多星协同大区域覆盖算法研究与应用

作     者：温飞飞 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邹永魁

授予年度：2023年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：成像卫星 大区域目标 多星协同覆盖 双重网格方法 启发式算法 

摘      要：过去几十年来,对地观测卫星的数量急剧增加,需要成像的地面目标也越来越大。卫星只能按照固定的轨道周期性的绕地球飞行,受卫星的观测范围和机动能力限制,仅仅靠单颗卫星对大区域目标进行成像效率太低,需要借助多颗卫星协同观测才能较好的完成大区域目标成像任务。多星协同大区域覆盖问题,需要充分发挥多颗卫星之间的协作能力,共同完成对大区域目标进行成像。本文将研究多星协同大区域覆盖问题,首先介绍了成像卫星的工作原理、工作流程以及一些相关概念,并对成像卫星工作时需要考虑的约束条件进行了分析。其次介绍了如何将多星协同大区域覆盖问题进行离散化,分析了传统的区域目标分解方法,并详细介绍了本文所使用的基于区域网格离散化的覆盖模式生成算法。我们建立了关于多星协同大区域覆盖的0-1整数规划模型,本文的主要工作是设计了一个基于双重网格的启发式算法求解此模型。算法的主要思想是基于粗的剖分网格生成备选的条带集合,在细的计算网格上计算每一个条带覆盖的有效单元格数量,应用启发式算法求解模型得到一个覆盖方案,再通过逼近算法将问题的求解精度进一步提高。最后通过仿真实验,验证了算法的有效性,针对几十万平方公里的区域目标,能够在十分钟左右给出合理的覆盖方案。