离散的方法,将观测路径设计问题转化为任务规划调度问题,采用基于感知策略的蚁群算法搜索寻优出最优的观测路径序列;仿真结果表明,该算法所规划出的观测路径可以满足相机的成像要求。最后,针对多个航天器协同工作下的任务分配问题,提出了一种基于拍卖招投标策略多层协商聚类任务分配模型,以及故障前提下的兼顾原有规划方案的交互式任务重规划方法。仿真结果表明,该方法任务分配过程的计算资源消耗低,系统均衡性好,适合对故障状态下的响应处理。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V474
【部分图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文7 115.03 38.57 1 58 120.00 40.00 1 59 121.00 41.00 1 5表 3.4 九点目标聚类结果聚类编号 1 2 3聚类任务 [1,2] [5,3,6,4,7] [8,9]星的相对位置关系如图 3.5 所示，卫星沿蓝色细线运动，红色目标圆周运动。目标整体分布在北半球，卫星沿纵向运动。9 个点目标 2 组聚类包含的点集最多，当聚类内部点集超过 3 个以后，需要用内集做一个路径规划。内层禁忌算法路径规划不考虑卫星的成像约束坐标系下的距离规划最短的观测路径，并将此次规划的结果作为外一个部分。

敏捷成像卫星任务规划方法研究105.40 30.44 2 107.45 50.80 1 114.89 54.62 3 111.30 41.20 1 106.00 31.50 1 108.00 52.10 2 104.00 29.00 2

27 119.70 41.93 3 528 118.18 42.40 3 529 102.88 49.53 2 530 99.47 47.51 2 531 130.09 20.54 1 532 129.09 19.94 2 533 111.72 60.07 1 534 112.42 55.48 1 535 137.88 23.24 3 536 137.04 22.13 2 537 116.28 54.06 3 538 117.05 52.77 1 539 107.09 18.23 3 540 107.69 18.06 3 5
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本文编号：2888455