《自治對地觀測衛星星地協同規劃模型及方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由陳浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：自治對地觀測衛星星地協同規劃模型及方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳浩
- 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
隨著航天科技的發展，逐步出現了具有一定星上自治能力的對地觀測衛星，以及由多顆存在星間通信鏈路的自治對地觀測衛星組成的自治衛星飛行編隊，傳統的衛星運控方式難以充分發揮自治衛星及衛星編隊星上自主規劃能力的優勢。本項目針對自治衛星及衛星編隊任務規劃調度技術這一新而複雜的問題展開研究，提出了星地協同的調度方式，將地面多星統籌規劃最佳化性好與星上自主規劃適應能力強的優勢有機結合。建立星地協同規劃框架模型、信息流傳模型；提出基於神經網路進化技術的多星地面滾動式調度方法，可根據任務執行反饋信息動態調整衛星觀測計畫；建立基於無環路有向圖模型的衛星自主規劃數學模型，並提出相應星上自主規划算法，有效避免星上規劃失效現象發生；建立基於MAS (Multi-Agent System)的衛星編隊星上協同規劃模型，提出適應不同拓撲結構的衛星編隊任務協同算法；並構建仿真實驗系統驗證本項目各關鍵技術的可用性和有效性。
結題摘要
本項目針對自治衛星及衛星編隊任務規劃調度技術這一新而複雜的問題展開研究，主要研究工作及取得的成果如下： （1）建立了自治衛星及衛星飛行編隊星地協同規劃模型。基於Holonic（子整體）概念建立了自治衛星及衛星飛行編隊協同任務規劃框架模型，以描述衛星編隊、成員衛星及衛星載荷均表現出整體-部分協調統一的關係，基於上述工作研究了多層次的整體與部分之間的規劃調度流程，信息流轉方式等。建立了自治衛星及飛行編隊協同規劃流程描述模型，並提出了基於Pi演算的流程描述與驗證方法。 （2）研究了適應星上自主規劃的多星地面滾動式調度方法。面向衛星及衛星飛行編隊對地觀測任務規劃與數傳作業規劃等兩個問題，研究地面滾動式規劃方法，建立了異構多星MAS（Multi-Agent System）複雜觀測任務連續協同規劃模型，提出了基於三階段市場機制的協同規劃方法。針對自治衛星及衛星飛行編隊觀測任務動作序列可能持續改變的特點，提出了基於離散量子行為粒子群算法的滾動式數傳資源無損遷移學習調度算法。能夠有效解決自治衛星多星地面滾動式調度問題。 （3）提出了自治對地觀測衛星星上自主規劃方法。針對單顆自治衛星，基於圖論方法建立了自治衛星對地觀測活動無環路有向圖模型，將自治衛星任務規劃問題轉化為動態多目標圖最短路徑搜尋問題，並提出了對地觀測活動標記更新最短路徑搜尋算法。為了適應星載計算機計算能力較弱的特性，避免因精確算法計算量過大而產生的規劃失效，基於剪枝策略提出了衛星星上自主規劃近似算法，並分析了近似算法的近似性能及時間複雜度。並通過實驗驗證了算法的正確性和有效性。 （4）複雜拓撲結構下自治對地觀測衛星飛行編隊協同規劃方法。針對多載荷衛星飛行編隊研究複雜拓撲結構下衛星多層次協同任務規劃問題特點，提出了契約網與黑板模型相結合的觀測任務分配混合協商方法。針對未來星上計算機計算能力更強的情況，我們引入了基於神經網路和進化計算的混合學習方法，通過不斷的樣本積累與線上學習的方式，幫助改善自治對地觀測衛星任務協同的規劃效果，提出了基於混合學習的自治衛星飛行編隊分散式協同任務分配方法。能夠有效解決自治對地觀測衛星飛行編隊任務協同規劃問題。 （5）構建了自治對地觀測衛星及衛星編隊星地協同規劃仿真實驗系統，促進本研究成果向產業化方向轉化。
