天基紅外系統多星線上協作調度快速最佳化方法研究

《天基紅外系統多星線上協作調度快速最佳化方法研究》是依託北京航空航天大學，由羅開平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：天基紅外系統多星線上協作調度快速最佳化方法研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：羅開平
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

在天基紅外系統中，預警衛星具有其他裝配不可替代的對外層空間紅外目標先知性的優點，但是存在可用資源少和對目標跟蹤能力有限的缺點，尤其是在面對探測任務的隨機性、跟蹤任務的時效性和信息不完全性、預警任務的緊迫性和外界環境不確定性干擾等情形下，不得不實時最佳化其調度以最大化發揮其預警功能。本課題將以多星線上協作調度的方式和充分利用各種調度反饋信息的策略來處理調度過程中面臨的這些困難。首先，基於魯棒控制和數學規劃理論構建最最佳化線上調度模型。然後，採用人工智慧技術與問題本身特徵相結合的方法，尋求適用於該問題的多種快速啟發式最佳化算法。最後，基於正交試驗原理設計標準測試想定集和調度評估指標體系並給出評估方法。對該問題的研究，在理論上可以拓寬現有的資源調度方法，尤其是對於線上調度；在套用上可以為最佳化理論、智慧型算法和不確定性決策分析提供鮮活的研究背景；在實踐上可以為國家空間預警系統的建設提供最優決策支持。

結題摘要

天基紅外系統是一個複雜系統。其可用的感測器資源少、感測器跟蹤能力有限，所以,當有多個隨機來襲的飛彈時，如何調度正確的感測器並配置正確的工作模型和參數在正確的時間段內對正確的目標提供正確的跟蹤服務，是飛彈預警過程中亟待解決的決策問題。本項目研究發現，該問題具有決策強實時性、決策動態性、決策長期性、決策不確定性、決策目標多樣性、決策約束複雜性、信息不完全性、資源稀缺性、資源協作性、任務隨機性、任務時效性、任務關聯性等特徵。與其他類似問題相比，天基紅外感測器調度問題在任務到達、任務等待、任務對象、時間窗約束、線上處理、約束複雜性、信息完整性、最佳化方法等要素方面存在差異，致使解決相似問題的方法無法滿足該問題的需求。在問題建模、求解和仿真方面面臨諸多挑戰。本項目結合問題強實時性和信息不完全性，採用變周期滾動時域的調度框架，分單目標跟蹤和多目標跟蹤兩個情形構建了數學最佳化模型。在模型開發過程中，重點研究了感測器接力跟蹤約束和感測器切換約束的線性化表達問題。為快速求解此問題，本項目還研究了最新智慧型最佳化技術：和聲搜尋算法和混洗蛙跳算法。並將這兩種算法套用到了所研究問題中。為了提供算法對比平台，本項目還開發了一套基準測試集。該測試集由全球覆蓋的想定和區域覆蓋的想定構成，每種想定包含多種不同的飛彈發射頻率。