基于PDDL的对地观测卫星任务规划建模研究

传统的数学模型方法是解决复杂卫星任务规划问题的一种途径,但其抽象性给建模人员带来很大难度。PDDL(Planning Domain Definition Language)可以针对卫星任务规划问题建立清晰有效的模型,并能把模型的知识转化成计算机易于接受的形式。用PDDL描述对地观测卫星的任务规划问题,分析了卫星执行任务时涉及的约束、相关活动和所需的资源,建立任务规划模型的域文件(domain file)和问题(problem file)文件,并针对所建模型提出求解模型的算法流程,最后通过一个算例验证模型和算法是有效地。     

对地观测卫星任务规划的实践及发展

卫星任务规划是卫星地面系统的核心技术之一。本文立足于对地观测卫星任务规划技术的工程应用,结合多年卫星地面系统研制及管理实践,对卫星任务规划的研究与应用现状及其未来发展趋势进行综述。本文强调了可靠性、可控性、可理解性等概念,以及规划架构设计在任务规划研究中的重要性。在此基础上,着重阐述和分析了应急卫星任务规划、多系统协同任务规划、高低轨卫星联合任务规划、低轨组网卫星任务规划一体化、星地协同任务规划、基于机器学习的任务规划等技术挑战,最后就技术挑战进行了总结和展望。     

卫星对地观测任务规划问题简明综述 *

卫星对地观测任务规划是为了满足用户的遥感图像需求 ,对遥感卫星系统资源和对地观测任务进行规划与调度的过程。合理的任务规划是提高遥感卫星系统效能的重要手段。为此 ,分析了卫星对地观测任务规划问题的主要特点 ,比较了这一问题的若干常用建模方法和求解技术 ,并探讨了卫星对地观测任务规划技术的未来发展趋势。     

对地观测卫星任务规划的启发式动态调整算法

针对对地观测卫星任务规划,分析了单个资源失效与多个高优先级任务动态插入情况下已有任务规划方案的动态调整问题。以最大化规划方案任务权值总和为优化目标,提出了基于任务替换的启发式动态调整算法,包括选择替换任务的五种启发式策略：最大灵活度、最小冲突集、最小争议部分、区间剪枝以及任务剪枝策略。分析了影响动态调整算法运行效率的两个关键因素：冲突任务集与动态搜索深度。采用任务重规划率、规划权值变化率与算法运行时间三项指标考察算法效果,通过仿真实验验证了算法的可行性和有效性。     

多维动态规划在对地观测卫星调度中的应用

对地观测卫星调度问题是指如何利用有限卫星资源,在时间、空间等多约束条件下提高对地观测任务执行效率,是一个多约束条件下的目标满足问题.多维动态规划是针对多维约束任务将有限资源进行合理分配、高效调度的有效方法.它以缩短任务完成时间为目标,通过先求解一系列子问题,再处理子问题间关系求得问题最终解,避免了计算的复杂性,又满足了时效性要求.针对卫星对地观测任务约束变量多的特点,将多维动态规划应用到对地观测卫星调度问题中,是解决该问题在时效性要求条件下的有效方法,其可行性通过想定任务在文章中得到证明.     

日本的对地观测卫星

1991年11月笔者参加了由日本火箭学会主办的第四届环太平洋国际宇航会议,会后访问了NEC横演工厂及总部,文部省宇宙科学研究所(ISAS)等,对日本的航天研究布局,发展计划,特别是航天遥感工作作了了解。日本对地观测主要由NASDA(National Space Development Agency)负责发展,主要有三个系列:气象卫星,海洋卫星和地球资源卫星。并计划在1994～1998年之间发射大型的具有综合观测功能的卫星—ADEOS(Advanced Earth observing Satellite)。     

全周期卫星对地观测任务规划

一般卫星对地观测任务规划主要是指对卫星有效载荷的优化使用,关注数据的采集,有时候也考虑数据下传.本文则从系统工程的角度出发,探讨了从用户提出需求到取得观测数据产品的全周期任务规划概念,其中数据的采集只是整个规划周期中的一个环节,任务规划还需另外考虑与用户满意程度密切相关的地面数据处理和分发等支持活动的规划调度,在此基础上初步探索了实现全周期任务规划的要素和相关技术方法.     

一种面向任务的对地观测卫星Agent团队构建方法

随着航天科技的飞速发展,逐渐出现了由多种异构卫星组成的卫星集群。相比于传统的卫星系统,卫星集群具有规模大、平台多、载荷异构的特点,传统的卫星任务规划方法难以适用。针对卫星集群任务规划中的关键问题——面向任务的卫星Agent团队构建问题,建立了数学模型,提出了基于分支限界的精确搜索算法,并对其时间复杂度进行了分析。针对精确算法时间复杂度较高的缺点,引入了启发式剪枝机制,并按照任务集合排序策略的不同设计了3种启发式卫星团队构建算法。最后,通过多组实验分析了卫星团队构建精确搜索算法与启发式剪枝搜索算法的性能,验证了我们提出算法的有效性和实用性。     

对地观测卫星协同观测区域目标方法研究

对地观测区域目标分割与优选问题是多星协同观测区域目标规划过程中的一个重要环节。采用卫星或遥感器侧摆能力的区域目标动态分割算法,并结合贪婪优化算法对分割结果进行优化规划,在规划过程中依据建立的全球网格参考系统可以方便、高效地计算目标覆盖率,进行实时效能评估以对分割方式进行反馈调整,保证区域目标分割结果最优。依据提出的算法设计了包含三颗对地卫星和一个区域观测目标的应用场景进行实例仿真,并得出了较为理想的仿真结果。     

对地观测卫星资源优先级设计分析

研究卫星调度问题,设置对地观测卫星资源的优先级是对地观测卫星调度首要考虑的因素.为了建立航天资源服务等级体系,首先在对观测卫星资源应用需求进行分析的基础上,研究了影响资源优先级设置的9个基本原则,并完成各原则的定量化描述;然后通过建立改进TOPSIS模型得到了卫星资源优先级的设计方法.可结合实例给出优先级的计算过程,经仿真计算,验证了设置过程和结果的可行性,为进一步研究对地观测卫星调度算法提供参考.     

对地观测卫星委员会(CEOS)介绍

随着全球人口的持续增加以及对资源压力的增大 ,我们必须了解地球系统——陆地、空气、水和生命的相互作用 ,了解人类如何影响这些系统 ,了解地球系统需要全球的努力。 1 984年 ,几个国家组成了对地观测卫星委员会 ( CEOS) ,协调国际所有民用卫星对地观测任务。这是一个政府机构间组织 ,到 2 0 0 1年初 ,已有40余个国家和国际空间组织参加 CEOS。CEOS被认为是对地观测卫星计划的主要协调组织 ,也是卫星计划与全球卫星数据用户对话的主要论坛。CEOS的网站为 :http://www/ceos.org。我国科技部中国国家遥感中心 ( NRSCC)和航天总公司…     

自主运行地面站的微小卫星任务规划方法

提出了一种新的微小卫星系统任务规划方法,解决微小卫星任务遥控时资源受限的问题;通过GQM建模将卫星调度任务进行度量元素量化,量化过程中兼顾公平性和合理性,并以任务完成度和卫星功耗作为目标进行评估;通过1000次卫星过顶仿真,40项建模任务的平均完成度达到0.63,每次过顶卫星功耗方差不超过40,证明新方法较传统方法在平稳功耗条件下任务完成度得到有效提升,具有良好的实用性和指导性,适用于自动任务规划和调度的自主运行地面站系统。     

多卫星区域观测任务的效率优化研究

多颗对地观测卫星对区域目标进行观测的效率优化问题涉及到时间窗口、存储容量、地面分辨率等诸多因素,是一个十分复杂的优化问题。在分析该问题的特点的基础上,首先对原始数据进行仿真预处理,通过STK仿真软件计算处理难以量化的时间窗口等复杂的约束条件;然后在仿真的输出数据的基础之上建立数学优化模型。在模型求解问题上,通过对问题特点的分析,提出并实现了遗传算法。最后通过一个想定实例验证了模型和算法的求解的有效性。     

对地观测小卫星轨道机动仿真研究

针对我国对地观测小卫星的轨道机动任务要求,该文设计了轨道机动的软件模块和主要程序.该套软件设计的目的是为了能使卫星在最短的时间内由平时轨道机动到战时轨道.该套软件根据卫星轨道调整前后的轨道参数特点和轨道调整后的星下点轨迹要求,确定机动时间,将调整轨道半长轴与微调星下点轨迹结合起来,在最短时间内完成轨道调整任务.最后根据某对地观测小卫星的任务和技术指标要求,仿真其轨道机动过程.仿真结果表明,该系统具有很高的实用价值.     

基于层级任务网络的卫星自主规划模型与算法

针对面向任务的卫星操作计划自动生成(即卫星的自主规划)问题，采用层级任务网络规划的任务分解思想，在分析卫星系统结构的基础上，建立了光学成像侦察卫星的规划模型，定义了2种常规任务的任务分解方法。根据模型的特点，开发了一个基于任务分解方法的导引式求解算法。通过一个实例进行了验证，结果表明模型和算法能有效解决卫星的自主规划问题。     

基于1553B总线的卫星星时高精度自主恢复设计

随着现代航天器功能日趋复杂,在轨任务不断变化,星上各个系统对于时间的依赖性也随之不断提高,为此也对星上时间管理的可靠性、安全性提出了较高的要求。为了实现地球同步轨道卫星和深空探测卫星等无法携带GPS接收机的航天器在异常情况下的星时自主恢复,文章提出了一种基于1553B总线的星时高精度自主恢复方案,利用制定的软件协议,在不额外增加硬件开销的前提下,实现了星时自主恢复。经过实验验证方案可行,实现了高精度的星时自主恢复。此方法,能够有效减少对地面人工干预的依赖,并能够有效的保证在意外情况下星载数据管理计算机工作的连续性,大大提高了卫星时间管理系统在星载数据管理计算机出现复位或切机等异常情况下的可用性,在实际工程中具有一定的实用价值。     

基于两阶段迭代优化的空天观测资源协同任务规划方法

为提高空天观测资源协同观测能力,基于分而治之框架,提出一种两阶段迭代优化方法以解决空天观测资源协同任务规划问题.第1阶段,根据观测机会和冲突度构造适应度函数,基于适应度将任务分配到合适的子规划中心;第2阶段,子规划中心根据分配到的任务进行资源调度,得到各类观测资源的观测计划,并将资源观测方案和观测收益反馈给第1阶段.第...     

我国对地观测卫星应用成就与展望

本文回顾了我国对地观测卫星在地面数据处理系统建设及卫星数据应用方面取得的成就,并对我国未来对地观测卫星及地面系统发展进行了展望,包括建设国家陆地观测卫星数据中心、建设国家高分辨率对地观测数据中心以及实现我国对地观测连续化、卫星运行业务化、数据获取方式多样化等。     

基于尺度特征卷积神经网络的高分对地观测系统设计

针对高分对地观测系统使用过程中会受到不同活动项目的 约束影响,出现系统成像、回传及活动完成率低的问题,导致观测效果不佳,为此提出了基于尺度特征卷积神经网络的高分对地观测系统设计;该系统通过管控中心服务器推送系统运行状态信息,实现三维显示任务的功能;利用CMOS图像传感器实现成像面对应点的传送和FPGA控制器控制其数据存储时间;采用BCM5464千兆交换机,实现数据高速传输;构建并训练尺度特征卷积神经网络,利用RPN网络识别目标区域特征,通过划分目标的前景和背景确定了该区域内的训练兴趣区域坐标,从而使RPN网络权值学习达到了预期目标,提升了目标检测识别的准确性,设计对地观测信息管理流程,完成系统设计;由实验结果可知,该系统最高成像、回传概率、活动完成率分别为83％、99.9％和100％,具有良好的观测效果.     

一种对地观测卫星的数据传输系统及星地链路设计

主要对某种对地观测卫星的数据传输系统与星地链路进行了探讨,介绍并分析了卫星的轨道特点、数据存储与传输的工作模式,提出了星地数据传输系统的设计方案,对星地数据传输链路做了详细的分析与计算.