《對地觀測衛星系統部署-調度一體化問題研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由劉曉路擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：對地觀測衛星系統部署-調度一體化問題研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉曉路
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
對地觀測衛星系統(EOSS)是當前最主要的太空信息獲取平台，其觀測效能取決於系統的部署和調度兩個方面。部署子問題通過最佳化衛星的軌道和載荷配置參數實現對系統性能的改進，調度子問題在既定部署方案下通過合理分配和安排衛星資源實現對用戶需求的最大化滿足，兩者互相耦合、互相影響。當前，我國EOSS的部署與調度相互分離，致使系統效能不高。針對此，本項目研究EOSS部署-調度的一體化問題，常規模式下將問題建模為連續空間的高維黑箱最佳化問題，提出基於代理模型的近似最佳化方法進行求解；應急模式下將問題建模為雙層最佳化問題，構建了基於遺傳算法（GA）和自適應大鄰域搜尋（ALNS）算法的求解框架，GA用以生成系統的部署方案並將其作為調度問題的輸入，ALNS用以實現不同衛星的協同調度，調度結果作為GA適應度函式對部署方案進行評估。本項目提供了一種新的雙層最佳化問題的求解框架，對我國未來對地觀測衛星系統的發展具有重要的理論支持。
結題摘要
我國對地觀測衛星系統的研製建設與管控分屬不同部門，這種體制上的約束導致了EOSS的部署最佳化與規劃調度相分離：在系統建設過程中僅考慮系統性能指標的最佳化，沒有考慮實際套用情況；在衛星日常管控中，由於系統部署的限制，使得系統對很多任務的完成效果不佳，因而使得整個系統的效能發揮受到限制。針對此本項目提出了對地觀測衛星系統部署-調度一體化問題，其中部署子問題通過最佳化衛星的軌道和載荷配置參數實現對系統性能的改進，調度子問題在既定部署方案下通過合理分配和安排衛星資源實現對用戶需求的最大化滿足，兩者互相耦合、互相影響。 為了確保求解框架的適用性，本項目針對衛星套用的不同場景，將其分為常規模式和應急模式。常規模式下將問題建模為連續空間的高維黑箱最佳化問題，並提出基於代理模型的近似最佳化方法進行求解，為了確保模型的精度，本課題採用了基於多點更新的代理模型構建機制，並採用基於模式搜尋的方法，快速搜尋代理模型的更新點；應急模式下將問題建模為雙層最佳化問題，上層解決衛星部署問題，下層解決衛星調度問題，構建了基於遺傳算法和自適應大鄰域搜尋算法相結合的求解框架，遺傳算法採用變長編碼方式，用以生成系統的部署方案並將其作為調度問題的輸入，自適應大鄰域搜尋算法用以實現不同衛星的協同調度，尤其是針對敏捷衛星，設計了時間鬆弛機制以緩解觀測開始時間的時間依賴特性所帶來的求解難度，調度結果作為GA適應度函式對部署方案進行評估。最後我們通過多個套用實例證明了項目所提算法框架的有效性。 本項目所提出的敏捷衛星任務規划算法已經成功套用在在軌衛星的任務規劃中，求解效果得到用戶的認可，本項目提出的雙層最佳化框架對我國未來對地觀測衛星系統的發展論證和建設規劃具有重要的理論支持。
